第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四节 万有引力与航天第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练一、一、万有引力定律万有引力定律1内内容容：自自然然界界中中任任何何两两个个物物体体都都相相互互吸吸引引，引引力力的的大大小小与与物物体体的的质质量量m1和和m2的的 成成正正比比，与与它它们们之之间间的的距离距离r的的 成反比成反比2表表达达式式：F ，其其中中G Nm2/kg2，叫引力常量叫引力常量3适适用用条条件件：公公式式适适用用于于质质点点间间的的相相互互作作用用也也适适用用于于两两个个质质量量分分布布均均匀匀的的球球体体间间的的相相互互作作用用，但但此此时时r是是 间间的的距距离离，一一个个均均匀匀球球体体与与球球外外一一个个质质点点的的万万有有引引力也适用，其中力也适用，其中r为为 到到质质点点间间的距离的距离 主干知主干知识整合整合二次方二次方6.671011两球心两球心球心球心乘乘积积第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练学有所悟学有所悟如何理解两物体间的万有引力？如何理解两物体间的万有引力？1两两个个物物体体间间相相互互作作用用的的万万有有引引力力是是一一对对作作用用力力和和反反作作用用力力，它它们们大大小小相相等等，方方向向相相反反，分分别别作作用用于于两两个个物物体上体上2在在通通常常情情况况下下，万万有有引引力力非非常常小小，只只有有在在质质量量巨巨大大的的星星球球间间或或天天体体与与天天体体附附近近的的物物体体间间，它它的的存存在在才才有有实实际际的的物物理理意意义义，故故在在分分析析地地球球表表面面上上物物体体受受力力时时，不不考考虑虑地地面面上上物物体体间间的的万万有有引引力力，只只考考虑虑地地球球对对地地面面上上物物体体的的万万有引力有引力3两两物物体体间间的的万万有有引引力力只只与与它它们们本本身身的的质质量量以以及及它它们们之之间间的的距距离离有有关关，而而与与所所在在空空间间的的性性质质无无关关，也也与与周周围围有无其他物体无关有无其他物体无关 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练自主自主检测检测第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练二、二、宇宙速度及同步卫星宇宙速度及同步卫星在地面附近在地面附近mg7.9最大最大最小最小11.2地球地球第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练16.7太阳太阳赤道赤道地球自地球自转转24 h地球自地球自转转 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练学有所悟学有所悟第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练自主自主检测检测2(2012四四川川理理综综)今今年年4月月30日日，西西昌昌卫卫星星发发射射中中心心发发射射的的中中圆圆轨轨道道卫卫星星，其其轨轨道道半半径径为为2.8107 m它它与与另另一一颗颗同同质质量的同步量的同步轨轨道道卫卫星星(轨轨道半径道半径为为4.2107 m)相比相比A向心力向心力较较小小B动动能能较较大大C发发射速度都是第一宇宙速度射速度都是第一宇宙速度D角速度角速度较较小小 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练三、三、经典时空观和相对论时空观经典时空观和相对论时空观1经典时空观经典时空观(1)在在经经典典力力学学中中，物物体体的的质质量量是是不不随随 而而改改变变的的(2)在在经经典典力力学学中中，同同一一物物理理过过程程发发生生的的位位移移和和对对应应时时间的测量结果在不同的参考系中是间的测量结果在不同的参考系中是 2相对论时空观相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量随物体的运动速度的在狭义相对论中，物体的质量随物体的运动速度的增大而增大而 ，用公式表示为，用公式表示为m .