高中物理必修二 万有引力定律 _ 本章小结课件37张PPT
文档属性
| 名称 | 高中物理必修二 万有引力定律 _ 本章小结课件37张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-10-20 17:59:24 | ||
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文档简介
万有引力与天体运动
高考真题分析
1 有引力定律的规律和应用
(1)在处理天体的运动问题时，通常把天体的运动看成是匀速圆周运动，
其所需要的向心力由万有引力提供.其基本关系式为
＝ .
在天体表面，忽略自转的情况下有G ＝mg.
m(2πf)2r
(2)卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系
越小
越小
越大
(3)卫星变轨
由低轨变高轨，需增大速度，稳定在高轨道上时速度比在低轨道 ；由高轨变低轨，需减小速度，稳定在低轨道上时速度比在高轨道 .
(4)宇宙速度
第一宇宙速度：
7.9
小
大
第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小
.
第二宇宙速度：v2＝ km/s，使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度.
第三宇宙速度：v3＝ km/s，使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度.
发射速度
11.2
16.7
地球
太阳
2.天体运动
(1)开普勒三大定律.
(2)分析天体运动类问题的一条主线就是F万＝F向，抓住黄金代换公式GM＝ .
(3)确定天体表面重力加速度的方法有：测重力法、单摆法、平抛(或竖直上抛)物体法、近地卫星 法.
gR2
环绕
3.中心天体质量和密度的求解
(1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.
4.变轨问题
(3)同一卫星在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大.
(4)卫星经过不同轨道相交的同一点时加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度.
1.(2018·全国卷Ⅱ·16)2018年2月，我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T＝5.19 ms.假设星体为质量均匀分布的球体，万有引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为
A.5×109 kg/m3 B.5×1012 kg/m3
C.5×1015 kg/m3 D.5×1018 kg/m3
解析
√
高考真题回顾
解析 脉冲星自转，边缘物体m恰对球体无压力时万有引力提供向心力，
2. (2018·全国卷Ⅲ·15)为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍.P与Q的周期之比约为
A.2∶1 B.4∶1
C.8∶1 D.16∶1
解析
因为rP∶rQ＝4∶1，故TP∶TQ＝8∶1.
√
3. (多选)(2018·全国卷Ⅰ·20)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波.根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈.将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星
A.质量之积 B.质量之和
C.速率之和 D.各自的自转角速度
解析
√
√
解析 两颗中子星运动到某位置的示意图如图所示
每秒转动12圈，角速度已知，
中子星运动时，由万有引力提供向心力得
l＝r1＋r2 ③
质量之和可以估算.
由线速度与角速度的关系v＝ωr得
v1＝ωr1 ④
v2＝ωr2 ⑤
由③④⑤式得v1＋v2＝ω(r1＋r2)＝ωl，速率之和可以估算.
质量之积和各自自转的角速度无法求解.
4.（2018?海南）（单选题）土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多。
由此信息可知（ ）
A．土星的质量比火星的小
B．土星运行的速率比火星的小
C．土星运行的周期比火星的小
D．土星运行的角速度大小比火星的大
√
5. （2018?江苏）（单选题）我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力
不断提高。今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km，之前
已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动。
与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（ ）
A．周期 B．角速度 C．线速度 D．向心加速度
√
6. （2018?北京）（单选题）若想检验“使月球绕地球运动的力”与
“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍
的情况下，需要验证（ ）
A．地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1602
B．月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1602
C．自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的16
D．苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的160
?
√
7. （2018?浙江）（单选题）土星最大的卫星叫“泰坦”（如图），
每16天绕土星一周，其公转轨道半径为1.2×106km．已知引力常量
G=6.67×10?11N?????2/kg2，则土星的质量约为（ ）
A．5×1017kg
B．5×1026kg
C．7×1033kg
D．4×1036kg
?
√
8. （2018?天津） （多选题） 2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星
“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球
物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并
已知地球的半径和地球表面处的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是
匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫
星的（ ）
A．密度 B．向心力的大小
C．离地高度 D．线速度的大小
√
√
9．（2017?新课标Ⅱ）（多选题）如图所示，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，
Q为远日点，M，N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0，若只考虑海王星和太阳
之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中（ ）
A．从P到M所用的时间等于????04
B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功
?
