复习万有引力与航天的典型题目.ppt

随堂演练随堂演练能力课时能力课时6天体运动中的天体运动中的“四大难点四大难点”随堂演练随堂演练考点四多星模型考点四多星模型两颗可视星构成两颗可视星构成的双星系统的双星系统三星系统三星系统(正三角正三角形排列形排列)三星系统三星系统(直线等直线等间距排列间距排列)示意图示意图向心力向心力来源来源彼此给对方的万彼此给对方的万有引力有引力另外两星球对其另外两星球对其万有引力的合力万有引力的合力另外两星球对其另外两星球对其万有引力的合力万有引力的合力随堂演练随堂演练【例例题题】2015年年4月月，科科学学家家通通过过欧欧航航局局天天文文望望远远镜镜在在一一个个河河外外星星系系中中，发发现现了了一一对对相相互互环环绕绕旋旋转转的的超超大大质质量量双双黑黑洞洞系系统统，如如图图3所所示示。这这也也是是天天文文学学家家首首次次在在正正常常星星系系中中发发现现超超大大质质量量双双黑黑洞洞。这这对对验验证证宇宇宙宙学学与与星星系系演演化化模模型型、广广义义相相对对论论在在极极端端条条件件下下的的适适应应性性等等都都具具有有十十分分重重要要的的意意义义。我我国国今今年年底底也也将将发发射射全全球球功功能能最最强强的的暗暗物物质质探探测测卫卫星星。若若图图中中双双黑黑洞洞的的质质量量分分别别为为M1和和M2，它它们们以以两两者者连连线线上上的的某某一一点点为为圆圆心心做做匀匀速速圆圆周周运运动动。根根据所学知识，下列选项正确的是据所学知识，下列选项正确的是()图图3随堂演练随堂演练A.双黑洞的角速度之比双黑洞的角速度之比12M2M1B.双黑洞的轨道半径之比双黑洞的轨道半径之比r1r2M2M1C.双黑洞的线速度之比双黑洞的线速度之比v v1v v2M1M2D.双黑洞的向心加速度之比双黑洞的向心加速度之比a1a2M1M2随堂演练随堂演练答案答案B随堂演练随堂演练答案答案C随堂演练随堂演练【变变式式训训练练1】双双星星模模型型(多多选选)宇宇宙宙中中，两两颗颗靠靠得得比比较较近近的的恒恒星星，只只受受到到彼彼此此之之间间的的万万有有引引力力作作用用相相互互绕绕转转，称称之之为为双双星星系系统统。在在浩浩瀚瀚的的银银河河系系中中，多多数数恒恒星星都都是是双双星星系系统统。设设某某双双星星系系统统A、B绕绕其其连连线线上上的的O点点做做匀匀速速圆圆周周运运动动，如如图图4所所示示。若若AOOB，则则()图图4A.星球星球A的质量一定大于星球的质量一定大于星球B的质量的质量B.星球星球A的线速度一定大于星球的线速度一定大于星球B的线速度的线速度C.双星间距离一定，双星的质量越大，其转动周期越大双星间距离一定，双星的质量越大，其转动周期越大D.双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大BD随堂演练随堂演练【变式练习变式练习2】三星模型三星模型(2015安徽理综，安徽理综，24)由三颗星体构成的由三颗星体构成的系统，忽略其它星体对它们的作用，存在着一种运动形式；三颗系统，忽略其它星体对它们的作用，存在着一种运动形式；三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心顶点上，绕某一共同的圆心O在三角形所在的平面内做相同角速在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动度的圆周运动(图示为图示为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情三颗星体质量不相同时的一般情况况)。若。若A星体质量为星体质量为2m、B、C两星体的质量均为两星体的质量均为m，三角形的，三角形的边长为边长为a，求：，求：随堂演练随堂演练(1)A星体所受合力大小星体所受合力大小FA；(2)B星体所受合力大小星体所受合力大小FB；(3)C星体的轨道半径星体的轨道半径RC；(4)三星体做圆周运动的周期三星体做圆周运动的周期T。随堂演练随堂演练反思总结反思总结解决双星、多星问题，紧抓四点：解决双星、多星问题，紧抓四点：(1)双双星星或或多多星星的的特特点点、规规律律，确确定定系系统统的的中中心心以以及及运运动动的的轨道半径。轨道半径。(2)星体的向心力由其他天体的万有引力的合力提供。星体的向心力由其他天体的万有引力的合力提供。(3)星体的角速度相等。星体的角速度相等。(4)星体的轨道半径不是天体间的距离。要利用几何知识，星体的轨道半径不是天体间的距离。要利用几何知识，寻找两者之间的关系，正确计算万有引力和向心力。寻找两者之间的关系，正确计算万有引力和向心力。随堂演练随堂演练突破一近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题突破一近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题近近地地卫卫星星、同同步步卫卫星星和和赤赤道道上上随随地地球球自自转转的的物物体体的的三三种种匀匀速速圆圆周周运动的参量比较运动的参量比较随堂演练随堂演练【例例1】(多多选选)如如图图1所所示示，A表表示示地地球球同同步步卫卫星星，B为为运运行行轨轨道道比比A低低的的一一颗颗卫卫星星，C为为地地球球赤赤道道上上某某一一高高山山山山顶顶上上的的一一个个物物体体，两两颗颗卫卫星星及及物物体体C的的质质量量都都相相同同，关关于于它它们们的的线线速速度度、角角速速度度、运运行行周期和所受到的万有引力的比较，下列关系式正确的是周期和所受到的万有引力的比较，下列关系式正确的是()图图1A.v vBv vAv vC B.ABCC.FAFBFC D.TATCTB随堂演练随堂演练答案答案AD随堂演练随堂演练【变式训练】【变式训练】1.