(2)在在狭狭义义相相对对论论中中，同同一一物物理理过过程程发发生生的的位位移移和和对对应应时间的测量结果在不同的参考系中是时间的测量结果在不同的参考系中是 运运动动状状态态相同的相同的不同的不同的增大增大第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练自主自主检测检测3下列下列说说法中正确的是法中正确的是A经经典力学适用于任何情况下的任何物体典力学适用于任何情况下的任何物体B狭狭义义相相对论对论否定了否定了经经典力学典力学C量子力学能量子力学能够够描述微描述微观观粒子运粒子运动动的的规规律性律性D万有引力定律也适用于万有引力定律也适用于强强相互作用力相互作用力第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练解解析析经经典典力力学学只只适适用用于于宏宏观观、低低速速、弱弱引引力力的的情情况况，A错错误误狭狭义义相相对对论论没没有有否否定定经经典典力力学学，在在宏宏观观低低速速情情况况下下，相相对对论论的的结结论论与与经经典典力力学学没没有有区区别别，B错错误误量量子子力力学学更更正正确确地地描描述述了了微微观观粒粒子子运运动动的的规规律律性性，C正正确确万万有有引引力力定定律律只只适适用用于于弱弱相相互互作作用用力力，而而对对于于强强相相互互作作用用力力是是不不适适用用的的，D错误错误答案答案C 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练考点解考点解读读高高频考点突破考点突破考点一：考点一：应用万有引力定律分析天体的运动应用万有引力定律分析天体的运动第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练例例1 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练特特别别提醒提醒天体运动中相关量的联系天体运动中相关量的联系(1)卫卫星星的的a、v、T是是相相互互联联系系的的，如如果果一一个个量量发发生生变变化化，其其他他量量也也随随之之发发生生变变化化；这这些些量量与与卫卫星星的的质质量量无无关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定(2)卫卫星星的的轨轨道道半半径径与与中中心心天天体体的的半半径径不不要要混混淆淆，只只有有近地卫星的轨道半径才等于天体的半径近地卫星的轨道半径才等于天体的半径 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练跟踪跟踪训练训练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练考点解考点解读读1卫星的轨道卫星的轨道卫卫星星绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动时时靠靠地地球球对对它它的的万万有有引引力力充充当当向向心心力力，地地球球对对卫卫星星的的万万有有引引力力指指向向地地心心，因因此此卫卫星星绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的圆圆心心必必与与地地心心重重合合，而而这这样样的的轨轨道道有有多多种种，其其中中比比较较特特殊殊的的有有与与赤赤道道共共面面的的赤赤道道轨轨道道(赤赤道道卫卫星星)和和通通过过两两极极点点上上空空的的极极地地轨轨道道(极极地地卫卫星星)，当当然然也也应应存存在在着着轨轨道道平平面面与与赤赤道道平平面面成成某某一一角角度度的的轨轨道道，只只要要圆圆周周的的圆圆心在地心，就可能心在地心，就可能为卫为卫星星绕绕地球运行的地球运行的圆轨圆轨道道 考点二：考点二：人造卫星的在轨运行和变轨问题人造卫星的在轨运行和变轨问题第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练例例2 (2012皖皖南南八八校校联联考考)2010年年10月月26日日21时时27分分，北北京京航航天天飞飞行行控控制制中中心心对对“嫦嫦娥娥”二二号号卫卫星星实实施施了了降降轨轨控控制制，卫卫星星成成功功的的在在A点点从从圆圆形形轨轨道道进进入入椭椭圆圆轨轨道道，B为为轨轨道道上上的的一一点点，如如图图441所所示示关关于于“嫦嫦娥娥”二二号号的的运运动动，下下列列说说法法中正确的有中正确的有 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练A在在轨轨道道上上经过经过A点的速度大于点的速度大于经过经过B点的速度点的速度B在在轨轨道道上上经经过过A点点的的加加速速度度小小于于经经过过B点点的的加加速速度度C在在轨轨道道上上经经过过A点点的的速速度度大大于于在在轨轨道道上上经经过过A点点的速度的速度D在在轨轨道道上上经经过过A点点的的加加速速度度小小于于在在轨轨道道上上经经过过A点的加速度点的加速度 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练方法技巧方法技巧第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练跟踪跟踪训练训练2(2012广广东东理理综综)如如图图442所所示示，飞飞船船从从轨轨道道1变变轨轨至至轨轨道道2.