专题九：万有引力定律与天体运动(自整理).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,专题九万有引力定律及天体运动,经典力学的成就与局限性,考纲内容,考纲解读,1.,万有引力定律及其应用,(,),2,环绕速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度,(,),3,经典力学的适用范围和局限性,(),1.,了解万有引力定律的发现过程，知道万有引力定律，认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用,2,知道环绕速度与哪些因素有关，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度,3,通过实例了解经典力学的发展历程和伟大成就，了解经典力学的适用范围和局限性,考点 一、,万有引力定律,及其应用,一、开普勒行星定律,1,第一定律,(,轨道定律,),：所有行星围绕太阳运动的,轨迹都是,_,2,第二定律,(,面积定律,),：太阳和行星的连线在相等的时间,内扫,过,_,的面积,3,第三定律,(,周期定律,),：行星绕太阳公转周期的平方和,其轨,道,半长轴的三次方成,_,椭圆,相同,正比,二、万引有力定律,1,内容：宇宙间任意两个有质量的物体间都存在,_,，其大小与,_,成正比，与,_,成反比,2,数学表达式：,_,，式中,G,称为引力常量，且,G,6.67,10,11,Nm,2,/kg,2,，第一次在实验室中较准确测量出,G,的是英国科学家,_,3,适用条件：适用于相距很远，可看作质点的两物体间的相互作用若两物体是质量分布均匀的球体，则,r,为两球体球心间的距离,相互吸引力,两物体的质量乘积,它们间距离的二次方,卡文迪许,F,G,AC,A,公式中,G,为引力常量，它是由实验测得的，而不是,人为规定,的,B,当,r,趋于零时，万有引力趋于无限大,C,任意两个物体间存在吸引力，与,m,1,、,m,2,是否相等无关,D,两物体受到的引力总是大小相等、方向相反，是一对平衡力,解析：,引力常量,G,是由卡文迪许在实验室测出的；当,r,趋于零时,公式不再成立；两个物体间的引力是作用力和反作用力的关系,万有引力定律,A,A,R,B2,R,C4,R,D8,R,1-1,(,单选,)(2010,年广东学业水平考试,),卡文迪许利用扭秤实验测量的物理量是,(,),A,地球的半径,B,太阳的质量,C,地球到太阳的距离,D,万有引力常数,解析：,卡文迪许利用扭秤实验测出了万有引力常量，选,D.,答案：,D,考点,2,、万有引力定律的应用,1,解题的相关知识,:,应用万有引力定律解题的知识常集中于两点,:,一是天体运动的向心力来源于,_,，即,F,引,F,向,，具体来讲就是：,G,m,m r,m,2,r,；二是,_,近似等于物体的重力，即,G,mg,从而得出,GM,R,2,g,，式中,R,为地球半径，,g,为地表的重力加速度,天体之间的万有引力,地球对物体的万有引力,轨道越高（,r,越大），向心力（,F,n向心加速度（,a,n,）、线速度（,v,）、角速度（,）均减小，但周期（,T,）增大。,小试身手,2-1,、,(2012,年,6,月广东学业水平考试,),将太阳系中各行星绕太阳的运动近似看作匀速圆周运动，则离太阳越远的行星,(,),A,角速度越大,B,周期越大,C,线速度越大,D,向心加速度越大,B,2-2,、,(,单选,),宇宙飞船在半径为,R,1,的轨道上运行，变轨后的半径为,R,2,，,R,1,R,2,.,宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的,(,),A,线速度变小,B,角速度变小,C,周期变大,D,向心加速度变大,2-3,(,单选,)(2010,年贵阳会考,),我国,2005,年发射的,“,神舟六号,”,载人飞船，与,“,神舟五号,”,飞船相比，它在更高的轨道上绕地球做匀速圆周运动，如图所示，下列说法中正确的是,(,),A,“,神舟六号,”,的速度较小,B,“,神舟六号,”,的速度与,“,神舟五号,”,的相同,C,“,神舟六号,”,的周期更短,D,“,神舟六号,”,的周期与,“,神舟五号,”,的相同,考点,3,、宇宙速度,1,第一宇宙速度,(,环绕速度,),v,_,，是人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小,_,，该速度又是环绕地球做匀速圆周运动的卫星中的最大,_,2,第二宇宙速度,(,又叫脱离速度,),v,_,：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度，称为第二宇宙速度,7.9 