(2016江西鹰潭模拟江西鹰潭模拟)有有a、b、c、d四颗卫星，四颗卫星，a还未发射，在地还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，球赤道上随地球一起转动，b在地面附近近地轨道上正常运动，在地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，是地球同步卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期为是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图2所所示，则下列关于卫星的说法中正确的是示，则下列关于卫星的说法中正确的是()图图2C随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练突破二卫星的变轨问题突破二卫星的变轨问题1.变轨原理及过程变轨原理及过程人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图3所示。所示。图图3(1)为为了了节节省省能能量量 ，在在赤赤道道上上顺顺着着地地球球自自转转方方向向发发射射卫卫星星到到圆圆轨道轨道上。上。(2)在在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道。(3)在在B点点(远地点远地点)再次点火加速进入圆形轨道再次点火加速进入圆形轨道。随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练【例例2】(多多选选)在在完完成成各各项项既既定定任任务务后后，“神神舟舟九九号号”飞飞船船于于2012年年6月月29日日10时时许许返返回回地地面面，主主着着陆陆场场位位于于内内蒙蒙古古四四子子王王旗旗地地区区。如如图图4所所示示，飞飞船船在在返返回回地地面面时时，要要在在P点点从从圆圆形形轨轨道道进进入入椭椭圆圆轨轨道道，Q为为轨轨道道上上的的一一点点，M为为轨轨道道上上的的另另一一点点，关于关于“神舟九号神舟九号”的运动，下列说法中正确的有的运动，下列说法中正确的有()图图4随堂演练随堂演练A.飞船在轨道飞船在轨道上经过上经过P的速度小于经过的速度小于经过Q的速度的速度B.飞船在轨道飞船在轨道上经过上经过P的速度小于在轨道的速度小于在轨道上经过上经过M的速度的速度C.飞船在轨道飞船在轨道上运动的周期大于在轨道上运动的周期大于在轨道上运动的周期上运动的周期D.飞船在轨道飞船在轨道上经过上经过P的加速度小于在轨道的加速度小于在轨道上经过上经过M的加速度的加速度解解析析飞飞船船在在轨轨道道上上由由Q点点向向P点点运运行行时时需需要要克克服服万万有有引引力力做做功功，所所以以经经过过P点点时时的的动动能能小小于于经经过过Q点点时时的的动动能能，可可知知选选项项A正正确确；飞飞船船在在轨轨道道上上做做匀匀速速圆圆周周运运动动，故故飞飞船船经经过过P、M两两点点时时的的速速率率相相等等，由由于于飞飞船船在在P点点进进入入轨轨道道时时相相对对于于轨轨道道做做向向心心运运动动，可可知知飞飞船船在在轨轨道道上上P点点速速度度小小于于轨轨道道上上P点点速速度度，故故选选项项B正正确确；根根据据开开普普勒勒第第三三定定律律可可知知，飞飞船船在在轨轨道道上上运运动动的的周周期期小小于于在在轨轨道道上上运运动动的的周周期期，选选项项C错错误误；根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律可可知知，飞飞船船在在轨轨道道上上经经过过P的的加加速速度度与与在在轨轨道道上上经经过过M的的加加速速度度大大小小相相等等，选项选项D错误。错误。答案答案AB随堂演练随堂演练反思总结反思总结1.变轨的两种情况变轨的两种情况2.相关物理量的比较相关物理量的比较(1)两两个个不不同同轨轨道道的的“切切点点”处处线线速速度度v v不不相相等等，图图中中v vv vB，v vAv v。随堂演练随堂演练(2)同同一一个个椭椭圆圆轨轨道道上上近近地地点点和和远远地地点点线线速速度度大大小小不不相相等等，从从远远地地点点到到近近地地点点万万有有引引力力对对卫卫星星做做正正功功，动动能能增增大大(引引力力势势能能减小减小)，图中，图中v vAv vB，EkAEkB，EpAEpB。(3)两两个个不不同同圆圆轨轨道道上上的的线线速速度度v v不不相相等等，轨轨道道半半径径越越大大，v v越越小，图中小，图中v vv v。3.卫星的对接卫星的对接航天飞机与宇宙空间站的航天飞机与宇宙空间站的“对接对接”实际上就是两个做匀速圆实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追赶问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题。周运动的物体追赶问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题。