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首页 高考物理(人教版·全国卷地区专用)一轮复习课件:第11讲 万有引力与天体运动

高考物理(人教版·全国卷地区专用)一轮复习课件:第11讲 万有引力与天体运动.ppt

高考物理(人教版·全国卷地区专用)一轮复习课件:第11讲 万有…

高江辉
2019-04-04 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《高考物理(人教版·全国卷地区专用)一轮复习课件:第11讲 万有引力与天体运动ppt》,可适用于人文社科领域

第讲 万有引力与天体运动返回目录第讲 万有引力与天体运动返回目录核心题空焦点面积半长轴公转周期第讲 万有引力与天体运动返回目录核心题空正比反比第讲 万有引力与天体运动返回目录核心题空匀速圆周向心力物体的重力第讲 万有引力与天体运动返回目录核心题空最小发射速度最小发射速度最小发射速度最大运行速度第讲 万有引力与天体运动返回目录易错判断第讲 万有引力与天体运动返回目录易错判断第讲 万有引力与天体运动返回目录易错判断第讲 万有引力与天体运动返回目录考点一 开普勒行星运动定律的理解和应用例middot四川卷登上火星是人类的梦想ldquo嫦娥之父rdquo欧阳自远透露:中国计划于年登陆火星.地球和火星公转视为匀速圆周运动忽略行星自转影响.根据下表火星和地球相比(  )行星半径m质量kg轨道半径m地球timestimestimes火星timestimestimesA.火星的公转周期较小B.火星做圆周运动的加速度较小C.火星表面的重力加速度较大D.火星的第一宇宙速度较大第讲 万有引力与天体运动返回目录B 解析根据开普勒第三定律eqf(r,T)=k轨道半径越大公转周期越大A错设太阳的质量为M行星的轨道半径为r行星的质量为m根据Geqf(Mm,r)=ma可知轨道半径越大行星绕太阳做圆周运动的加速度越小所以B对设行星半径为R根据Geqf(mmprime,R)=mprimeg=mprimeeqf(v,R)结合表中数据可知火星表面的重力加速度和火星的第一宇宙速度均较小故C、D错.第讲 万有引力与天体运动返回目录变式题 火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行根据开普勒行星运动定律可知(  )A.太阳位于木星运行轨道的中心B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D.相同时间内火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积第讲 万有引力与天体运动返回目录C 解析本题考查了开普勒的三个行星运动定律.题目中要求根据开普勒行星运动定律来判断那么不能按照中学阶段的近似处理来判断.太阳应位于行星运行轨道的一个焦点上而焦点不是圆心A错误.火星和木星绕太阳运行时是不在同一个轨道上的根据开普勒第二定律可知同一个行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积D错误.火星和木星绕太阳运行速度的大小也是不可能始终相等的B错误.根据开普勒第三定律,火)eqf(a,Teqoal(,火))=,木)eqf(a,Teqoal(,木))可知,火)eqf(T,Teqoal(,木))=,火)eqf(a,aeqoal(,木))C正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录middot特别提醒.行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理若按椭圆轨道处理则利用其半长轴进行计算..开普勒行星运动定律也适用于其他天体例如月球、卫星绕地球的运动..开普勒第三定律eqf(a,T)=k中k值只与中心天体的质量有关不同的中心天体k值不同.第讲 万有引力与天体运动返回目录考点二 万有引力的计算和应用.万有引力的特点:两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力它们大小相等方向沿两物体的连线且相反分别作用在两个物体上其作用效果一般不同..万有引力的一般应用:万有引力的一般应用问题主要涉及万有引力的基本计算、天体质量和密度的计算等.在这类问题的分析中应注意:()万有引力公式F=Geqf(mm,r)中的r应为两物体球心间距如果某一物体内部存在球形空腔则宜采取ldquo割补法rdquo分析()对于万有引力提供向心力情景下的天体运动根据万有引力定律和牛顿第二定律有Geqf(mm,r)=ma且a=omegar=eqf(v,r)=eqblc(rc)(avsalco(f(pi,T)))eqsup()r()根据万有引力等于重力即Geqf(Mm,R)=mg得GM=gR(黄金代换公式)利用黄金代换公式进行天体质量和天体重力加速度之间的代换.第讲 万有引力与天体运动返回目录例 middot课标全国卷假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体.