高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天4万有引力定律及其应用课件
2020高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天第4讲万有引力定律及其应用教案
2019年
【2019最新】精选高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天第4讲万有引力定律及其应用教案
知识点一 开普勒行星运动定律
1.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椭圆，太阳处在椭圆的一个 上.
2.开普勒第二定律(面积定律)
对每一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过的 相等.
3.开普勒第三定律(周期定律)
所有行星的轨道的 的三次方跟它的 的二次方的比值都相等.
答案：1.焦点 2.面积 3.半长轴 公转周期
知识点二 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 成正比，与它们之间距离r的 成反比.
2.公式：F＝G，其中G＝ N·m2/kg2，叫万有引力常量.
3.适用条件
公式适用于 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；r为两物体间的距离.
答案：1.乘积 二次方 2.6.67×10－11 3.质点
知识点三 经典时空观和相对论时空观
1.经典时空观
(1)物体的质量不随速度的变化而变化.
(2)同一过程的位移和对应的时间在所有参考系中测量结果 .
(3)适用条件：宏观物体、 运动.
2.相对论时空观 2019年
同一过程的位移和对应时间在不同参考系中测量结果 .
答案：1.相同 低速 2.不同
(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，离太阳越近，运行速率越小.( )
(3)德国天文学家开普勒在天文观测的基础上提出了行星运动的三条定律.( )
(4)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.( )
(5)地面上的物体所受地球的引力方向指向地心.( )
(6)两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大.( )
(统考版)高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 第4讲 万有引力与航天学生用书
1 第4讲 万有引力与航天
必备知识·自主排查
一、开普勒行星运动定律
1．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．
2．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过相等的________．
3．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跟它的________的二次方的比值都相等．
二、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________、与它们之间距离r的二次方成________．
2．表达式
F＝Gm1m2r2，G为引力常量，其值通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2.
3．适用条件
(1)公式适用于________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________的距离．
三、宇宙速度
第一宇宙速度
(环绕速度) v1＝________ km/s，是人造卫星在地面附近绕地球做________运动的速度
第二宇宙速度
(脱离速度) v2＝________ km/s，使物体挣脱________引力束缚的最小发射速度
第三宇宙速度
(逃逸速度) v3＝________ km/s，使物体挣脱________引力束缚的最小发射速度
四、经典时空观和相对论时空观
1．经典时空观
(1)在经典力学中，物体的质量是不随________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________的．
2．相对论时空观
(1)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________的．
(2)光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都是________的．,
(安徽专用)高考物理一轮复习 第四章 曲线运动万有引力与航天第一节曲线运动 运动的合成与分解教学
第四章 曲线运动 万有引力与航天
考纲要求 权威解读
运动的合成与分解 Ⅱ 1.运动的合成与分解是研究复杂运动的基本方法；万有引力定律是力学中一个重要的基本定律
2.平抛运动的规律及其研究思想在近年高考中一般都有体现，要引起重视
3.匀速圆周运动及其重要公式，特别是匀速圆周运动的动力学特点要引起足够的重视。对天体运动的考查都离不开匀速圆周运动
4.天体运动的考查频率很高，主要考查圆周运动、牛顿运动定律和圆周运动知识，经常结合航天技术、人造地球卫星等现代科技的重要领域进行命题 抛体运动 Ⅱ
匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度 Ⅰ
匀速圆周运动的向心力 Ⅱ
离心现象 Ⅰ
知道研究一般曲线运动的方法 Ⅰ
万有引力定律及其应用 Ⅱ
第一宇宙速度 Ⅱ
第二宇宙速度和第三宇宙速度 Ⅰ
第一节 曲线运动 运动的合成与分解
一、曲线运动
1．速度的方向
质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的________________。
2．运动的性质
做曲线运动的物体，速度的________________时刻在改变，所以曲线运动是________运动。
3．曲线运动的条件
物体所受合外力的方向跟它的速度方向____________________________或它的加速度方向与速度方向不在同一条直线上。
4．合力方向与轨迹的关系
物体做曲线运动的轨迹一定夹在合力方向和速度方向之间，速度方向与轨迹相切，合力方向________________。
5．运动类型的判断
(1)判断物体是否做匀变速运动，要分析合外力是否为恒力。
(2)判断物体是否做曲线运动，要分析合外力是否与速度成一定夹角。
(3)匀变速曲线运动的条件：F合≠0，为恒力且与速度不共线。
(4)非匀变速曲线运动的条件：F合≠0，为变力且与速度不共线。
二、运动的合成与分解
1．基本概念
分运动合运动
2．分解原则
根据运动的__________分解，也可采用正交分解。
高考物理一轮复习 第四章 曲线运动万有引力与航天 第
1 第四节 万有引力与航天
一、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的二次方成反比．
2．公式：F＝Gm1m2r2，其中G＝6.67×10－11 N·m2/kg2.