√
√
10. （2016?北京）（单选题）如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕
地球E运行，在P变轨后进入轨道2做匀速圆周运动．下列说法正确的是（ ）
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度
D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量
√
拓展训练1(2018·湖南省益阳市4月调研)2018年2月12日，“长征三号乙”运载火箭以“一箭双星”的形式将“北斗三号”第五颗、第六颗全球组网导航卫星成功送入预定轨道，这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星，即采用圆轨道，轨道高度低于同步卫星的轨道高度，引力常量为已知，下列说法正确的是
A.这两颗卫星在其轨道上运行的速率小于同步卫星的速率
B.如果已知这两颗卫星在其轨道上运行的周期可以计算出地球质量
C.如果已知这两颗卫星在其轨道上运行的周期与轨道半径可以计算出地
球密度
D.这两颗卫星在其轨道上运行的速率小于第一宇宙速度的大小
答案
解析
√
课后拓展训练
拓展训练2 (多选)(2018·河南省濮阳市第二次模拟)如图9所示，设月球半径为R，假设“嫦娥四号”探测器在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，运行周期为T，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月做匀速圆周运动，引力常量为G，不考虑其他星球的影响，则下列说法正确的是
A.月球的质量可表示为
B.在轨道Ⅲ上B点的速率大于在轨道Ⅱ上B点的速率
C.“嫦娥四号”探测器沿椭圆轨道从A点向B点运动过程中，机械能保持不变
D.“嫦娥四号”探测器从远月点A向近月点B运动的过程中，加速度变小
答案
解析
√
图9
√
在轨道Ⅱ的B点需要减速做近心运动才能进入轨道Ⅲ做圆周运动，所以在轨道Ⅲ上B点速率小于在轨道Ⅱ上B点的速率，B错误；
探测器沿椭圆轨道从A运动到B的过程中只受到月球引力作用，探测器的机械能保持不变，C正确；
拓展训练3 (2018·四川省乐山市第二次调研)2017年6月15日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭成功发射X射线调制望远镜卫星“慧眼”.“慧眼”的成功发射将显著提升我国大型科学卫星研制水平，填补我国X射线探测卫星的空白，实现我国在空间高能天体物理领域由地面观测向天地联合观测的跨越.“慧眼”研究的对象主要是黑洞、中子星和射线暴等致密天体和爆发现象.在利用“慧眼”观测美丽的银河系时，若发现某双黑洞间的距离为L(黑洞的半径远小于黑洞之间的距离)，只在彼此之间的万有引力作用下做匀速圆周运动，其运动周期为T，引力常量为G，则双黑洞总质量为
答案
解析
√
拓展训练4 (多选)(2018·湖南省常德市期末检测)如图10所示，绕同一恒星运行的两颗行星A和B，A是半径为r的圆轨道，B是长轴QQ′为2r的椭圆轨道，其中Q′到恒星中心的距离为Q到恒星中心的距离的2倍，两轨道相交于P点.下列说法正确的是
A.A和B经过P点时加速度相同
B.A和B经过P点时的速度相同
C.A和B绕恒星运动的周期相同
D.A的加速度大小与B在Q′处加速度大小之比为16∶9
答案
解析
√
图10
√
√
A行星做匀速圆周运动，而B做的是椭圆运动，二者在同一点处的速度方向不相同，速度不同，故B错误；
根据开普勒第三定律，两颗行星围绕同一中心天体运动，且半长轴相同，故周期相同，故C正确；
谢谢
高考真题分析
1 有引力定律的规律和应用
(1)在处理天体的运动问题时，通常把天体的运动看成是匀速圆周运动，
其所需要的向心力由万有引力提供.其基本关系式为
＝ .
在天体表面，忽略自转的情况下有G ＝mg.
m(2πf)2r
(2)卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系
越小
越小
越大
(3)卫星变轨
由低轨变高轨，需增大速度，稳定在高轨道上时速度比在低轨道 ；由高轨变低轨，需减小速度，稳定在低轨道上时速度比在高轨道 .
(4)宇宙速度
第一宇宙速度：
7.9
小
大
第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小
.
第二宇宙速度：v2＝ km/s，使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度.
第三宇宙速度：v3＝ km/s，使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度.
发射速度
11.2
16.7
地球
太阳
2.天体运动
(1)开普勒三大定律.
(2)分析天体运动类问题的一条主线就是F万＝F向，抓住黄金代换公式GM＝ .
(3)确定天体表面重力加速度的方法有：测重力法、单摆法、平抛(或竖直上抛)物体法、近地卫星 法.
gR2
环绕
3.中心天体质量和密度的求解
(1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.
4.变轨问题
(3)同一卫星在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大.
(4)卫星经过不同轨道相交的同一点时加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度.
1.(2018·全国卷Ⅱ·16)2018年2月，我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T＝5.19 ms.假设星体为质量均匀分布的球体，万有引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为
A.5×109 kg/m3 B.5×1012 kg/m3
C.5×1015 kg/m3 D.5×1018 kg/m3
解析
√
高考真题回顾
解析 脉冲星自转，边缘物体m恰对球体无压力时万有引力提供向心力，
2. (2018·全国卷Ⅲ·15)为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍.P与Q的周期之比约为
A.2∶1 B.4∶1
C.8∶1 D.16∶1
解析
因为rP∶rQ＝4∶1，故TP∶TQ＝8∶1.
√
3. (多选)(2018·全国卷Ⅰ·20)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波.根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈.将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星
A.质量之积 B.质量之和
C.速率之和 D.各自的自转角速度
解析
√
√
解析 两颗中子星运动到某位置的示意图如图所示
每秒转动12圈，角速度已知，
中子星运动时，由万有引力提供向心力得
l＝r1＋r2 ③
质量之和可以估算.
