廣東版高考物理復(fù)習(xí)專題五萬有引力與宇宙航行教學(xué)課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

二、萬有引力定律1.內(nèi)容:自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引,引力的方向在它們的連線上,引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比、與它們之間距離r的二次方成反比。2.表達(dá)式:F=G?,G為引力常量,由英國物理學(xué)家卡文迪什測定。3.適用條件(1)質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。(2)對于質(zhì)量分布均勻的球體,r是兩球心間距離。點(diǎn)撥拓展????　????星球穩(wěn)定自轉(zhuǎn)的臨界問題當(dāng)星球自轉(zhuǎn)越來越快時(shí),星球?qū)Τ嗟郎系奈矬w的引力不足以提供向心力時(shí),物體將會
“飄起來”,進(jìn)一步導(dǎo)致星球瓦解,其臨界條件是?=m?R。三、萬有引力與重力的關(guān)系1.關(guān)系推導(dǎo)地球?qū)ξ矬w的萬有引力F表現(xiàn)為兩個(gè)效果:一是重力mg,二是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力F向,如圖所示。?
?(1)在赤道上:G?=mg1+mω2R。(2)在兩極上:G?=mg2。2.星體表面、上空的重力加速度(1)在星體表面附近的重力加速度g(不考慮星體自轉(zhuǎn)):由mg=G?,得g=?。(2)在星體上空距離球心r=R+h處的重力加速度為g',由mg'=?,得g'=?。
3.挖補(bǔ)法求解萬有引力如圖所示,在一個(gè)半徑為R、質(zhì)量為M的均勻球體中,緊貼球的邊緣挖去一個(gè)半徑為?的小球體后,已知位于球心和空穴中心連線上有一質(zhì)點(diǎn)P,該質(zhì)點(diǎn)與球心相距為d且質(zhì) 量為m,求剩余部分對該質(zhì)點(diǎn)的引力大小。?完整的均勻球體對球外質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)的引力F=G?,設(shè)挖去小球體后的剩余部分
對質(zhì)點(diǎn)的引力為F1,半徑為?的小球體對質(zhì)點(diǎn)的引力為F2,則F=F1+F2,半徑為?的小球體質(zhì)量M'=?π(?)3ρ=?,則F2=G?=G?,所以F1=F-F2=G?-G?。
四、天體質(zhì)量和平均密度的計(jì)算
點(diǎn)撥拓展????(1)利用萬有引力提供向心力估算天體質(zhì)量時(shí),估算的是中心天體的質(zhì)量, 而非環(huán)繞天體的質(zhì)量。(2)區(qū)別中心天體半徑R和軌道半徑r,只有在中心天體表面附近做圓周運(yùn)動時(shí),才有r≈ R;V=?πR3中的“R”只能是中心天體的半徑。(3)天體質(zhì)量估算中常有隱含條件,例如地球的自轉(zhuǎn)周期為24 h,公轉(zhuǎn)周期為365天等。
考點(diǎn)二　人造衛(wèi)星　宇宙速度一、衛(wèi)星運(yùn)行參量的分析1.核心思想做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星所受的萬有引力完全提供其所需向心力。2.物理量隨半徑變化的規(guī)律
G?=?點(diǎn)撥拓展????當(dāng)r↑時(shí),a↓v↓ω↓T↑(高軌、低速、大周期)。
例1　我國計(jì)劃發(fā)射“人造月亮”,屆時(shí)天空中將會同時(shí)出現(xiàn)月亮和“人造月亮”。月亮A和“人造月亮”B繞地球(球心為O)的運(yùn)動均可視為勻速圓周運(yùn)動,如圖所示,設(shè) ∠BAO=θ,運(yùn)動過程中θ的最大正弦值為p,月亮繞地球運(yùn)動的線速度大小和周期分別為v1和T1,“人造月亮”繞地球運(yùn)動的線速度大小和周期分別為v2和T2,則?(　????)?