3．适用条件
(1)严格地说，公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点．
(2)均匀的球体可视为质点，其中r是两球心间的距离．一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力也适用，其中r为球心到质点的距离．
1.判断正误
(1)地面上的物体所受地球引力的大小均由F＝Gm1m2r2决定，其方向总是指向地心．( )
(2)只有天体之间才存在万有引力．( )
(3)只要已知两个物体的质量和两个物体之间的距离，就可以由F＝GMmR2计算物体间的万有引力．( )
(4)当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大．( )
提示：(1)√ (2)× (3)× (4)×
二、宇宙速度
1．第一宇宙速度(环绕速度)
(1)数值 v1＝7.9 km/s，是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星最大的环绕速度．
(2)第一宇宙速度的计算方法
①由GMmR2＝mv2R得v＝ GMR．
②由mg＝mv2R得v＝gR．
2．第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝11.2 km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度．
3．第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7 km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
2.(2017·河南洛阳模拟)使物体脱离星球的引力束缚，不再绕星球运 2 行，从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2＝2v1.已知某星球的半径为r，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的16.不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为________．
2018版高考物理一轮总复习 第4章 曲线运动 万有引力与航天 第4讲 万有引力与航天
4-4万有引力与航天
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分。其中1～6为单选，7～10为多选)
1． 2016年2月1日15时29分，我国在西昌卫星发射中心成功发射了第五颗新一代北斗导航卫星。该卫星为地球中圆轨道卫星，质量为m，轨道离地面的高度约为地球半径R的3倍。已知地球表面的重力加速度为g，忽略地球自转的影响。则( )
A．卫星的绕行速率大于7.9 km/s
B．卫星的绕行周期约为8π 2Rg
C．卫星所在处的重力加速度约为g/4
D．卫星的动能约为mgR8
2．某行星的质量约为地球质量的12，半径为地球半径的18，那么在此行星上的“第一宇宙速度”与地球上的第一宇宙速度之比为( )
A．2∶1 B．1∶2
C．1∶4 D．4∶1
3．火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星，对人类来说充满着神奇，为了更进一步探究火星，发射一颗火星的同步卫星。已知火星的质量为地球质量的p倍，火星自转周期与地球自转周期相同均为T，地球表面的重力加速度为g，地球的半径为R，则火星的同步卫星距球心的距离为( )
A．r＝3gR2T24π2p B．r＝3gRT2p4π2
C．r＝3pgR2T24π2 D．r＝3gRT24π2p
4．太阳系中某行星运行的轨道半径为R0，周期为T0。但天文学家在长期观测中发现，其实际运行的轨道总是存在一些偏离，且周期性地每隔t0时间发生一次最大的偏离(行星仍然近似做匀速圆周运动)。天文学家认为形成这种现象的原因可能是该行星外侧还存在着一颗未知行星。假设两行星的运行轨道在同一平面内，且绕行方向相同，则这颗未知行星运行轨道的半径R和周期T正确的是(认为未知行星近似做匀速圆周运动)( )
A．T＝t20t0－T0 B．T＝t0t0－T0T0
C．R＝R03T0t0－T02 D．R＝R03t0－T0t02
高三物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天
1 第四章 曲线运动 万有引力与航天
[备考指南]
考
点 内 容 要求 题型 把 握 考 情
一、曲线运动 运动的合成与分解 运动的合成与分解 Ⅱ 选择、计算
找
规
律 平抛运动的规律及其研究方法，圆周运动的角速度、线速度和向心加速度，万有引力定律及其应用是本章的命题热点，题型有选择题，也有计算题。 二、抛体运动 抛体运动 Ⅱ 选择、计算
三、圆周运动 匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度 Ⅰ 选择、计算
匀速圆周运动的向心力 Ⅱ
离心现象 Ⅰ
四、万有引力定律及其应用 万有引力定律及其应用 Ⅱ 选择、计算