km/s,发射速度,运行速度,11.2 km/s,3,第三宇宙速度,(,逃逸速度,),v,16.7 km/s,：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，称为第三宇宙速度,3-1,(,单选,),关于宇宙速度，下列说法不正确的是,(,),A第一宇宙速度,v,7.9 km/s，是人造卫星绕地球飞行的,最大速度,C,B第一宇宙速度,v,7.9 km/s，是人造卫星绕地球飞行发,射的最小速度,C当飞船的速度 7.9 km/s,v,11.2 km/s 时，飞船将会脱离,地球,D当飞船的速度大于 16.7 km/s 时，飞船将会飞出太阳系,解析：当飞船的速度满足 7.9 km/s,v,11.2 km/s 时，由于飞,船做圆周运动的向心力不足，因此，将绕地球做椭圆运动,3-2,(,单选,),当人造卫星进,入轨道做匀速圆周运动后，下列,叙述不正确的是(,),C,A在任何轨道上运动时，地球球心都在卫星的轨道平面内,B卫星运行速度一定不超过 7.9 km/s,C卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧测力计直接测,出所受重力的大小,D卫星运行时的向心加速度等于卫星轨道所在处的重力加,速度,解析：,在卫星,内的物体处于完全失重状态，不能使用弹簧,测力计测重力的大小,考点,4,地球同步卫星,1,所谓地球同步卫星，是指位于赤道平面内相对于地面静止的，以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运行的人造地球卫星，因为同步卫星主要用于通信等方面，故同步卫星又叫通信卫星,2,同步卫星具有以下特点：,(1),周期一定：同步卫星在赤道上空相对地球静止，它绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，即,T,_.,24,h,(2),角速度一定：同步卫星绕地球运行的角速度等于地球自转的角速度,(3),轨道一定：只能位于地球赤道上空的某一特定高度，其高度可由周期求出,(4),环绕速度大小一定：由于同步卫星的轨道高度一定，所以所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的,小试身手,4-1,、,(2011,年,6,月广东学业水平考试,),关于地球同步卫星，下列说法正确的是,(,),A,卫星距地面的高度不确定,B,卫星的运行轨道在地球的赤道平面内,C,卫星的运行周期与地球的自转周期相同,D,卫星的运行角速度与地球的自转角速度相同,BCD,4-2(,单选,),关于地球同步卫星，下列说法不正确的是,(,),A,它的周期与地球自转周期相同,B,它的周期、高度、角速度都是一定的,C,我们国家发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空,D,我国发射同步通讯卫星必须定点在赤道上空,解析：,所有地球同步卫星都定点在赤道上空，且都在同一轨道运动，运动的角速度、周期都相同，周期等于地球自转周期,答案：,C,点评：,同步卫星定点在赤道上空，与地球自转同步,考点,5,经典力学的适用范围和局限性,1,在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义相对论认为，物体的质量随着物体运动速度的增大而增大,2,宏观物体与微观粒子行为的差异：宏观物体具有粒子性；而微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，又称波粒二象性,3,经典力学理论的适用范围：弱相互作用下，低速运动的宏观物体,人类对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻，从片面到全面，一步步深入，一步步完善所以理论的完善也需要一个过程，经典力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性，现在可认为经典理论是狭义相对论和量子理论的特例,小试身手,5-1,、,(2012,年,6,月广东学业水平考试,),经典力学规律有其局限性物体以下列哪个速度运动时，经典力学规律不适用,(,),A,2.510,5,m/s,B,2.510,2,m/s,C,2.510,3,m/s,D,2.510,8,m/s,D,5-2,(,单选,)(2010,年广东学业水平考试,),在经典力学的建立过程中，牛顿和伽利略均作出了重要贡献，下列说法正确的是,(,),A,伽利略总结出了惯性定律,B,牛顿提出了万有引力定律,C,伽利略总结得出作用力和反作用力之间的关系,D,牛顿利用理想实验推断出匀速运动需要力来维持,解析：,伽利略提出了理想斜面实验，证明了匀速运动不需力来维持；而牛顿提出了万有引力定律，选,B.,答案：,B,经典力学的成就,【,例,1,】,(,单选,，,2011,年高州学业水平模拟,),历史上首先正,确认识力和运动的关系，推翻“力是维持物体运动的原因”的,物理学家是,(,),C,A,阿基米德,C,伽利略,B,牛顿,D,亚里士多,德,解析,伽利略,的,“理想斜面”实验证,实了“力不是维持物,体运动的原因,”,经典力学的适用范围和局限性,【,例,2,】,(,单选,，,2011,年广东学业水平考试,),经典力学有一,定的适用范围和局限性，不适合用经典力学描述的运动是,(,),A,子弹的飞行,D,B,飞船绕地球的运行,C,列车的运行,D,粒子接近光速的运动,解析,当物体的运动速率接近光速或微观领,域中的结构、能,量问题等，经典力学就不再适用,1,(,单选,，,2011,年广东学业水平,考试,),首次测出万有引力,B,常量的科学家是,(,）,A,开普勒,C,爱因斯坦,B,卡文迪许,D,麦克斯韦,3,(,单选,，,2011,年广东学业水平模拟,),经典力学的适用范围,(,),C,A,高速、微观运动的物体,C,低速、宏观运动的物体,B,高速、宏观运动的物体,D,低速、微观运动的物体,热点,1,行星的运动,【,例,1】,(2013,年江苏学业水平测试,),2012,年,12,月，经国际小行星命名委员会批准，紫金山天文台发现的一颗绕太阳运行的小行星被命名为,“,南大仙林星,”,如图所示，轨道上,a,、,b,、,c,、,d,四个位置中，该行星受太阳引力最大的是,(,),解析：,“,南大仙林星,”,绕太阳运行时，该行星受太阳引力可以由公式,F,G,比较出：,a,点与太阳间距最小，则,a,点受到太阳引力最大,答案：,A,A,a,B,b,C,c,D,d,变式训练,1,把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动，比较各行星周期，则离太阳越远的行星,(,),A,周期越小,B,周期越长,C,周期都一样,D,无法确定,B,热点,2,万有引力定律,【,例,2】,(2012,年,1,月广东学业水平考试),一个物体在地球表面所受的万有引力为,F,，则该物体在距离地面高度为地球半径的,2,倍时，所受万有引力为,(,),A.B.,C.D.,解析：,物体在地球表面时，物体距地心的距离是地球半径,R,，所受的万有引力为,F,，该物体在距离地面高度为地球半径的,2,倍时，此时物体距离地心的距离为,3,R,，由万有引力公式,F,G,可以求出此时的力应为,F,.,答案：,D,变式训练,2,(2012,年江苏学业水平测试,),2012,年,2,月,25,日，我国成功发射了第,11,颗北斗导航卫星，标志着北斗卫星导航系统建设又迈出了坚实一步若卫星质量为,m,、离地球表面的高度为,h,，地球质量为,M,、半径为,R,，,G,为引力常量，则地球对卫星万有引力的大小为,(,),A,G,B,G,C,G,D,G,D,热点,3,人造卫星,【,例,3】,(2012,年,6,月广东学业水平考试,),某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，已知卫星距离地面高度等于地球半径，地球表面的重力加速度为,g,，则卫星的向心加速度为,(,),A,g,B,g,/2 