A.?=?,?=?　　　　　　　????B.?=?,?=?C.?=?,?=?　　　　　　　????D.?=?,?=?? 解析????設(shè)月亮繞地球運(yùn)動的半徑為r1,“人造月亮”繞地球運(yùn)動的半徑為r2,由題圖知,當(dāng)AB的連線與“人造月亮”的軌道圓相切時(shí),θ最大,有最大正弦值為p,根據(jù)幾何關(guān) 系可得 sin θ=?=p。根據(jù)G?=m?可得v1=?,v2=?,由G?=m?r得T1=?,T2=?,所以?=?=?,?=?=?,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。? 答案????A
二、人造地球衛(wèi)星1.近地衛(wèi)星:軌道半徑r≈R(地球半徑),向心加速度a=g(重力加速度),環(huán)繞速度v=7.9 km/ s,周期T≈84 min。2.地球同步衛(wèi)星的四個(gè)“一定”?
3.地球同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星和赤道上物體的比較?如圖所示,a為近地衛(wèi)星(r1、ω1、v1、a1);b為地球同步衛(wèi)星(r2、ω2、v2、a2);c為赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體(r3、ω3、v3、a3)。
例2　地球赤道上有一物體隨地球的自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動,向心加速度為a1,線速度為v1, 角速度為ω1;同步衛(wèi)星的向心加速度為a2,線速度為v2,角速度為ω2;近地衛(wèi)星的向心加速度為a3,線速度為v3,角速度為ω3。則?(　????)A.a1>a2>a3　　　　　　　????B.a3>a2=a1C.v1>v2>v3　　　　　　　????D.ω3>ω2=ω1? 解題指導(dǎo)????要以“共性”為中心比較判斷。例如同步衛(wèi)星與赤道上物體角速度相同,同步衛(wèi)星與近地衛(wèi)星都繞地球“公轉(zhuǎn)”。? 解析????根據(jù)題意可知,同步衛(wèi)星和赤道上物體的周期和角速度均相等,則有ω1=ω2;對于同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星,由?=mω2r,解得ω=?,由于同步衛(wèi)星的軌道半徑大于近
地衛(wèi)星的軌道半徑,則ω2ω2=ω1,故D正確。對于同步衛(wèi)星和赤道上物體,由a= ω2r可得a2>a1;對于同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星,根據(jù)?=ma有a=?,由于同步衛(wèi)星的軌道半徑大于近地衛(wèi)星的軌道半徑,則a2a2>a1,故A、B均錯(cuò)誤。對于同步衛(wèi) 星和赤道上物體,根據(jù)v=ωr可得v2>v1;對于同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星,根據(jù)萬有引力提供向心力有?=m?,解得v=?,由于同步衛(wèi)星的軌道半徑大于近地衛(wèi)星的軌道半徑,則v3>v2,聯(lián)立得v3>v2>v1,故C錯(cuò)誤。? 答案????D
三、宇宙速度1.第一宇宙速度:v1=7.9 km/s,是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度;也是繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最大環(huán)繞速度。2.第二宇宙速度:v2=11.2 km/s,衛(wèi)星掙脫地球引力束縛需要的最小發(fā)射速度。3.第三宇宙速度:v3=16.7 km/s,衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛需要的最小發(fā)射速度。
微專題5　雙星及多星問題
例1????(多選)人類首次發(fā)現(xiàn)的引力波來源于距地球約13億光年的兩個(gè)黑洞(質(zhì)量分別為36倍和29倍太陽質(zhì)量)互相繞轉(zhuǎn)最后合并的過程。設(shè)兩個(gè)黑洞A、B繞其連線上的O 點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動,如圖所示。黑洞A的軌道半徑大于黑洞B的軌道半徑,兩個(gè)黑洞的總質(zhì)量為M,兩個(gè)黑洞間的距離為L,其運(yùn)動周期為T,則?????(　????)?A.黑洞A的質(zhì)量一定大于黑洞B的質(zhì)量B.黑洞A的線速度一定大于黑洞B的線速度
C.兩個(gè)黑洞間的距離L一定,M越大,T越大D.兩個(gè)黑洞的總質(zhì)量M一定,L越大,T越大? 解析????設(shè)兩個(gè)黑洞質(zhì)量分別為mA、mB,軌道半徑分別為RA、RB,角速度為ω,由萬有引力定律可知?=mAω2RA,?=mBω2RB,RA+RB=L,得?=?,由題意可知,RA>RB,故黑洞A的質(zhì)量小于黑洞B的質(zhì)量,A錯(cuò)誤;vA=ωRA,vB=ωRB,RA>RB,故vA>vB,B正確;又由M=mA+ mB得GM=ω2L3,又因?yàn)門=?,故T=2π?,C錯(cuò)誤,D正確。? 答案????BD
微專題6　衛(wèi)星的變軌和對接問題
例2????2021年2月,天問一號火星探測器被火星捕獲,經(jīng)過一系列變軌后從“調(diào)相軌道”進(jìn)入“停泊軌道”,為著陸火星做準(zhǔn)備。如圖所示,陰影部分為探測器在不同軌道上繞火星運(yùn)行時(shí)與火星的連線每秒掃過的面積,下列說法正確的是?(　????)?