明
热
点 突出物理与现代科技、生产、生活的结合，特别是与现代航天技术的联系会更加密切，与牛顿运动定律、机械能守恒等内容结合命题的可能性也较大。 五、天体运动 人造卫星 环绕速度 Ⅱ
选择、计算 第二宇宙速度和第三宇宙速度 Ⅰ
经典时空观和相对论时空观 Ⅰ
第1节 曲线运动 运动的合成与分解
2 (1)速度发生变化的运动，一定是曲线运动。(×)
(2)做曲线运动的物体加速度一定是变化的。(×)
(3)做曲线运动的物体速度大小一定发生变化。(×)
(4)曲线运动可能是匀变速运动。(√)
(5)两个分运动的时间一定与它们的合运动的时间相等。(√)
(6)合运动的速度一定比分运动的速度大。(×)
(7)只要两个分运动为直线运动，合运动一定是直线运动。(×)
(8)分运动的位移、速度、加速度与合运动的位移、速度、加速度间满足平行四边形定则。(√)
要点一 物体做曲线运动的条件与轨迹分析
曲线运动的特点 曲线运动的条件
内容 物体在某一点的速度沿曲线上该点的切线方向 物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上
深入理解 ①速度方向时刻在变化，所以曲线运动一定是变速运动
②速度大小可以不变，相应的动能就不变，如匀速圆周运动
③加速度可以是不变的，即物体做匀变速曲线运动，如平抛运动
高中一轮复习物理第四章 曲线运动 万有引力与航天
1 第四章 曲线运动 万有引力与航天
第一讲 曲线运动 运动的合成与分解
考点一 物体做曲线运动的条件及轨迹
1、如图所示的曲线是某个质点在恒力作用下的一段运动轨迹。质点从M点出发经P点到达N点，已知弧长MP大于弧长PN，质点由M点运动到P点与从P点运动到N点的时间相等。下列说法中正确的是（ ）。
A: 质点从M到N过程中速度大小保持不变
B: 质点在这两段时间内的速度变化量大小相等，方向相同 C:
质点在这两段时间内的速度变化量大小不相等，但方向相同
D: 质点在MN间的运动不是匀变速运动
2、关于曲线运动的性质,以下说法正确的是( )
A 曲线运动一定是变速运动
B 曲线运动一定是变加速运动
C 变速运动不一定是曲线运动
D 运动物体的速度大小,加速度大小都不变的运动一定是直线运动
3、2013年夏,四川北川老县城地震遗址遭遇50年最强洪水,武警战士驾驶冲锋舟营救被困群众,某段时间内冲锋舟的运动规律为,,xOy为直角坐标系,则下列说法正确的是( )
A 冲锋舟在x方向的分运动是匀减速直线运动
B 冲锋舟的运动是匀变速直线运动
C 冲锋舟的运动是匀变速曲线运动
D 冲锋舟的运动开始为直线运动后变为曲线运动
4、 一物体在xOy直角坐标平面内运动的轨迹如图所示，下列判断正确的是( )
A 若物体在x方向一直做匀速运动，则在y方向可能先匀速运动再加速运动
B 若物体在x方向一直做加速运动，则在y方向上可能先加速运动再匀速运动
C 若物体在y方向一直做匀速运动，则在x方向上可能先匀速运动再加速运动
D 若物体在y方向一直做加速运动，则在x方向上可能先加速运动再匀速运动
考点二 运动的合成与分解
1、一质量为的物体在光滑水平面上沿相互垂直的两个方向的分运动图象如图甲、乙所示,根据运动图象可知,4s末物体运动的加速度、速度的大小分别是( )
A．2m/s2 4m/s B．2m/s2 4m/s C．1m/s2 4m/s D．1m/s2 2m/s 2 2、如图所示的直角三角板紧贴在固定的刻度尺上方，现假使三角板沿刻度尺水平向右匀速运动的同时，一支铅笔从三角板直角边的最下端，由静止开始沿此边向上做匀加速直线运动，下列关于铅笔尖的运动及其留下的痕迹的判断中，正确的是（
高考物理大一轮复习高考热点探究4第四章曲线运动万有引力定律及其应用
第四章 曲线运动 万有引力定律及其应用
热点1抛体运动
1 .（单选）（2014年四川卷）有一条两岸平直、河水均匀流动、流速恒为 v的大河. 小明
驾着小船渡河，去程时船头指向始终与河岸垂直，回程时行驶路线与河岸垂直•去程与回程
所用时间的比值为 k,船在静水中的速度大小相同，则小船在静水中的速度大小为
kv
A^k2— 1 v
B—1- k2
kv
C. 一1 —
k2 v
—k2—1
【答案】B
【解析】 设小船相对静水的速度为 vc,去程时过河的时间为 t1 = ~，回程的时间
Vc t2 =
11 v
.-2 2,由题意知厂=k，解得Vc = 2,故选项B正确.
vc — v t2 逆 1 - k
2.（多选）（2011年广东卷）如图4 — 1所示，在网球的网前截击练习中，若练习者在球网 正上方距地面 H处，将球以速度 v沿垂直于球网的方向击出，球刚好落在底线上•已知底线
到网的距离为L,重力加速度取 g,将球的运动视作平抛运动，下列叙述正确的是 （ ）
A. 球的速度v等于L 2H
B. 球从击出至落地所用时间为
C. 球从击球点至落地点的位移等于 L
D. 球从击球点至落地点的位移与球的质量有关
【答案】AB
1 /ou
【解析】由平抛运动规律，知 H= ^gt2,得t =、/~，选项B正确；球在水平方向做匀 速直线运动，由s = vt，得v = S=―务=选项A正确；击球点到落地点的位移大 t /2H V 2H
.g
于L且与球的质量无关，选项 C、D错误.