随堂演练随堂演练【变式训练】【变式训练】2.(多选多选)“神舟十号神舟十号”飞船于北京时间飞船于北京时间2013年年6月月11日日17时时38分在分在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间6月月13日日13时时18分，实施了与分，实施了与“天宫一号天宫一号”的自动交会对接。这是的自动交会对接。这是“天宫一天宫一号号”自自2011年年9月发射入轨以来，第月发射入轨以来，第5次与神舟飞船成功实现交次与神舟飞船成功实现交会对接。交会对接前会对接。交会对接前“神舟十号神舟十号”飞船先在较低的圆轨道飞船先在较低的圆轨道1上运上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的上运动的“天宫一号天宫一号”对接。对接。如图如图5所示，所示，M、Q两点在轨道两点在轨道1上，上，P点在轨道点在轨道2上，三点连线过上，三点连线过地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速。下列地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速。下列关于关于“神舟十号神舟十号”变轨过程的描述，正确的是变轨过程的描述，正确的是()随堂演练随堂演练图图5A.“神舟十号神舟十号”必须在必须在Q点加速，才能在点加速，才能在P点与点与“天宫一号天宫一号”相遇相遇B.“神舟十号神舟十号”在在M点经一次加速，即可变轨到轨道点经一次加速，即可变轨到轨道2C.“神舟十号神舟十号”在在M点变轨后的速度大于变轨前的速度点变轨后的速度大于变轨前的速度D.“神舟十号神舟十号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期随堂演练随堂演练答案答案CD随堂演练随堂演练突破三天体运动中的能量问题突破三天体运动中的能量问题1.卫星变轨问题的分析，一般包括运动状态与能量的变化，即线卫星变轨问题的分析，一般包括运动状态与能量的变化，即线速度、角速度、周期以及动能、势能与机械能的变化，通常可速度、角速度、周期以及动能、势能与机械能的变化，通常可以利用万有引力做功，确定动能和势能的变化。若只有万有引以利用万有引力做功，确定动能和势能的变化。若只有万有引力做功，则机械能守恒。力做功，则机械能守恒。随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练答案答案BD随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练图图6随堂演练随堂演练答案答案D随堂演练随堂演练突破四卫星的追及相遇问题突破四卫星的追及相遇问题某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分，但它们都处某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分，但它们都处在同一条直线上。由于它们的轨道不是重合的，因此在最近和在同一条直线上。由于它们的轨道不是重合的，因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理，最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理，而是通过而是通过卫星运动的圆心角来衡量卫星运动的圆心角来衡量，若它们初始位置在同一直线上，实，若它们初始位置在同一直线上，实际上内轨道所转过的圆心角与外轨道所转过的圆心角之差为际上内轨道所转过的圆心角与外轨道所转过的圆心角之差为的的整数倍时就是出现最近或最远的时刻。整数倍时就是出现最近或最远的时刻。随堂演练随堂演练【例例4】(多多选选)(2014新新课课标标全全国国卷卷，19)太太阳阳系系各各行行星星几几乎乎在在同同一一平平面面内内沿沿同同一一方方向向绕绕太太阳阳做做圆圆周周运运动动。当当地地球球恰恰好好运运行行到到某某地地外外行行星星和和太太阳阳之之间间，且且三三者者几几乎乎排排成成一一条条直直线线的的现现象象，天天文文学学称称为为“行行星星冲冲日日”。据据报报道道，2014年年各各行行星星冲冲日日时时间间分分别别是是：1月月6日日木木星星冲冲日日；4月月9日日火火星星冲冲日日；5月月11日日土土星星冲冲日日；8月月29日日海海王王星星冲冲日日；10月月8日日天天王王星星冲冲日日。已已知知地地球球及及各各地地外外行行星星绕绕太太阳阳运运动的轨道半径如下表所示。则下列判断正确的是动的轨道半径如下表所示。则下列判断正确的是()地球地球火星火星木星木星土星土星天王星天王星海王星海王星轨道半径轨道半径(AU)1.01.55.29.51930随堂演练随堂演练A.各地外行星每年都会出现冲日现象各地外行星每年都会出现冲日现象 B.在在2015年内一定会出现木星冲日年内一定会出现木星冲日C.天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半D.地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短随堂演练随堂演练答案答案BD随堂演练随堂演练感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！