2013年高中物理得分宝典系列 06专题一 第6章 万有引力与航天

2013年高中物理得分宝典系列 06专题一 第6章 万有引力与航天内容摘要：

1、。 在新课标考纲中，该部分有级要求的知识点两个：第二宇宙速度和第三宇宙速度、经典时空观和相对论时空观；级要求的知识点有两个：万有引力定律及其应用、环绕速度。 根据对近年高考卷的分析，发现本专题考查的热点有应用万有引力定律定性或定量计算速度、加速度、周期、质量、密度，有环绕速度，有卫星发射与变轨问题等。 题型主要有选择题和计算题两种。 预测 2013 年考查的重点和热点与往年一样，不会发生变化，但情景上可能以 景出现，因此，备考时，要适当关注当今国内、国际航天技术的最新进展信息，以应对以最新航天技术为背景的命题问题。 知识梳理万有引力定律开普勒定律第一定律（轨道定律）第二定律（面积定律）第三定律（周期定律 2、）万有引力定律发现内容、公式 12力常量的测定（卡文迪许实验）计算天体的质量 、密度234发现未知天体（海王星、冥王星）人造地球卫星与半径 的关系 、 、 行星的运动 太阳与行星间的引力 万有引力定律考纲解读考纲内容 要求 名师解读1本节是高中物理的重点和热点，高考试题可能以本节内容作为一个独立知识点单独考查，也可能与圆周运动、动力学、功能结合，作为综合试题中的一个知识点提现。 2本节的重点：开普勒第三定律和万有引力定律基础巩固1开普勒定律开普勒第一定律（轨道定律）所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在椭圆的一个 上。 开普勒第二定律（面积定律）对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫 3、过 的面积。 开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方与它的公转周期的二次方的比值都。 （1） 根据开普勒第二定律可知，行星在远日点的速度 ，在近日点的速度。 （2）三个行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于 绕行星的运动，如月球、人造卫星绕地球的运动。 （3）当天体的运行轨道是圆时， 中 r 指圆的。 根据 ，32224得 ，由此可知，这个比值和中心天体太阳（或行星）的 有关，与行24星（或卫星）。 2万有引力定律（1）内容：自然界中任何两个物体都相互 ，引力的大小与物体的质量 和1 成正比，与它们之间距离 r 的 成反比。 这叫做万有引力定律，2 发现的。 （2）定律表达 4、式：。 式中的 G 是引力常量，通常取FG66711 Nm2。 引力常量 G 的数值，是英国物理学家卡文迪许在实验室里利用 实验得出的。 （3）适用条件：万有引力定律只适用于两个 的相互作用。 对两个均匀球体，定律可应用，但表达式中的 是指两个 之间的距离。 有引力定律的三性（1） ：任何客观存在的物体间都存在着相互作用的吸引力，即”万有引力” ；（2） ：两物体间相互作用的引力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反，作用在一条直线处，分别作用在两个物体上；（3） ：通常情况下，万有引力很小，只有在质量巨大的天体间，其存在才有宏观物理意义。 自我校对：1椭圆；焦点；相等；相等。 （1）小；大；（2 5、）卫星；（3）半径；质量；无关2 （1）吸引；乘积；二次方；牛顿（2） ；卡文迪许钮秤2）质点间；球心3 （1）普遍性；（2）相互性；（3）宏观性实验探究123拓展实验 天宫一号（英文名称：中国第一个目标飞行器，于 2011 年 9 月 29 日21 时 16 分 3 秒在酒泉卫星发射中心发射，飞行器全长 ，由实验舱和资源舱构成。 它的发射标志着中国迈入中国航天”三步走”战略的第二步第二阶段。 2011年 11 月 3 日凌晨顺利实现与神舟八号飞船的对接任务。 按照计划，神舟九号、神舟十号飞船将在接下来的时间里依次与天宫一号完成无人或有人交会对接任务，并建立中国首个空间实验室。 练一练（1）天宫一号绕 6、地球做圆周运动的向心力由谁提供。 这个力叫什么。 （2）万有引力定律内容是什么。 由谁发现。 （3）万有引力定律表达式中 的”G ”是什么。 有无单位。 124）什么情况下才能应用 计算万有引力。 12（5）根据 知 越小力 越大，根据数学知识，当 时，可以推出120r，是这样吗。 F（6）万有引力是否与其他性质力一样，符合牛顿第三定律。 能产生加速度。 参考答案：（1）地球对天宫一号的引力；万有引力；（2）内容见解析；牛顿；（3）G 是引力常量；有单位 ；（4）计算两个质点间的相互作用；（5）不是（6）符合牛顿第三定律；能产生加速度。 解析：（1）天宫一号绕地球做圆周运动的向心力由地球对天宫一号的引力提供。 这个力 7、是万有引力，它是自然界中任何两个有质量的物体之间都存在的相互吸引的力。 