一矿井深度为d已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零.矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为(  )A.-eqf(d,R)B.+eqf(d,R)C.eqblc(rc)(avsalco(f(R-d,R)))eqsup()D.eqblc(rc)(avsalco(f(R,R-d)))eqsup()第讲 万有引力与天体运动返回目录A 解析在地球表面由万有引力定律有Geqf(Mm,R)=mg其中M=eqf(,)piR在矿井底部由万有引力定律有G,)eqf(Mm,R)=mg其中M=eqf(,)piReqoal(,)R=R+d联立解得eqf(g,g)=-eqf(d,R)A正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录变式题 middot重庆卷宇航员王亚平在ldquo天宫一号rdquo飞船内进行了我国首次太空授课演示了一些完全失重状态下的物理现象.若飞船质量为m距地面高度为h地球质量为M半径为R引力常量为G则飞船所在处的重力加速度大小为(  )A.B.eqf(GM,(R+h))C.eqf(GMm,(R+h))D.eqf(GM,h)第讲 万有引力与天体运动返回目录B 解析由题意飞船处于完全失重状态飞船所受的重力等于万有引力即Geqf(Mm,(R+h))=mg约去m得B正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录middot注意事项对万有引力和重力的关系要注意以下几点:()在地面上忽略地球自转时认为物体的向心力为零各位置均有mgasympeqf(GMm,R)()若考虑地球自转在赤道上的物体有eqf(GMm,R)-FN=F向其中FN大小等于mg对处于南北两极的物体则有eqf(GMm,R)=mg()在地球上空某一高度h处有eqf(GMm,(R+h))=mgprime可知随着高度的增加重力逐渐减小重力加速度也逐渐减小.第讲 万有引力与天体运动返回目录考点三 天体质量及密度的计算计算天体的质量和密度问题的关键是明确中心天体对它的卫星(或行星)的引力就是卫星(或行星)绕中心天体做匀速圆周运动的向心力.由Geqf(Mm,r)=meqf(pi,T)r解得M=eqf(pir,GT)rho=eqf(M,V)=eqf(M,f(,)piR)=eqf(pir,GTR)R为中心天体的半径若为近地卫星则R=r有rho=eqf(pi,GT)由上式可知只要用实验方法测出卫星(或行星)做圆周运动的半径r及运行周期T就可以算出中心天体的质量M若再知道中心天体的半径则可算出中心天体的密度.第讲 万有引力与天体运动返回目录例 middot江苏卷过去几千年来人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星ldquopegbrdquo的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕ldquopegbrdquo绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为天轨道半径约为地球绕太阳运动半径的eqf(,)该中心恒星与太阳的质量比约为(  )Aeqf(,)B.C.D.第讲 万有引力与天体运动返回目录B 解析题中这颗行星绕其中心天体做圆周运动其向心力是由中心天体与行星间的万有引力提供即G,行)eqf(M中心m行,r)=m行omegaeqoal(,行)r行=m行,行)eqf(pir行,T)可得M中心=,行)eqf(pir,GTeqoal(,行))同理地球绕太阳运动有M太阳=,地)eqf(pir,GTeqoal(,地))那么中心天体与太阳的质量之比为eqf(M中心,M太阳)=,行)eqf(f(pir,GTeqoal(,行)),f(pireqoal(,地),GTeqoal(,地)))=eqblc(rc)(avsalco(f(r行,r地)))eqsup()middoteqblc(rc)(avsalco(f(T地,T行)))eqsup()=eqblc(rc)(avsalco(f(,)))eqsup()middoteqblc(rc)(avsalco(f(,)))eqsup()asymp选项B正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录变式题 middot全国卷Ⅱ假设地球可视为质量均匀分布的球体.