A.圖中兩陰影部分的面積相等B.從“調(diào)相軌道”進(jìn)入“停泊軌道”,探測器運(yùn)行的周期變大C.從“調(diào)相軌道”進(jìn)入“停泊軌道”,探測器的機(jī)械能變小D.探測器在P點(diǎn)的加速度小于在N點(diǎn)的加速度? 解題指導(dǎo)????變軌問題要理解“供需”關(guān)系。(1)當(dāng)衛(wèi)星的速度突然增大時(shí),G??,即萬有引力大于所需要的向心力,衛(wèi)星將做近心運(yùn)動,軌道半徑變小。
? 解析????根據(jù)開普勒第二定律可知,在同一軌道上探測器繞火星運(yùn)行時(shí)與火星的連線相同的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等,但在不同軌道上探測器與火星的連線相同的時(shí)間內(nèi)掃過的面積不相等,故A錯(cuò)誤;根據(jù)開普勒第三定律?=k可知,探測器在“停泊軌道”上的運(yùn)行周期比在“調(diào)相軌道”上的小,故B錯(cuò)誤;探測器從“調(diào)相軌道”進(jìn)入“停泊軌道”需在P點(diǎn)減速,做近心運(yùn)動,探測器的機(jī)械能減小,故C正確;根據(jù)萬有引力提供向心力及牛頓第二定律有?=ma可知,探測器在P點(diǎn)的加速度比在N點(diǎn)的大,故D錯(cuò)誤。? 答案????C
微專題7　天體中的追及相遇問題一、問題特征　　天體中的追及相遇問題主要研究同一中心天體的兩顆衛(wèi)星相距最近或最遠(yuǎn)的情況。當(dāng)兩顆衛(wèi)星與中心天體在同一直線上,且位于中心天體的同一側(cè)時(shí),相距最近,如圖甲所示;當(dāng)兩顆衛(wèi)星與中心天體在同一直線上,且位于中心天體的兩側(cè)時(shí),相距最遠(yuǎn), 如圖乙所示。
二、角度關(guān)系　　設(shè)衛(wèi)星a(離中心天體近些)與衛(wèi)星b同向運(yùn)動,某時(shí)刻相距最近,如果經(jīng)過時(shí)間t,兩衛(wèi)星繞中心天體轉(zhuǎn)過的角度之差等于2π的整數(shù)倍,則兩衛(wèi)星再次相距最近,即ω1t-ω2t=2 nπ(n=1,2,3,…)(ω1>ω2);如果經(jīng)過時(shí)間t',兩衛(wèi)星繞中心天體轉(zhuǎn)過的角〗度之差等于π的奇數(shù)倍,則兩衛(wèi)星再次相距最遠(yuǎn),即ω1t'-ω2t'=(2n-1)π(n=1,2,3,…)(ω1>ω2)。
三、圈數(shù)關(guān)系(兩衛(wèi)星同向運(yùn)動)1.最近:?-?=n(n=1,2,3,…)(T1

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