若若飞飞船船在在两两轨轨道道上上都都做做匀匀速速圆圆周周运运动动，不不考考虑虑质质量量变变化，相化，相对对于在于在轨轨道道1上，上，飞飞船在船在轨轨道道2上的上的 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练考点解考点解读读在在天天体体运运动动中中，将将两两颗颗彼彼此此相相距距较较近近的的行行星星称称为为双双星星星星体体在在万万有有引引力力提提供供向向心心力力的的情情况况下下做做匀匀速速圆圆周周运运动动，具具有有以下三个特点：以下三个特点： 考点三：考点三：天体运动中的天体运动中的“双星双星”模型模型第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练1两两颗颗行行星星做做圆圆周周运运动动所所需需的的向向心心力力由由它它们们之之间间的的万万有有引引力力提提供供，故故F1F2，且且方方向向相相反反，分分别别作作用用在在m1、m2两两颗颗行星上行星上2由由于于两两颗颗行行星星之之间间的的距距离离总总是是恒恒定定不不变变的的，所所以以两两颗颗行星的运行周期就必行星的运行周期就必须须相等，即相等，即T1T2.3由于由于圆圆心在两心在两颗颗行星的行星的连线连线上，所以上，所以r1r2L. 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练例例3 (18分分)(2010全全国国)如如图图444所所示示，质质量量分分别别为为m和和M的的两两个个星星球球A和和B在在引引力力作作用用下下都都绕绕O点点做做匀匀速速圆圆周周运运动动，星星球球A和和B两两者者中中心心之之间间的的距距离离为为L.已已知知A、B的的中中心和心和O三点始三点始终终共共线线，A和和B分分别别在在O的两的两侧侧引力常数引力常数为为G. 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练(1)求两星球做求两星球做圆圆周运周运动动的周期；的周期；(2)在在地地月月系系统统中中，若若忽忽略略其其他他星星球球的的影影响响，可可以以将将月月球球和和地地球球看看成成上上述述星星球球A和和B，月月球球绕绕其其轨轨道道中中心心运运行行的的周周期期记记为为T1.但但在在近近似似处处理理问问题题时时，常常常常认认为为月月球球是是绕绕地地心心做做圆圆周周运运动动的的，这这样样算算得得的的运运行行周周期期记记为为T2.已已知知地地球球和和月月球球的的质质量量分分别别为为5.981024 kg和和7.351022 kg.求求T2与与T1两两者者平平方方之比之比(结结果保留果保留3位小数位小数) 【标标准准解解答答】(1)设设两两个个星星球球A和和B做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的轨轨道道半半径径分分别别为为r和和R，相相互互作作用用的的引引力力大大小小为为F，运运行行周周期期为为T.根据万有引力定律有根据万有引力定律有 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练感悟建模感悟建模1要要明明确确双双星星中中两两颗颗子子星星做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的向向心心力力来源来源双双星星中中两两颗颗子子星星相相互互绕绕着着旋旋转转可可看看作作匀匀速速圆圆周周运运动动，其其向向心心力力由由两两恒恒星星间间的的万万有有引引力力提提供供由由于于力力的的作作用用是是相相互互的的，所所以以两两子子星星做做圆圆周周运运动动的的向向心心力力大大小小是是相相等等的的，利利用万有引力定律可以求得其大小用万有引力定律可以求得其大小2要要明明确确双双星星中中两两颗颗子子星星做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的运运动动参参量的关系量的关系两两子子星星绕绕着着连连线线上上的的一一点点做做匀匀速速圆圆周周运运动动，所所以以它它们们的的运运动动周周期期是是相相等等的的，角角速速度度也也是是相相等等的的，所所以以线线速速度度与与两子星的轨道半径成正比两子星的轨道半径成正比 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练典典例例 