已知地球表面重力加速度在两极的大小为g在赤道的大小为g地球自转的周期为T引力常量为G地球的密度为(  )A.eqf(pi,GT)middoteqf(g-g,g)B.eqf(pi,GT)middoteqf(g,g-g)C.eqf(pi,GT)D.eqf(pi,GT)middoteqf(g,g)第讲 万有引力与天体运动返回目录B 解析在两极物体所受的重力等于万有引力即Geqf(Mm,R)=mg在赤道处的物体做圆周运动的周期等于地球的自转周期T则Geqf(Mm,R)-mg=meqf(pi,T)R则密度rho=eqf(M,piR)=eqf(,piR)middoteqf(gR,G)=eqf(pig,GT(g-g))B正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录middot规律总结天体质量和密度的估算问题是高考命题热点解答此类问题首先要掌握基本方法(两个等式:①万有引力提供向心力②天体表面物体受到的重力近似等于万有引力)其次是记住常见问题的结论主要分两种情况:()利用卫星的轨道半径r和周期T可得中心天体的质量为M=eqf(pir,GT)并据此进一步得到该天体的密度rho=eqf(M,V)=eqf(M,f(,)piR)=eqf(pir,GTR)(R为中心天体的半径)尤其注意当r=R时rho=eqf(pi,GT)()利用天体表面的重力加速度g和天体半径R可得天体质量M=eqf(gR,G)天体密度rho=eqf(M,V)=eqf(M,f(,)piR)=eqf(g,piGR)第讲 万有引力与天体运动返回目录考点四 天体表面的力学问题.在地球或其他天体表面及某一高度处的重力加速度的计算设天体表面重力加速度为g天体半径为R忽略天体自转则有mg=Geqf(Mm,R)得g=eqf(GM,R)或GM=gR若物体距天体表面的高度为h则重力mgprime=Geqf(Mm,(R+h))得gprime=eqf(GM,(R+h))=eqf(R,(R+h))g.地球表面的物体运动规律的迁移应用在地球上所有只在重力作用下的运动形式如自由落体运动、竖直上抛运动、平抛运动、斜抛运动等其运动规律和研究方法同样适用于在其他星球表面的同类运动的分析只是当地重力加速度取值不同而已.第讲 万有引力与天体运动返回目录例 middot北京卷万有引力定律揭示了天体运行规律与地上物体运动规律具有内在的一致性.()用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量随称量位置的变化可能会有不同的结果.已知地球质量为M自转周期为T万有引力常量为G将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体不考虑空气的影响.设在地球北极地面称量时弹簧秤的读数是Fa.若在北极上空高出地面h处称量弹簧秤读数为F求比值eqf(F,F)的表达式并就h=R的情形算出具体数值(计算结果保留两位有效数字)b.若在赤道地面称量弹簧秤读数为F求比值eqf(F,F)的表达式.第讲 万有引力与天体运动返回目录()设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径r、太阳的半径RS和地球的半径R三者均减小为现在的而太阳和地球的密度均匀且不变.仅考虑太阳和地球之间的相互作用以现实地球的年为标准计算ldquo设想地球rdquo的年将变为多长.第讲 万有引力与天体运动返回目录()a eqf(F,F)=eqf(R,(R+h))   b. eqf(F,F)=-eqf(piR,GMT)()年解析()设小物体质量为ma.在北极地面Geqf(Mm,R)=F在北极上空高出地面h处Geqf(Mm,(R+h))=Feqf(F,F)=eqf(R,(R+h))当h=R时eqf(F,F)=eqf(,)asymp第讲 万有引力与天体运动返回目录b.在赤道地面小物体随地球自转做匀速圆周运动受到万有引力和弹簧秤的作用力有Geqf(Mm,R)-F=meqf(pi,T)R得eqf(F,F)=-eqf(piR,GMT)第讲 万有引力与天体运动返回目录()地球绕太阳做匀速圆周运动受到太阳的万有引力设太阳质量为MS地球质量为M地球公转周期为TE有Geqf(MSM,r)=Mr,E)eqf(pi,T)得TE=eqr(f(pir,GMS))=,S)eqr(f(pir,GrhoR))其中rho为太阳的密度.由上式可知地球公转周期TE仅与太阳的密度、地球公转轨道半径与太阳半径之比有关.因此ldquo设想地球rdquo的年与现实地球的年时间相同.第讲 万有引力与天体运动返回目录变式题 (多选)middot全国卷Ⅰ我国发射的ldquo嫦娥三号rdquo登月探测器靠近月球后先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行然后经过一系列过程在离月面m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止)最后关闭发动机探测器自由下落.已知探测器的质量约为timeskg地球质量约为月球的倍地球半径约为月球的倍地球表面的重力加速度大小约为ms则此探测器(  )A.在着陆前的瞬间速度大小约为msB.悬停时受到的反冲作用力约为timesNC.从离开近月圆轨道到着陆这段时间内机械能守恒D.