由线速度与角速度的关系v＝ωr得
v1＝ωr1 ④
v2＝ωr2 ⑤
由③④⑤式得v1＋v2＝ω(r1＋r2)＝ωl，速率之和可以估算.
质量之积和各自自转的角速度无法求解.
4.（2018?海南）（单选题）土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多。
由此信息可知（ ）
A．土星的质量比火星的小
B．土星运行的速率比火星的小
C．土星运行的周期比火星的小
D．土星运行的角速度大小比火星的大
√
5. （2018?江苏）（单选题）我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力
不断提高。今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km，之前
已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动。
与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（ ）
A．周期 B．角速度 C．线速度 D．向心加速度
√
6. （2018?北京）（单选题）若想检验“使月球绕地球运动的力”与
“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍
的情况下，需要验证（ ）
A．地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1602
B．月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1602
C．自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的16
D．苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的160
?
√
7. （2018?浙江）（单选题）土星最大的卫星叫“泰坦”（如图），
每16天绕土星一周，其公转轨道半径为1.2×106km．已知引力常量
G=6.67×10?11N?????2/kg2，则土星的质量约为（ ）
A．5×1017kg
B．5×1026kg
C．7×1033kg
D．4×1036kg
?
√
8. （2018?天津） （多选题） 2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星
“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球
物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并
已知地球的半径和地球表面处的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是
匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫
星的（ ）
A．密度 B．向心力的大小
C．离地高度 D．线速度的大小
√
√
9．（2017?新课标Ⅱ）（多选题）如图所示，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，
Q为远日点，M，N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0，若只考虑海王星和太阳
之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中（ ）
A．从P到M所用的时间等于????04
B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功
?
√
√
10. （2016?北京）（单选题）如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕
地球E运行，在P变轨后进入轨道2做匀速圆周运动．下列说法正确的是（ ）
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度
D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量
√
拓展训练1(2018·湖南省益阳市4月调研)2018年2月12日，“长征三号乙”运载火箭以“一箭双星”的形式将“北斗三号”第五颗、第六颗全球组网导航卫星成功送入预定轨道，这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星，即采用圆轨道，轨道高度低于同步卫星的轨道高度，引力常量为已知，下列说法正确的是
A.这两颗卫星在其轨道上运行的速率小于同步卫星的速率
B.如果已知这两颗卫星在其轨道上运行的周期可以计算出地球质量
C.如果已知这两颗卫星在其轨道上运行的周期与轨道半径可以计算出地
球密度
D.这两颗卫星在其轨道上运行的速率小于第一宇宙速度的大小
答案
解析
√
课后拓展训练
拓展训练2 (多选)(2018·河南省濮阳市第二次模拟)如图9所示，设月球半径为R，假设“嫦娥四号”探测器在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，运行周期为T，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月做匀速圆周运动，引力常量为G，不考虑其他星球的影响，则下列说法正确的是
A.月球的质量可表示为
B.在轨道Ⅲ上B点的速率大于在轨道Ⅱ上B点的速率
C.“嫦娥四号”探测器沿椭圆轨道从A点向B点运动过程中，机械能保持不变
D.“嫦娥四号”探测器从远月点A向近月点B运动的过程中，加速度变小
答案
解析
√
图9
√
在轨道Ⅱ的B点需要减速做近心运动才能进入轨道Ⅲ做圆周运动，所以在轨道Ⅲ上B点速率小于在轨道Ⅱ上B点的速率，B错误；
探测器沿椭圆轨道从A运动到B的过程中只受到月球引力作用，探测器的机械能保持不变，C正确；
拓展训练3 (2018·四川省乐山市第二次调研)2017年6月15日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭成功发射X射线调制望远镜卫星“慧眼”.“慧眼”的成功发射将显著提升我国大型科学卫星研制水平，填补我国X射线探测卫星的空白，实现我国在空间高能天体物理领域由地面观测向天地联合观测的跨越.“慧眼”研究的对象主要是黑洞、中子星和射线暴等致密天体和爆发现象.在利用“慧眼”观测美丽的银河系时，若发现某双黑洞间的距离为L(黑洞的半径远小于黑洞之间的距离)，只在彼此之间的万有引力作用下做匀速圆周运动，其运动周期为T，引力常量为G，则双黑洞总质量为
答案
解析
√
拓展训练4 (多选)(2018·湖南省常德市期末检测)如图10所示，绕同一恒星运行的两颗行星A和B，A是半径为r的圆轨道，B是长轴QQ′为2r的椭圆轨道，其中Q′到恒星中心的距离为Q到恒星中心的距离的2倍，两轨道相交于P点.下列说法正确的是
A.A和B经过P点时加速度相同
B.A和B经过P点时的速度相同
C.A和B绕恒星运动的周期相同
D.A的加速度大小与B在Q′处加速度大小之比为16∶9
答案
解析
√
图10
√
√
A行星做匀速圆周运动，而B做的是椭圆运动，二者在同一点处的速度方向不相同，速度不同，故B错误；
根据开普勒第三定律，两颗行星围绕同一中心天体运动，且半长轴相同，故周期相同，故C正确；
谢谢