第四章 第4讲 万有引力与航天-2023高考物理艺考生文化课百日冲关教师用书word（新教材，人教版）

第4讲　万有引力与航天 [基础知识·填一填] [知识点1]　开普勒三定律　 1．开普勒第一定律：所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个　焦点　上． 2．开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的　面积　相等． 3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的　半长轴　的三次方跟它的　公转周期　的二次方的比值都相等，即　＝k　. [思维诊断]——————————► 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”． (1)所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆．(　√　) (2)行星在椭圆轨道上运行速率是变化的，离太阳越远，运行速率越大．(　×　) [知识点2]　万有引力定律　 1．内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积　成正比　，与它们之间距离r的平方　成反比　. 2．表达式：F＝G G为引力常量：G＝6.67×10－11N·m2/kg2. 3．适用条件 (1)公式适用于　质点　间的相互作用．当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质点． (2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是　两球心间　的距离． [思维诊断]——————————► 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”． (1)只有天体之间才存在万有引力．(　×　) (2)只要知道两个物体的质量和两个物体之间的距离，就可以由F＝G计算物体间的万有引力．(　×　) (3)地面上的物体所受地球的引力方向一定指向地心．(　√　) (4)两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大．(　×　) [知识点3]　环绕速度　 1．第一宇宙速度又叫环绕速度，其数值为　7.9_km/s　. 2．特点 (1)第一宇宙速度是人造卫星的最小　发射　速度． (2)第一宇宙速度是人造卫星的最大　环绕　速度． 3．第一宇宙速度的计算方法 (1)由G＝m得v＝　　＝7.9 km/s. (2)由mg＝m得v＝＝7.9 km/s. [思维诊断]——————————► 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”． (1)地球的第一宇宙速度与地球的质量有关．(　√　) (2)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度．(　×　) (3)发射探月卫星的速度必须大于第二宇宙速度．(　×　) [知识点4]　第二、三宇宙速度、时空观　 1．第二宇宙速度：v2＝11.2 km/s，是卫星挣脱地球引力束缚的　最小发射速度　. 2．第三宇宙速度：v3＝16.7 km/s，是卫星挣脱太阳引力束缚的　最小发射速度　. 3．经典时空观 (1)在经典力学中，物体的质量是不随　运动状态　而改变的． (2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是　相同　的． 4．相对论时空观 在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是　不同　的． [教材挖掘·做一做] 1．(人教版必修第二册 P48第1题改编)地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度单位，叫作一个天文单位，用来量度太阳系内天体与太阳的距离．已知火星公转的周期是1.84年，根据开普勒第三定律，火星公转轨道半径是多少个天文单位的长度？(将地球和火星绕太阳公转的轨道近似看成圆形轨道) 解析：设地球和火星的轨道半径分别为r1、r2，公转周期分别为T1、T2. 根据开普勒第三定律有：＝， 得r2＝·r1＝1.5(个天文单位)． 答案：1.5 2．(人教版必修第二册 P58第4题改编)地球的公转轨道接近圆，但彗星的运行轨道则是一个非常扁的椭圆．天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴等于地球公转轨道半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现．哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷彗星．哈雷彗星最近出现的时间是1986年，它下次将在哪一年飞近地球(　　) A．2042年　　　　　　　 B．2052年 C．2062年 D．2072年 解析：C　[根据开普勒第三定律＝k，可得＝，且r彗＝18r地，得T彗＝54T地，又T地＝1年，所以T彗＝54年≈76年，故选C.] 3．(人教版必修第二册 P71 B组第4题改编)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍．假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为(　　) A．1 h　 B．4 h　　C．8 h　　D．16 h 解析：B　[设地球半径为R，画出仅用三颗地球同步卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯时同步卫星的最小轨道半径示意图，如图所示．由图中几何关系可得，同步卫星的最小轨道半径r＝2R.设地球自转周期的最小值为