在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度第讲 万有引力与天体运动返回目录BD 解析设月球表面重力加速度为gprime则eqf(gprime,g)=eqf(f(GMprime,Rprime),f(GM,R))=eqf(Mprime,M)middoteqblc(rc)(avsalco(f(R,Rprime)))eqsup()代入数据得gprimeasympeqf(,)gasympms探测器着陆瞬间的速度v=eqr(gprimeh)=eqr()msA错误悬停时F=mgprime=timestimesNasymptimesNB正确发动机反冲力做负功机械能不守恒C错误在近月轨道上的线速度vprime=eqr(gprimeRprime)在近地轨道上的线速度v=eqr(gR)很明显vvprimeD正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录变式题 middot海南卷若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体它们在水平方向运动的距离之比为∶eqr()已知该行星质量约为地球的倍地球的半径为R由此可知该行星的半径约为(  )A.eqf(,)RB.eqf(,)RC.RD.eqf(r(),)R第讲 万有引力与天体运动返回目录C 解析由平抛运动规律h=eqf(,)gtx=vt得g=,)eqf(hv,x)可得eqf(g行,g地)=eqf(,)在星球表面有Geqf(Mm,R)=mg得R=eqr(f(GM,g))可得eqf(R行,R地)=则R行=R地即R行=R选项C正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录middot特别提醒在其他星球表面的各种运动形式与在地球表面上时的运动规律完全一样只是重力加速度大小不同而已所以要及时迁移对应运动形式的基本规律和结论进行合理应用.第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题.middot福建卷设太阳质量为M某行星绕太阳公转周期为T轨道可视作半径为r的圆.已知万有引力常量为G则描述该行星运动的上述物理量满足(  )A.GM=eqf(pir,T)B.GM=eqf(pir,T)C.GM=eqf(pir,T)D.GM=eqf(pir,T)第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题A 解析行星绕太阳公转由万有引力提供向心力即Geqf(Mm,r)=meqblc(rc)(avsalco(f(pi,T)))eqsup()r解得GM=eqf(pir,T)A正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题.ldquo嫦娥一号rdquo是我国首次发射的探月卫星它在距月球表面高度为km的圆形轨道上运行运行周期为min已知引力常量G=times-Nmiddotmkg月球半径约为timeskm利用以上数据估算月球的质量约为(  )A.timeskgB.timeskgC.timeskgD.timeskg第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题D 解析由万有引力充当向心力有Geqf(mM,(r+h))=meqf(pi,T)(r+h)可得月球质量M=eqf(pi(r+h),GT)=timeskg选项D正确.第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题.我国志愿者王跃曾与俄罗斯志愿者一起进行ldquo火星shyrdquo的实验活动.假设王跃登陆火星后测得火星的半径是地球半径的eqf(,)火星的质量是地球质量的eqf(,)已知地球表面的重力加速度为g地球的半径为R王跃在地面上能向上竖直跳起的最大高度为h忽略自转的影响引力常量为G下列说法正确的是(  )第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题A.火星的密度为eqf(g,piGR)B.火星表面的重力加速度是eqf(,)gC.火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度的比值为eqf(,)D.王跃以与在地球上相同的初速度在火星上起跳后能达到的最大高度是eqf(,)h第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题A 解析 对地球表面质量为m的物体由牛顿第二定律有Geqf(Mm,R)=mg则M=eqf(gR,G)火星的密度为rho=eqf(f(,)M,f(pi,)blc(rc)(avsalco(f(R,)))sup())=eqf(g,piGR)选项A正确对火星表面质量为mprime的物体由牛顿第二定律有Geqf(f(M,)mprime,blc(rc)(avsalco(f(R,)))sup())=mprimegprime则gprime=eqf(,)g选项B错误第讲 万有引力与天体运动返回目录教师备用习题火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度的比值eqf(vprime,v)=eqf(r(gprimef(R,)),r(gR))=eqf(r(),)选项C错误王跃跳高时分别有h=,)eqf(v,g)和hprime=,)eqf(v,gprime)所以在火星上能达到的最大高度为eqf(,)h选项D错误.

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