【高考輔導】高考物理真題分類彙編-萬有引力與宇宙航行

萬有引力部分是高考重點,也是高考必考內容。

縱觀歷年高考,無論哪套試卷,100%有萬有引力問題,所以一定不能忽視。

相對來說,萬有引力問題,相對單純,本來應該難度不大。

但是隨著時間推移,題目花樣越來越多,難度也普遍提高。

但萬變不離其宗,我們只要掌握好精髓,融會貫通,問題不大。

且看以下分析:

首先掌握好基本知識:

一、基本知識梳理:

1、開普勒行星運動定律:

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在這裡重點關注第二、第三定律。因為近幾年高考中關於橢圓運動的題目越來越多,自然而然也就用到次定律。

2、萬有引力定律:

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這一部分主要是萬有引力定律公式和引力常數。

3、基本關係式:

(1)在星球表面重力與萬有引力近似大小相等:

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(2)星球圍繞中心天體運轉,萬有引力提供向心力:

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以上兩個公式,是解決好多好多萬有引力問題的基本公式,99%的問題都離不了這兩個公式。

4、九大應用:

以下是根據近幾年出現的高考題總結的各種類型的萬有引力問題。

(1)天體質量和密度的估算

方法1:已知星球重力加速度g,星球半徑R的條件下

由黃金代換GM=gR2得:

星球質量M=gR2/G

方法2:已知衛星到中心天體距離r,衛星的週期T的條件下

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(2)衛星運動:

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通過公式(1)可以比較不同軌道衛星的v,w,T,a的大小。

(2)可以求不同軌道衛星的v,w,T,a的比值。

(3)宇宙速度:

第一宇宙速度(環繞速度):人造衛星在地球附近軌道環繞地球做勻速圓周運動時具有的速度。

(1)含義:①人造衛星的最大的運行速度。

②人造衛星的最小的發射速度。

(2)大小:

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第二宇宙速度(脫離速度):使物體掙脫地球引力束縛的最小發射速度,其大小為v2=11.2km/s。

第三宇宙速度(逃逸速度):使物體掙脫太陽引力束縛的最小發射速度,其大小為v3=16.7km/s。

(4)同步衛星:

(1)概念:以地面為參考系,靜止的衛星。

(2)特點:五個一定

①“週期一定”:與地球自轉週期相同,約24小時

②“角速度一定”:與地球自轉角速度相同。

③“距離一定”或“高度一定”:距地球表面的高度約36000km

④“軌道一定”只能在赤道上空,或與赤道是同心圓。

⑤“線速度、加速度大小一定”

(5)衛星變軌

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(1)一般變軌問題:

如圖一:如果衛星要從低軌道的A點,變軌到高軌道的B點,需要採取的操作:點火加速。但是在B點的速度小於在A點的速度。動能轉化為勢能。

如圖二:如果衛星要從高軌道的A點,變軌到低軌道的B點,需要採取的操作:點火減速。但是在B點的速度小於在A點的速度。勢能轉化為動能。

(2)橢圓變軌問題:

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①衛星在橢圓軌道上(軌道2)由近地點A運動到遠地點B的過程做離心運動,速度v逐漸減小,角速度w減小,加速度a減小。

②在A點:設衛星在軌道1上的速度為V1,加速度為a1;在軌道2上的速度為V2,加速度為a2

V1

③在B點:設衛星在軌道2上的速度為V2,加速度為a2;在軌道3上的速度為V3,加速度為a3

V2

(6)雙星問題:

兩個星球組成雙星,它們在相互之間的萬有引力作用下,繞連線上o點做週期T相同的勻速圓周運動。

分別列公式:

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對於兩公式的運算也有技巧:

①兩式相加

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可得結論:雙星運轉的週期只與兩星的總質量和總距離有關

②兩式相除

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可得結論:雙星中,星球做圓周運動的半徑與質量成反比。

(7)重力與萬有引力的區別:


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(8)橢圓運動週期:

橢圓運動週期問題可藉助於開普勒第三定律,推導得出:

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2號軌道圍繞地球做橢圓運動d為半長軸,3號軌道都圍繞地球做圓周運動r為半徑(當然可以看成特殊的橢圓)

這樣就可以用開普勒第三定律求得橢圓運動的週期:

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(其中d/2為半長軸)

(9)衛星追及問題:

(1)典型問題

衛星運動中的“追及問題”研究的是“兩個在不同的圓周軌道上運動的物體,何時相距最近(即相遇)或最遠”的問題。

相距最近的含義是:兩個衛星(或物體)和圓周軌道的圓心三點在同一條直線上,且兩個衛星(或物體)在圓心同側;

相距最遠的含義是:兩個衛星(或物體)和圓周軌道的圓心三點在同一條直線上,且兩個衛星(或物體)在圓心一側。

(2)解決辦法

某星體的兩顆衛星之間的距離有最近和最遠之分,但它們都處在同一條直線上。

由於它們的軌道不是重合的,因此在最近和最遠的相遇問題上不能通過位移或弧長相等來處理,

而是通過衛星運動的圓心角來衡量,若它們初始位置在同一直線上,

實際上內軌道所轉過的圓心角與外軌道所轉過的圓心角之差為π的整數倍時就是出現最近或最遠的時刻。


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結 束

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