2013高考?xì)v史 第四單元 第4講 萬有引力定律及其應(yīng)用知識研習(xí)課件 魯科版必修2

1、1．開普勒行星運(yùn)動定律,2.萬有引力定律(1)內(nèi)容：宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個(gè)物體間引力的大小跟它們的成正比，跟它們的成反比．(3)適用條件：公式適用于距離很遠(yuǎn)、可以看做 的物體之間．當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)．均勻的球體也可以視為質(zhì)點(diǎn)，r是指兩之間的距離．,質(zhì)量的乘積,距離的二次方,質(zhì)點(diǎn),球心,3．應(yīng)用萬有引力定律分析天體的運(yùn)動(1)基本方法：把天體的運(yùn)動看

2、成，其所需向心力由萬有引力提供，有(2)三種宇宙速度①第一宇宙速度：v1＝7.9 km/s，是物體在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的繞行速度，也是在地面上發(fā)射衛(wèi)星的發(fā)射速度．,勻速圓周運(yùn)動,最大,最小,②第二宇宙速度：v2＝11.2 km/s，在地面附近發(fā)射飛行器，使其克服、永遠(yuǎn)離開地球所需的最小速度．③第三宇宙速度：v3＝16.7 km/s，在地面附近發(fā)射飛行器，能夠掙脫的束縛飛到太陽系外的最小速度．(

3、3)地球同步衛(wèi)星所謂地球同步衛(wèi)星，是相對于地面、和地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星，T＝24 h．同步衛(wèi)星必須位于赤道上空且距離地面的高度是一定的．,靜止,地球引力,太陽引力,考點(diǎn)一　對開普勒定律的理解1．開普勒第一定律說明：不同行星繞太陽運(yùn)行時(shí)的橢圓軌道是不同的．2．開普勒第二定律說明：行星在近日點(diǎn)的速率大于在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率，從近日點(diǎn)向遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動時(shí)速率變小，從遠(yuǎn)日點(diǎn)向近日點(diǎn)運(yùn)動時(shí)速率變大．,【案例1】（2010·課標(biāo)全國）

4、太陽系中的8大行星的軌道均可以近似看成圓軌道.下列4幅圖是用來描述這些行星運(yùn)動所遵從的某一規(guī)律的圖象.圖中坐標(biāo)系的橫軸是lg（T/T0），縱軸是lg（R/R0）；這里T和R分別是行星繞太陽運(yùn)行的周期和相應(yīng)的圓軌道半徑，T0和R0分別是水星繞太陽運(yùn)行的周期和相應(yīng)的圓軌道半徑.下列4幅圖中正確的是（　　 ）,【解析】取其中一行星為研究對象，設(shè)其質(zhì)量為m，軌道半徑為R，太陽的質(zhì)量為M，則 【答案】B,,,【即時(shí)鞏固1】　如圖所示是

5、行星m繞恒星M運(yùn)動情況的示意圖．下列說法正確的是(　　)A．速率最大點(diǎn)是B點(diǎn)B．速率最小點(diǎn)是C點(diǎn)C．m從A到B做減速運(yùn)動D．m從B到A做減速運(yùn)動【解析】　靠近恒星做加速運(yùn)動，遠(yuǎn)離恒星做減速運(yùn)動.【答案】　C,考點(diǎn)二　萬有引力定律1．萬有引力定律的適用條件(1)嚴(yán)格地說，萬有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用．(2)兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體間的相互作用，也可用本定律計(jì)算，其中r是兩個(gè)球體球心間的距離．(3)一個(gè)均勻球體與球

6、外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的萬有引力，也可用本定律計(jì)算，其中r為球心到質(zhì)點(diǎn)間的距離．(4)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，公式也近似適用，其中r為兩物體質(zhì)心間的距離．,【案例2】（2011·安徽理綜）（1）開普勒行星運(yùn)動第三定律指出：行星繞太陽運(yùn)動的橢圓軌道的半長軸a的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期T的二次方成正比，即 　　=k，k是一個(gè)對所有行星都相同的常量.將行星繞太陽的運(yùn)動按圓周運(yùn)動處理，請你推導(dǎo)出太陽系中該常量k的表達(dá)式.已知引力常

7、量為G，太陽的質(zhì)量為M太.,,（2）開普勒定律不僅適用于太陽系，它對一切具有中心天體的引力系統(tǒng)（如地月系統(tǒng)）都成立.經(jīng)測定月地距離為3.84×108 m，月球繞地球運(yùn)動的周期為2.36×106 s，試計(jì)算地球的質(zhì)量M地.（G=6.67×10-11 N·m2/kg2，結(jié)果保留一位有效數(shù)字）【解析】（1）因行星繞太陽作勻速圓周運(yùn)動，于是軌道半長軸a即為軌道半徑r，根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律有,

8、,,,,【即時(shí)鞏固2】（2011·上海高考）人造地球衛(wèi)星在運(yùn)行過程中由于受到微小的阻力，軌道半徑將緩慢減小，在此運(yùn)動過程中，衛(wèi)星所受萬有引力大小將______（填“減小”或“增大”）；其動能將______（填“減小”或“增大”）.,【解析】由F= 知當(dāng)r減小時(shí)萬有引力增大.由于衛(wèi)星軌道半徑緩慢減小，短時(shí)間內(nèi)仍可將衛(wèi)星的運(yùn)動認(rèn)為是繞地球的勻速圓周運(yùn)動，由