C,g,/4 D,g,/8,解析：,卫星距离地面高度等于地球半径时，卫星离地心的间距为地球半径的,2,倍，受到地球的万有引力只有地表面处的,1/4,，则卫星的向心加速度为,g,/4.,答案：,C,变式训练,3,(2012,年江苏学业水平测试,),在地面上发射飞行器，如果发射速度大于,7.9 km/s,，而小于,11.2 km/s,，则它将,(,),A,围绕地球做圆周运动,B,围绕地球做椭圆运动,C,挣脱地球的束缚绕太阳运动,D,挣脱太阳的束缚飞离太阳系,B,热点,4,卫星中的超重与失重,【,例,4】,(2012,年,1,月广东学业水平考试,),某空间站绕地球做匀速圆周运动，在空间站中不能正常使用的仪器是,(,),A,电子表,B,天平,C,电子温度计,D,电压表,解析：,空间站绕地球做匀速圆周运动时，空间站中所有物体处于完全失重状态，与重力有关的仪器不能使用，此时天平托盘中的物体对天平没有压力，天平测不出物体的质量,答案：,B,变式训练,4,(2011,年,6,月广东学业水平考试,),某空间站绕地球做匀速圆周运动如果在空间站中用天平测量物体的质量，下列说法正确的是,(,),A,所测得的质量比地球上的小,B,所测得的质量比地球上的大,C,无法测出物体的质量,D,所测得的质量与地球上的相等,C,1,发现万有引力定律的科学家是,(,),（单选）,A,牛顿,B,安培,C,爱因斯坦,D,库仑,A,2,(2012,年安徽学业水平考试,),牛顿得出万有引力定律,100,多年以后，英国物理学家卡文迪许在实验室里测出了引力常量,G,的数值，在国际单位制中,G,的单位是,(,),（单选）,A,kg,2,(Nm,2,)B,Nkg,2,/m,2,C,Nm,2,/kg,2,DG,是常量没有单位,C,3,(2011,年,6,月广东学业水平考试,),关于万有引力定律及其应用，下列说法正确的是,(,),（单选）,A,两物体间的万有引力是一对平衡力,B,伽利略发现了万有引力定律,C,利用万有引力定律可计算天体的质量,D,两物体间的万有引力大小与物体间的距离成反比,解析：,两物体间的万有引力是一对作用力与反作用力，其大小与物体间的距离的平方成反比，利用万有引力定律可计算天体的质量,答案：,C,4,第一次通过实验比较准确地测出万有引力常量的科学家是,(,),（单选）,A,德国科学家开普勒,B,英国科学家牛顿,C,意大利科学家伽利略,D,英国科学家卡文迪许,D,5,对人造地球卫星，可以判断,(,),（单选）,A,因为,v,，所以环绕速度随,R,增大而增大,B,因为,v,R,，所以环绕速度随,R,增大而增大,C,因为,F,，所以当,R,增大到原来的,2,倍时，卫星所需的向心力减为原来的,D,因为,F,，所以当,R,增大到原来的,2,倍时，卫星所需的向心力减为原来的,解析,随着人造地球卫星的轨道半径,R,增大，卫星所在处的重力加速度,g,会减小，卫星运行的角速度,会减小，线速度,v,也会减小，因此,A,、,B,、,D,选项错误；而卫星的向心力由万有引力提供，所以,C,正确,答案：,D,6,地球质量大约是月球质量的,81,倍，在登月飞船通过月、地之间的某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为,(,),（单选）,A,127 B,19,C,13 D,91,解析：,答案：,B,7.,在绕地球运行的人造地球卫星上，下列哪些仪器不能正常使用,(,),（多选）,A,天平,B,弹簧秤,C,摆钟,D,水银气压计,解析：,卫星上的物体受到地球引力,(,即重力,),作用，但是由于物体的重力完全用来提供向心力，因此物体处于完全失重的状态，因此凡是制造原理与重力有关的均不能正常使用,答案：,ACD,8,以下说法正确的是,(,),（多选）,A,经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用,B,经典力学理论的成立具有一定的局限性,C,在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变,D,相对论与量子力学否定了经典力学理论,解析：,经典力学理论适用于宏观低速运动的物体，在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变,答案：,BC,