(全國通用)2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題4 萬有引力與航天課件.ppt

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1、專題4萬有引力與航天,知識專題,,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,考題二人造衛(wèi)星問題,考題三雙星與多星問題,,欄目索引,考題一天體質(zhì)量(密度)的估算,,,,考題一天體質(zhì)量(密度)的估算,求解中心天體質(zhì)量密度的方法 1.利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R求解,方法指導(dǎo),2.利用衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動求解,,解析,例1宇宙中有兩顆相距無限遠(yuǎn)的恒星S1、S2,半徑均為R0.圖1分別是兩顆恒星周圍行星的公轉(zhuǎn)周期T2與半徑r3的圖象,則() A.恒星S1的質(zhì)量大于恒星S2的質(zhì)量 B.恒星S1的密度小于恒星S2的密度 C.恒星S1的第一宇宙速度大于恒星S2的第一宇宙速度 D.距兩恒星表面高度相同的行星,S1的行星向心加

2、 速度較大,圖1,,典例剖析,因?yàn)閮深w恒星的半徑相等,所以體積相等,故恒星S1的密度小于恒星S2的密度,故B對.,行星向心加速度a ,行星距兩恒星表面高度相同,故質(zhì)量越大,加速度越大,故D錯.,1.地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)某地區(qū)表面的重力加速度發(fā)生了較大的變化,懷疑地下有空腔區(qū)域.進(jìn)一步探測發(fā)現(xiàn)在地面P點(diǎn)的正下方有一球形空腔區(qū)域儲藏有天然氣,如圖2所示.假設(shè)該地區(qū)巖石均勻分布且密度為,天然氣的密度遠(yuǎn)小于,可忽略不計(jì).如果沒有該空腔,地球表面正常的重力加速度大小為g;由于空腔的存在,現(xiàn)測得P點(diǎn)處的重力加速度大小為kg(k1). 已知引力常量為G,球形空腔的球心深度為d,則此球形 空腔的體積是(),,解析,

3、,變式訓(xùn)練,1,2,3,圖2,解析如果將近地表的球形空腔填滿密度為的巖石,則該地區(qū)重力加速度便回到正常值,因此,如果將空腔填滿,地面質(zhì)量為m的物體重力為mg,沒有填滿時是kmg,故空腔填滿后引起的引力為(1k)mg;,1,2,3,2.某行星外圍有一圈厚度為d的發(fā)光帶(發(fā)光的物質(zhì)),簡化為如圖3甲所示模型,R為該行星除發(fā)光帶以外的半徑.現(xiàn)不知發(fā)光帶是該行星的組成部分還是環(huán)繞該行星的衛(wèi)星群,某科學(xué)家做了精確地觀測,發(fā)現(xiàn)發(fā)光帶繞行星中心的運(yùn)行速度與到行星中心的距離r的關(guān)系如圖乙所示(圖中所標(biāo)量為已知),則下列說法正確的是(),1,2,3,圖3,1,2,3,,解析,,,解析若發(fā)光帶是該行星的組成部分,

4、則其角速度與行星自轉(zhuǎn)角速度相同,應(yīng)有vr,v與r應(yīng)成正比,與圖不符,因此該發(fā)光帶不是該行星的組成部分,故A錯誤,,1,2,3,3.“嫦娥二號”繞月衛(wèi)星于2010年10月1日18時59分57秒在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,并獲得了圓滿成功.“嫦娥二號”新開辟了地月之間的“直航航線”,即直接發(fā)射至地月轉(zhuǎn)移軌道,再進(jìn)入距月面約h1105 m的圓形工作軌道,開始進(jìn)行科學(xué)探測活動.設(shè)月球半徑為R,月球表面的重力加速度為g月,萬有引力常量為G,則下列說法正確的是(),,解析,,返回,1,2,3,,,1,2,3,解析,,返回,1,2,3,考題二人造衛(wèi)星問題,方法指導(dǎo),例2為“照亮”嫦娥四號“駕臨”月球背面之路

5、,一顆承載地月中轉(zhuǎn)通信任務(wù)的中繼衛(wèi)星將在嫦娥四號發(fā)射前半年進(jìn)入到地月拉格朗日L2點(diǎn).如圖4所示,在該點(diǎn),地球、月球和中繼衛(wèi)星位于同一直線上,且中繼衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的軌道周期與月球繞地球做圓周運(yùn)動的 軌道周期相同,則() A.中繼衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力由地球和月球的 引力共同提供 B.中繼衛(wèi)星的線速度大小小于月球的線速度大小 C.中繼衛(wèi)星的加速度大小大于月球的加速度大小 D.在地面發(fā)射中繼衛(wèi)星的速度應(yīng)大于第二宇宙速度,,解析,,典例剖析,圖4,,解析衛(wèi)星的向心力由月球和地球引力的合力提供,則A正確. 衛(wèi)星與月球繞地球同步運(yùn)動,角速度相等,根據(jù)vr,知衛(wèi)星的線速度大于月球的線速度.故B錯誤;

6、 根據(jù)ar2知,衛(wèi)星的向心加速度大于月球的向心加速度.故C正確; 在地面發(fā)射中繼衛(wèi)星的速度應(yīng)小于第二宇宙速度,則D錯誤.,4.(2016全國丙卷14)關(guān)于行星運(yùn)動的規(guī)律,下列說法符合史實(shí)的是() A.開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了行星運(yùn)動的規(guī)律 B.開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出了行星運(yùn)動的規(guī)律 C.開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動的規(guī)律,找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動的原因 D.開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律 解析開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出了開普勒天體運(yùn)動三定律,找出了行星運(yùn)動的規(guī)律,而牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律.,,解析,4,5,,變式訓(xùn)練,5.水星或金星運(yùn)行到地球和太陽之