9、 及Ek= 可得Ek= ，可見r減小時(shí)Ek增大.,,,,,【答案】增大 增大,【技巧提示】　只要知道某一天體的軌道半徑以及線速度、角速度、周期中的某一個(gè)參數(shù)，就可計(jì)算出吸引它做圓周運(yùn)動的中心天體的質(zhì)量．例如，根據(jù)月球的運(yùn)動情況可計(jì)算出地球的質(zhì)量，根據(jù)地球繞太陽的運(yùn)動情況可求出太陽的質(zhì)量．,【案例3】（2011·江蘇高考）一行星繞恒星作圓周運(yùn)動.由天文觀測可得，其運(yùn)行周期為

10、T，速度為v.引力常量為G，則（ ）A.恒星的質(zhì)量為B.行星的質(zhì)量為C.行星運(yùn)動的軌道半徑為D.行星運(yùn)動的加速度為,,,,,【答案】A、C、D,【即時(shí)鞏固3】（2011·四川理綜）據(jù)報(bào)道，天文學(xué)家近日發(fā)現(xiàn)了一顆距地球40光年的“超級地球”，名為“55 Cancri e”，該行星繞母星（中心天體）運(yùn)行的周期約為地球繞太陽運(yùn)行周期的1/480，母星的體積約為太陽的60倍.假設(shè)母星與太陽密度相同，“55 Cancri

11、e”與地球均做勻速圓周運(yùn)動，則“55 Cancri e”與地球的（ ）A.軌道半徑之比約為B.軌道半徑之比約為C.向心加速度之比約為D.向心加速度之比約為,,,,,【答案】B,,【案例4】（2011·全國新課標(biāo)）衛(wèi)星電話信號需要通過地球同步衛(wèi)星傳送.如果你與同學(xué)在地面上用衛(wèi)星電話通話，則從你發(fā)出信號至對方接收到信號所需最短時(shí)間最接近于（可能用到的數(shù)據(jù)：月球繞地球運(yùn)動的軌道半徑為3.8×105 km，運(yùn)行周

12、期約為27天，地球半徑約為6 400 km，無線電信號的傳播速度為3×108 m/s.）（ ）A.0.1 s B.0.25 s C.0.5 s D.1 s,【解析】由開普勒第三定律得 ，則R同=R地+h同= ，得

13、h同=3.58×107 m，發(fā)出信號到接收到信號的最短路程x=2h同，最短時(shí)間t=2h同/c=0.24 s.故選B. 【答案】B,,,【即時(shí)鞏固4】（2011·山東理綜）甲、乙為兩顆地球衛(wèi)星，其中甲為地球同步衛(wèi)星，乙的過行高度低于甲的運(yùn)行高度，兩衛(wèi)星軌道均可視為圓軌道.以下判斷正確的是（ ）A.甲的周期大于乙的周期B.乙的速度大于第一宇宙速度C.甲的加速度小于乙的加速度D.甲在運(yùn)行時(shí)能經(jīng)過北極

14、的正上方,【解析】設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r.甲、乙兩衛(wèi)星遵循相同的規(guī)律： ，由r甲>r乙,得出T甲>T乙，A正確.根據(jù) ，第一宇宙速度對應(yīng)軌道半徑為地球半徑，小于乙的半徑，所以乙的速度小于第一宇宙速度，B錯(cuò)誤.由 知，a甲<a乙，C正確.同步衛(wèi)星的軌道

15、在赤道平面內(nèi)，D錯(cuò)誤.【答案】A、C,,,,【案例5】（2011·全國理綜）我國“嫦娥一號”探月衛(wèi)星發(fā)射后，先在“24小時(shí)軌道”上繞地球運(yùn)行（即繞地球一圈需要24小時(shí)）；然后，經(jīng)過兩次變軌依次到達(dá)“48小時(shí)軌道”和“72小時(shí)軌道”；最后奔向月球.如果按圓形軌道計(jì)算，并忽略衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則在每次變軌完成后與變軌前相比（ ）A.衛(wèi)星動能增大，引力勢能減小B.衛(wèi)星動能增大，引力勢能增大C.衛(wèi)星動能減小，引力

16、勢能減小D.衛(wèi)星動能減小，引力勢能增大,【解析】衛(wèi)星每次變軌完成后到達(dá)軌道半徑較大的軌道，由萬有引力提供向心力，即 ，衛(wèi)星的動能Ek= ，因此衛(wèi)星動能減少；變軌時(shí)需要點(diǎn)火，使其機(jī)械能增加，因而引力勢能增大，只有D正確.【答案】D,,,【即時(shí)鞏固5】　(2010·江蘇高考)2009年5月，航天飛機(jī)在完成對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡

17、的維修任務(wù)后，在A點(diǎn)從圓形軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn)，如圖所示．關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動，下列說法中正確的有(　　),A．在軌道 Ⅱ 上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B．在軌道 Ⅱ 上經(jīng)過A的動能小于在軌道 Ⅰ 上經(jīng)過A的動能C．在軌道 Ⅱ 上運(yùn)動的周期小于在軌道 Ⅰ 上運(yùn)動的周期D．在軌道 Ⅱ 上經(jīng)過A的加速度小于在軌道 Ⅰ 上經(jīng)過A的加速度,【解析】　在橢圓軌道上，近地點(diǎn)的速度最大，遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度最小，A選項(xiàng)正確．由萬有引