万有引力要根据万有引力定律求；（2）自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量 和 的乘积成1它们之间距离 r 的二次方成反比。 这叫做万有引力定律，是由牛顿发现的。 其定律的表达式为： ；12点突破一、直击考点考点一 开普勒定律开普勒定律在考纲中尽管没有涉及，可在解决卫星、行星运动问题时经常应用。 题型有直接考查应用的选择题，也有结合万有引力、圆周运动的计算题。 难度一般在中等或者中等偏易。 开普勒定律有三个，比较常用的定律是开普勒第三定律（周期定律） ，其表达式是（ 表示椭圆轨道的半长轴， 表示公转周期） ，比值 是一 8、个与行星无关的常量，32要中心天体不变，各个环绕星体的这个比值常数就相同。 但对不同的中心天体，这个比值 对飞行器、卫星绕行星做匀速圆周运动时，。 32例 1】 （2011 全国课标）卫星电话信号需要通过地球同步卫星传送。 如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为 3810 5m/s，运行周期约为 27 天，地球半径约为 6400千米，无线电信号的传播速度为 3s） （ ）A B C D1s【解析】月球、地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动，根据开普勒第三定律有 ，2131得 ，代入数据求得 m。 如图所示，发出信 9、号至对方接收到信23219 代入数据求得 t=以正确答案是 B。 2()答案】B【点评】求解本题，需要知道同步卫星的周期是 24 小时。 同时，本题也是一道估算问题，要知道从同步卫星的正下方的地球表面发出信号，经同步卫星传送原路返回时，所需时间最短。 考点二 万有引力及其万有引力定律万有引力及其万有引力定律是高中物理的重点，是高考的热点。 题型多为选择题，也有结合多星问题的计算题。 以计算题命题时，难度多在中等。 自然界中，任何两个有质量的物体之间都存在万有引力。 万有引力定律的表达式为，该公式只适用于计算两个质点间的相互作用；其中，1211 Nm2，G 的数值是英国物理学家卡文迪许在实验室里利用卡文迪许钮 10、秤实验得出的；万有引力定律具有普遍性、相互性和宏观性。 【例 2】对于万有引力定律的表达式 ，下面说法中正确的是 （ ）12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 趋近于零时，万有引力趋近于无穷大C 与 受到的引力总是大小相等，而与 、 是否相等无关12D 与 受到的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力，是高考重点和热点。 高考题型多以选择题出现，偶尔也有以计算题命题的考题。 难度多在中等。 行星绕太阳的运动，尽管是椭圆运动，一般视为匀速圆周运动处理。 行星绕太阳运动、卫星绕行星运动，都是万有引力提供它们做圆周运动的向心力。 根据万有引力定律、圆周运动知识和牛顿第二定律列 11、方程，可以列 ， 或 ，222224进而得到星体的物理量与半径的一般关系式：运行速度 ；角速度 ；期 ；动能。 对中心天体相同的不同环绕星体问题，23421 、 、 、 ；对不同的中心天体的不同环绕星体问1212 、 、 、。 1122v31232122例 3】 （2011 四川）据报道，天文学家近日发现了一颗距地球 40 光年的”超级地球” ，名为”55 e ”，该行星绕母星（中心天体）运行的周期约为地球绕太阳运行周期的 ，母1480星的体积约为太阳的 60 倍。 假设母星与太阳密度相同， ”55 e”与地球均做匀速圆周运动，则”55 e”与地球的（ ）A轨道半径之比约为 B 轨道半径之比约为 12、36048326048C向心加速度之比约为 D 向心加速度之比约为323、走出误区误区一 误认为两个物体相距很近时，万有引力很大适用于计算两个质点间的引力作用，当两个物体间距 时，两个物体120r就不能作为质点了，当然该定律不能适用了。 尽管根据数学知识，当 时，可以推出，但实际上物体间的相互引力此时并不是无穷大，而是有一个确定的数值。 【例 1】 （原创）下列说法中正确的是（ ）A任何两个有质量的物体之间都有万有引力B两个质量分别为 、 的质点相距为 时，他们之间的万有引力大小12两个质量分别为 、 的质点相距为 ，当 时，他们之间的万有引力变成12 0无穷大D两个质量分别为 、 的质点相距为 ，当 时，不能再应用12算万有引力误区二 误认为地面上物体的重力就是地球对物体的万有引力重力是由于地球对物体的吸引而产生的，是万有引力的一个分力。 在地球表面上的物体所受的万有引力 F 可以分解成物体所受的重力 G 和随地球自转而做圆周运动的向心力 ，如图 1 所示。 重力一般不指向地1北极南极赤道。 【例 2】如果把地球视为一个质量分布均匀的球体，则有关物体的重力与万有引力的说法正确的是（ ）A 地面上物体受到的重力就等于地球对物体的万有引力B地面上物体的重力是地球对物体万有引力的一个分力C同一个物体，放在赤道上随地球自转需要的。