7、間,且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象,天文學(xué)稱為“行星凌日”.已知地球的公轉(zhuǎn)周期為365天,若將水星、金星和地球的公轉(zhuǎn)軌道視為同一平面內(nèi)的圓軌道,理論計(jì)算得到水星相鄰兩次凌日的時間間隔為116天,金星相鄰兩次凌日的時間間隔為584天,則下列判斷合理的是() A.地球的公轉(zhuǎn)周期大約是水星的2倍 B.地球的公轉(zhuǎn)周期大約是金星的1.6倍 C.金星的軌道半徑大約是水星的3倍 D.實(shí)際上水星、金星和地球的公轉(zhuǎn)軌道平面存在一定的夾角,所以水星或 金星相鄰兩次凌日的實(shí)際時間間隔均大于題干所給數(shù)據(jù),,,解析,返回,4,5,,,解析水星相鄰兩次凌日的時間間隔為t116天,設(shè)水星的周期為T1,則有: ,代

8、入數(shù)據(jù)解得T188天,可知地球公轉(zhuǎn)周期大約是水星的4倍,故A錯誤; 金星相鄰兩次凌日的時間間隔為584天,設(shè)金星的周期為T3,則有: 2,代入數(shù)據(jù)解得T3225天,可知地球的公轉(zhuǎn)周期大約是金星的1.6倍,故B正確;,4,5,解析,,返回,4,5,由所給資料,若運(yùn)行軌道平面不存在夾角,那么行星凌日間隔時間會與理論時間一致,而實(shí)際與理論不同,故運(yùn)行軌道平面必然存在夾角,故D正確.,考題三雙星與多星問題,方法指導(dǎo),2.做勻速圓周運(yùn)動的雙星問題中需要注意的幾個關(guān)鍵點(diǎn) (1)雙星繞它們連線上的某點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動,兩星軌道半徑之和與兩星距離相等; (2)雙星做勻速圓周運(yùn)動的角速度必相等,因此周期也必然相等

9、; (3)雙星做勻速圓周運(yùn)動的向心力由雙星間相互作用的萬有引力提供,大小相等; (4)列式時須注意,萬有引力定律表達(dá)式中的r表示雙星間的距離,而不是軌道半徑(雙星系統(tǒng)中兩顆星的軌道半徑一般不同).抓住以上四個“相等”,即向心力、角速度、周期相等,軌道半徑之和與兩星距離相等,即可順利求解此類問題.,典例剖析,例3天體A和B組成雙星系統(tǒng),圍繞兩球心連線上的某點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的周期均為T.天體A、B的半徑之比為21,兩天體球心之間的距離為R,且R遠(yuǎn)大于兩天體的半徑.忽略天體的自轉(zhuǎn),天體A、B表面重力加速度之比為41,引力常量為G,求A天體的質(zhì)量.,,答案,思維規(guī)范流程,R1R2,每式各2分,6.美國

10、在2016年2月11日宣布“探測到引力波的存在”.天文學(xué)家通過觀測雙星軌道參數(shù)的變化來間接驗(yàn)證引力波的存在,證實(shí)了GW150914是一個36倍太陽質(zhì)量的黑洞和一個29倍太陽質(zhì)量的黑洞合并事件.假設(shè)這兩個黑洞繞它們連線上的某點(diǎn)做圓周運(yùn)動,且這兩個黑洞的間距緩慢減小.若該黑洞系統(tǒng)在運(yùn)動過程中各自質(zhì)量不變且不受其他星系的影響,則關(guān)于這兩個黑洞的運(yùn)動,下列說法正確的是() A.這兩個黑洞運(yùn)行的線速度大小始終相等 B.這兩個黑洞做圓周運(yùn)動的向心加速度大小始終相等 C.36倍太陽質(zhì)量的黑洞軌道半徑比29倍太陽質(zhì)量的黑洞軌道半徑大 D.隨兩個黑洞的間距緩慢減小,這兩個黑洞運(yùn)行的周期也在減小,,解析,6,7,

11、,變式訓(xùn)練,,解析,解析這兩個黑洞共軸轉(zhuǎn)動,角速度相等,根據(jù)vr可知,由于不知道兩個黑洞的轉(zhuǎn)動半徑關(guān)系,所以線速度大小不一定相等,故A錯誤; 根據(jù)a2r可知,由于不知道兩個黑洞的轉(zhuǎn)動半徑關(guān)系,所以向心加速度大小不一定相等,故B錯誤; 兩個黑洞都是做圓周運(yùn)動,則 m12r1m22r2,可以得到半徑與質(zhì)量成反比關(guān)系,質(zhì)量大的半徑小,故選項(xiàng)C錯誤;,6,7,6,7,,7.由三顆星體構(gòu)成的系統(tǒng),叫做三星系統(tǒng).有這樣一種簡單的三星系統(tǒng):質(zhì)量剛好都相同的三個星體a、b、c在三者相互之間的萬有引力作用下,分別位于等邊三角形的三個頂點(diǎn)上,繞某一共同的圓心O在三角形所在的平面內(nèi)做相同周期的圓周運(yùn)動,若三個星體的質(zhì)量均為m,三角形的邊長為a,萬有引力常量為G,則下列說法正確的是() A.三個星體做圓周運(yùn)動的軌道半徑為a,6,7,,解析,返回,6,7,,返回,

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