热点2:圆周运动
3. （单选）（2014年安徽卷）如图4 — 2所示，一倾斜的匀质圆盘垂直于盘面的固定对称轴
以恒定的角速度 3转动，盘面上离转轴距离 2.5 m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止，
物体与盘面间的动摩擦因数为 屮.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 ），盘面与水平面间的夹角
2
为30°, g取10 m/s .则3的最大值是（ ）
高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 第4讲 万有引力与天体运动教学案(含解析)
第4讲 万有引力与天体运动
➢ 教材知识梳理
一、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________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________相等．
3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的________的三次方跟________的二次方的比值都相等．
二、万有引力定律
1．内容：自然界中任何两个物体都互相吸引，引力的大小与物体的质量的乘积成________，与它们之间距离的二次方成________．
2．公式：________(其中引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2)．
3．适用条件：公式适用于质点之间以及均匀球体之间的相互作用，对均匀球体来说，r是两球心间的距离．
三、天体运动问题的分析
1．运动学分析：将天体或卫星的运动看成________运动．
2．动力学分析：(1)万有引力提供________，即F向＝GMmr2＝ma＝mv2r＝mω2r＝m2πT2r.(2)在星球表面附近的物体所受的万有引力近似等于________，即GMmr2＝mg(g为星球表面的重力加速度)． 四、三个宇宙速度
1．第一宇宙速度(环绕速度)：v1＝7.9 km/s，是人造地球卫星的________，也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的________．
2．第二宇宙速度(逃逸速度)：v2＝11.2 km/s，是卫星挣脱地球引力束缚的________．
3．第三宇宙速度：v3＝16.7 km/s，是卫星挣脱太阳引力束缚的________．
答案：一、1.焦点 2.面积 3.半长轴 公转周期
二、1.正比 反比 2.F＝Gm1m2r2
三、1.匀速圆周 2.(1)向心力 (2)物体的重力
四、1.最小发射速度 最大运行速度
2．最小发射速度 3.最小发射速度
【思维辨析】
(1)牛顿利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量．( )
高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天专家专题讲座 新人教版
1 【创新方案】2014年高考物理一轮复习专家专题讲座：第四章
曲线运动 万有引力与航天
天体运动中的三种模型
一、“自转”天体模型
模型特点：绕通过自身中心的某一轴以一定的角速度匀速转动的天体称为“自转”天体。在其表面上相对天体静止的物体，则以某一点为圆心，做与天体自转角速度相同的匀速圆周运动。分析此类问题要明确天体表面物体做圆周运动所需向心力是由万有引力的一个分力提供的，万有引力的另一个分力即为重力(由于自转所需向心力很小，通常认为重力近似等于万有引力)。从赤道向两极因做圆周运动的半径逐渐减小，故所需向心力逐渐减小，重力逐渐增加。在两极F万＝G，在赤道上F万＝G＋F向。
[典例1] 地球赤道上物体的重力加速度为g，物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a，要使赤道上的物体“飘”起来，则地球自转角速度应为原来的多少倍？( )
A.ga B. g＋aa
C. g－aa D.ga
[解析] 赤道上物体随地球自转时GMmR2－FN＝ma，其中FN＝mg；要使赤道上的物体飘起来，则应有FN＝0，于是GMmR2＝ma′，由以上各式可得a′＝a＋g，又因为a＝ω2R，a′＝ω′2R，所以ω′ω＝ g＋aa，故B正确。
[答案] B
二、“公转”天体模型 2 模型特点：绕另一天体(称为中心天体)做匀速圆周运动的天体称为“公转”天体，其做圆周运动所需向心力由中心天体对其吸引力提供，如人造卫星绕地球运动，地球绕太阳运动等。
[典例2] 如图1所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q，斜面的倾角为α，已知该星球半径为R，万有引力常量为G，求：
图1
(1)该星球表面的重力加速度；
(2)该星球的密度；
(3)该星球的第一宇宙速度v；
(4)人造卫星绕该星球表面做匀速圆周运动的最小周期T。
[解析] (1)由平抛运动的知识得