湖北省光谷第二高级中学高三物理 专题5 万有引力定律与航天.doc

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1、专题5万有引力定律与航天【高考导航】命题分析：本专题在高考考纲中主要考点有万有引力定律及其应用、环绕速度、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。天体运动问题是万有引力定律在匀速圆周运动模型中的典型应用，也是历年高考的必考点。一把以选择题形式出现，题型以三种题型出现：多个卫星绕同一中心天体运动的比较，不同中心天体的卫星的比较，估算天体的质量和密度。由于运动形式单一，故难度均中等偏下。万有引力定律在2011年高考中考查形式多样，比如2011年全国卷第19题考查嫦娥一号变轨前后的动能与重力势能的关系，2011年全国新课程卷第19题考查卫星电话

2、信号传送时间问题，2011年山东卷第17题考查不同高度卫星的物理量的关系等。复习指导：1、掌握开普勒三大定律，理解三种宇宙速度。2、熟练运用匀速圆周运动的五大物理量之间的关系。3、掌握估算天体质量和密度的基本方法。4、理解卫星的轨道中各个物理量的定量与定性关系。【典例调研】重点1对三个“宇宙速度”的理解【调研1】人造地球卫星可以绕地球做匀速圆周运动，也可以沿椭圆轨道绕地球运动。对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，以下说法正确的是A、近地点速度一定等于7.9km/sB、近地点速度一定大于7.9km/s，小于11.2km/sC、近地点速度可以小于7.9km/s

3、D、远地点速度一定小于在同高度圆轨道上的运行速度【分析】第一宇宙速度是卫星在星球表面附近匀做速圆周运动时必须具有的线速度，而对于绕地球沿椭圆轨道运动的卫星，在近地点时的线速度与第一宇宙速度无关，可以大于第一宇宙速度，也可以小于第一宇宙速度（此时的“近地点”离地面的距离较大，不能看成是地面附近），故A、B项错误，C项正确。远地点速度一定小于在同高度圆轨道上的运行速度，否则不可能被“拉向”地面，D项正确。【答案】CD【调研2】物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度，第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1与的关系是v2＝v1。已知某星球半径是地球半径R

4、的三分之一，其表面的重力加速度是地球表面重力加速度g的六分之一，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为A、B、C、D、【分析】根据第一宇宙速度的定义以及星球表面物体所受重力和万有引力相等，即mg＝m，v1＝，故该兴趣的第一宇宙速度v1′＝＝，其第二宇宙速度为v2′＝v1′＝，选项C正确。【答案】C【通关必备】-9-用心爱心专心（1）第一宇宙速度第一宇宙速度是卫星在星球表面附近做匀速圆周运动时必须具有的线速度，是所有做圆周运动的卫星中最大的线速度。理解第一宇宙速度，要抓住两个要点，一是“在星球表面附近”，卫星的轨迹半径r与星球的半径R相等；二是“匀

5、速圆周运动”，卫星所受的向心力由万有引力提供，即G＝m，故v1＝，又由于星球表面万有引力约等于重力，即G＝mg，故v1＝。地球的第一宇宙速度约为v1＝7.9km/s，月球的第一宇宙速度约为1.8km/s。第一宇宙速度也可以通过匀速圆周运动的最小速度来快速求取，若已知重力加速度g，则卫星在星球表面附近做匀速圆周运动的向心加速度也为g，由向心加速度公式g＝，即v1＝。（2）第二宇宙速度第二宇宙速度，是指在星球表面附近发射飞行器，使其克服该星球的引力永远离开该星球所需的最小速度，也是能绕该星球做椭圆运动的卫星在近地点的最大速度。地球的第二宇宙速度vⅡ＝11.

6、2km/s。（3）第三宇宙速度，是指在星球表面附近发射飞行器，能够挣脱太阳引力的束缚飞到太阳系外的最小速度。地球的第三宇宙速度vⅢ＝16.7km/s。（4）三种宇宙速度的对比以地球为例，三种宇宙速度和相应轨道间的关系如图所示。当卫星在地面附近做圆周运动时，其运行速度即为第一宇宙速度7.9km/s；当卫星到达地而附近时，其速度介于7.9krn/s~11.2km/s之间，则卫星沿椭圆轨道绕地球运动；当卫星到达地而附近时，其速度介于11.2krn/s~16.7km/s之间，则卫星沿椭圆轨道飞离地球，成为绕太阳运动的卫星；当卫星到达地面附近时，其速度超过16.

7、7km/s，则卫星能坛出太阳系成为太阳系外的卫星。三种宇宙速度是指发射的速度，而不是在轨道上的运行速度。重点2跟踪天体运动五大物理量【调研3】按下表所给的数据，并已知引力常量，且认为所有行星的轨道都是圆轨道，结合力学规律可知下列结论正确的是行星名称行星质量m/千克公转周期T/年到太阳的平均距离R/×106千米水星3.2×10230.257.9金星4.88×10240.6108.2地球5.979×10241.0149.6火星6.42×10231.9227.9木星1.901×102711.9778.3土星5.68×102629.51427天王星8.68×1

8、02584.02869海王星1.03×1026164.84486A、可求出太阳对地球的万有引力