发布时间 : 星期六 文章(江苏专版)2020年高考物理总复习 第17讲 万有引力定律与航天讲义更新完毕开始阅读b5789fccdf80d4d8d15abe23482fb4daa58d1da7
2019年
第17讲 万有引力定律与航天
考情剖析
考查内容 万有引力定律及其应用、第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度 14年 考纲要求 考查年份 考查详情 能力要求 Ⅱ、Ⅰ T2—选择，考查第一宇宙速度、万有引力 分析、推理 T19—计算，考查万16年 有引力定律及其应用 分析、推理 T6—选择，考查卫17年 星绕地球运转的规律 理解、推理
弱项清单,1.不善于估算；
2．没意识到地面的g和飞船轨道所处高度的g大小不同； 3．没分清轨道半径、地球半径、轨道高度的区别．
知识整合
一、第一宇宙速度的推导
mv
1．物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以mg＝，解得v＝________.
RMmV
2．物体在地球表面附近受到的引力提供向心力，所以G2＝m，解得V＝________．
RR二、第二宇宙速度和第三宇宙速度
第二宇宙速度大小是________． 第三宇宙速度大小是________．
2
2
2019年
三、人造地球卫星
人造地球卫星的轨道和运行速度
卫星绕地球做匀速圆周运动时，是________提供向心力，卫星受到的________指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和________重合．
四、同步卫星
同步卫星，是指相对于地面________卫星．同步卫星必定位于________，周期等于________．知道了同步卫星的周期，就可以根据万有引力定律、牛顿第二定律和圆周运动向心加速度知识，计算同步卫星的高度H＝________.速度为________．
方法技巧考点1 卫星运行参量的比较与运算
1．卫星的动力学规律
Mmv4πr2
由万有引力提供向心力，G2＝ma向＝m＝mωr＝m2.
rrT2．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 Mmv2
万有引力提供向心力：即由G2＝m＝mrω
rr4π＝m2r＝man可推导出：
T
2
2
2
2
??v减小GM?ω＝?ω减小r??当r增大时? ?T增大4πr
T＝??a减小GM?M
?a＝G?r
v＝
323
n
n
2
GMr
3．极地卫星和近地卫星
(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖．
(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s.
(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心． 深化拓展：
1．卫星的a、v、ω、T是相互联系的，如果一个量发生变化，其他量也随之发生变化；这些量与卫星的质量无关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定．
2．卫星的能量与轨道半径的关系：同一颗卫星，轨道半径越大，动能越小，势能越大，机械能越大． 【典型例题1】 (17年徐州模拟)2016年10月17日，我国利用长征二号FY11运载火箭成功将“神舟十一号”载人飞船送入离地面高度约为393 km的轨道．已知地球半径约为6400 km.若将“神舟十一号”飞船的运行轨道视为圆轨道，则与地球同步卫星相比，“神舟十一号”飞船的( )
A．周期大 B．角速度小
C．线速度大 D．向心加速度小
1.关于环绕地球运转的人造地球卫星，有如下几种说法，其中正确的是( )
A．轨道半径越大，速度越小，周期越长 B．轨道半径越大，速度越大，周期越短
2019年
C．轨道半径越大，速度越大，周期越长 D．轨道半径越小，速度越小，周期越长
考点2 宇宙速度的理解与计算
1．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，既是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度． 2．第一宇宙速度的求法： GMmv1
(1)2＝m，所以v1＝
RR
22
GM
. R
mv1
(2)mg＝，所以v1＝gR.
R
3．第二、第三宇宙速度也都是指发射速度．
【典型例题2】 (16年江苏高考)(多选)如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积．
下列关系式正确的有( ) A．TA>TB B．EkA>EkB C．SA＝SB RARB
D.2＝2
TATB
【学习建议】 学习过程中首先要建立中心天体外绕中心天体运动的物理模型，包括圆周运动和椭圆运动两类．对圆周运动就是万有引力提供向心力，根据向心力的不同表达形式，推导出速度、周期、角速度和加速度和哪些因素有关．对曲线运动学会运用向心离心的规律去分析．开普勒天体运动定律和万有引力的相关知识要相互呼应，互相促进．
2.(多选)如图所示，卫星1为地球同步卫星，卫星2是周期为3小时的极地卫星，只考虑地球
引力，不考虑其他作用的影响，卫星1和卫星2均绕地球做匀速圆周运动，两轨道平面相互垂直，运动过程中卫星1和卫星2有时可处于地球赤道上某一点的正上方，下列说法中正确的是( )
3
3
A．卫星1和卫星2的向心加速度之比为1∶16 B．卫星1和卫星2的速度之比为2∶1
C．卫星1和卫星2处在地球赤道的某一点正上方的周期为24小时 D．卫星1和卫星2处在地球赤道的某一点正上方的周期为3小时
【典型例题3】 2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示．关于航天飞机的运动，下列说法中不正确的有( )
2019年
A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 C．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度 D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
考点3 卫星变轨问题的分析
当卫星由于某种原因速度突然改变时，万有引力不再等于向心力，卫星将变轨运行： Mmv
1．当卫星的速度突然增加时，G2 rrMmv 2．当卫星的速度突然减小时，G2>m，卫星将做近心运动． rr 【典型例题4】 如图所示，某次发射同步卫星的过程如下：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火 进入椭圆形的过渡轨道2， 22 最后将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是( ) A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度 C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度 考点4 双星模型 双星模型的特点 (1)各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供，即 Gm1m2Gm1m222 2＝m1ω1r1，2＝m2ω2r2； LL (2)两颗星的周期及角速度都相同，即T1＝T2，ω1＝ω2； (3)两颗星的半径与它们之间的距离关系为：r1＋r2＝L. 【典型例题5】 宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至因为万有引力的作用而吸引到一起．如图所示，某双星系统中A、B两颗天体绕O点做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比rA∶rB＝1∶2，则两颗天体的( )