如如图图445所所示示，同同步步卫卫星星与与地地心心的的距距离离为为r，运运行行速速率率为为v1，向向心心加加速速度度为为a1；地地球球赤赤道道上上的的物物体体随随地地球球自自转转的的向向心心加加速速度度为为a2，第第一一宇宇宙宙速速度度为为v2，地地球球半半径径为为R，则则下列比下列比值值正确的是正确的是 易错剖析易错剖析 误区警示误区警示错误案例错误案例混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上物混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体的运动特点体的运动特点第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练(2013(2013西西安安名名校校联联考考) )“天天宫宫一一号号”空空间间实实验验室室与与“神神舟舟九九号号”飞飞船船成成功功实实现现交交会会对对接接如如图图4 44 46 6为为“神神舟舟九九号号”飞飞船船A A和和“天天宫宫一一号号”B B在在轨轨道道上上的的运运行行图图，若若已已知知“神神舟舟九九号号”飞飞船船距距地地面面的的高高度度为为h h1 1，“天天宫宫一一号号”距距地地面面的的高高度度为为h h2 2，地地球球半半径径为为R R，“天天宫宫一一号号”的的运运行行周周期期为为T T，以以下下说说法法正正确的是确的是 知能达知能达标训练【名师押题名师押题】押题点押题点1 1：天体质量的计算天体质量的计算第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练A可可求求得得“神神舟舟九九号号”的的运运行速度和行速度和“天天宫宫一号一号”的的质质量量B可可求求得得“神神舟舟九九号号”轨轨道道处处的的重重力力加加速速度度和和其其所所受受地地球球的的万有引力万有引力C增增大大“神神舟舟九九号号”的的动动能能才能与才能与“天天宫宫一号一号”对对接接D减减小小“神神舟舟九九号号”的的动动能能才能与才能与“天天宫宫一号一号”对对接接 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练押押题题依依据据本本题题考考查查万万有有引引力力定定律律在在天天体体运运动动中中的的应应用用及及卫卫星星的的变变轨轨对对接接问问题题是是历历年年高高考考的的热热点点，题题型型多多为选择题为选择题 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练(2013(2013宝宝鸡鸡二二模模)2011)2011年年1212月月2727日日，我我国国正正式式宣宣布布北北斗斗卫卫星星导导航航系系统统试试运运行行启启动动，标标志志着着我我国国自自主主卫卫星星导导航航产产业业进进入入了了崭崭新新的的发发展展阶阶段段，发发射射北北斗斗卫卫星星导导航航系系统统中中的的同同步步卫卫星星，一一般般都都要要采采用用变变轨轨道道发发射射的的方方法法：卫卫星星首首先先进进入入停停泊泊轨轨道道( (圆圆形形轨轨道道) )，当当卫卫星星穿穿过过赤赤道道平平面面A A时时点点火火，卫卫星星进进入入转转移移轨轨道道( (椭椭圆圆轨轨道道) )，当当卫卫星星达达到到远远地地点点B B时时再再次次点点火火，进进入入同同步步轨轨道道则则下列下列说说法正确的是法正确的是 押题点押题点2 2：卫星的变轨问题卫星的变轨问题第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练A变轨变轨前后前后卫卫星的机械能相等星的机械能相等B卫卫星在同步星在同步轨轨道运行的周期比地球的自道运行的周期比地球的自转转周期小周期小C卫卫星在同步星在同步轨轨道运行的速度比在道运行的速度比在圆圆形形轨轨道道时时大大D同同步步卫卫星星的的角角速速度度与与静静止止在在赤赤道道上上物物体体的的角角速速度度大小相同大小相同 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练押押题题依依据据万万有有引引力力定定律律、天天体体的的运运动动、人人造造卫卫星星是是每每年年都都要要考考的的内内容容，主主要要以以选选择择题题的的形形式式出出现现，题题目目所所述述情情景景与与现现代代科科技技联联系系比比较较密密切切，预预计计基基于于现现代代天天文文发发现现的的匀匀速速圆圆周周运运动动和和基基于于宇宇宙宙飞飞船船发发射射与与接接收收的的变变轨轨问问题题仍仍是是高高考考的的热点热点 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练课下作业课下作业本节结束请按ESC键返回