深圳中学高考物理一轮复习专题8天体运动
2024学年新教材高中物理第七章重难专题8天体运动的分析与计算pptx课件新人教版必修第二册
A.载人飞船与气象卫星的运行周期之比约为 B.载人飞船与气象卫星的轨道半径之比约为 C.载人飞船与气象卫星的线速度大小之比约为 D.载人飞船与气象卫星的向心加速度大小之比约为
载人飞船的运行周期约为 ，则载人飞船与气象卫星的运行周期之比约为 ，A错误；根据万有引力提供向心力可得 ，进而可得 ，载人飞船与气象卫星的轨道半径之比约为 ，B错误；根据万有引力提供向心力可得 ，解得 ，载人飞船与气象卫星的线速度大小之比约为 ，C正确；根据万有引力提供向心力可得 ，解得 ，载人飞船与气象卫星的向心加速度大小之比约为 ，D错误。
01
重难专题8
1.一个模型：一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动。
2.两条思路
（1）万有引力提供向心力： 。
（2）物体在天体表面时受到的万有引力等于物体的重力，由 ，得 ，这表明 与 可以相互替代。该公式通常被称为黄金代换式。
3.四个重要结论：设质量为 的行星或卫星绕另一质量为 的中心天体做半径为 的匀速圆周运动。
二、卫星相距“最近”“最远”问题
“天体相遇”，指两天体相距最近。若两环绕天体的运转轨道在同一平面内，则两环绕天体与中心天体在同一直线上，且位于中心天体的同侧（异侧）时相距最近（最远）。类似于在田径场赛道上的循环长跑比赛，跑得快的每隔一段时间多跑一圈追上并超过跑得慢的。解决这类问题有两种常用方法。若从两颗卫星相距最近时开始计时
（3）若某时刻卫星通过赤道上某建筑物的正上方，求它下次通过该建筑物上方需要的时间。
[答案]
[解析] 由 ，且 ，可得 。
规律总结环绕模型的几个特征行星绕恒星或卫星绕中心天体的匀速圆周运动称为环绕模型，由万有引力提供向心力，所以所有地球卫星轨道的圆心一定是地球的球心，其动力学特征如下图：_
物理高考专题-天体运动
天体运动一、开普勒行星运动定律（不仅适用于行星绕太阳，也适用于卫星绕行的运动）第一定律：轨道定律——行星（卫星）绕太阳的运动轨迹是椭圆，太阳（行星）处于椭圆的一个焦点上。
第二定律：面积定律——行星（卫星）与太阳（行星）的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
推论：离中心天体越近，线速度越大，角速度越大。
第三定律：周期定律——轨道半长轴的三次方与周期平方的比值是一个定值，该定值与中心天体有关。
k Ta =23二、求解天体质量的两个思路1、黄金代换式 2gR GM =➩GgR M 2=G ：引力常量 M ：天体自身质量 g ：天体表面重力加速度 R ：天体自身半径 2、利用环绕天体做匀速圆周运动的相关物理量计算中心天体质量——万有引力提供向心力r T m r m r v m r Mm G 2222)2(πω===（r ：环绕天体到中心天体球心的距离）➪ G r v M 2= G r M 32ω= 2324GT r M π= GT v M π23= 3、对应天体密度公式VM=ρ GRgπρ43=3243GR r v πρ= 33243GR r πωρ= 3233R GT r πρ= 32383GR T v πρ=三、中心天体与环绕天体系统各物理量的变化关系rGMv =r ↑ v ↓ 3rGM=ω r ↑ ω↓ GM r T 32π= r ↑ T ↑ 2rGMa n =r ↑ n a ↓ 四、变轨问题升空过程：1→2→3需在Q 点和P 点分别点火加速速度关系：1Q v <2Q v 2P v <3P v又因为1和3轨道均为圆轨道，由r ↑ v ↓可知：2P v <3P v <1Q v <2Q v （2轨道上Q →P 过程中引力做负功）回收过程：3→2→1需在P 点和Q 点分别点火减速，故速度关系仍满足2P v <3P v <1Q v <2Q v 加速度关系：mF a 引=，故21Q Q a a =>32P P a a =。
高考物理一轮复习课件：天体运动
1 1
2
(2)只有在两极，mg＝G
1 1
2
，其他地方mg<G
，但
1 1
2
相差不大，在忽略地球自转的情况下，认为mg=G
.
(3)重力在两极、赤道，两个力的方向相同（都是指向圆
心），其他地方二者方向不同，略有偏差.万有引力的方
向指向地心，重力的方向竖直向下.
1．地球赤道上的重力加速度为g，物体在赤道上的向心加速度约为a，若使赤道上的物
(4)发 ≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．
1、美国国家科学基金会宣布，天文学家发现一颗迄今为止与地球最类似的行星，该行
星绕太阳系外的红矮星Gliese581做匀速圆周运动．这颗行星距离地球约20光年，公转
周期约为37天，它的半径大约是地球的1.9倍，表面重力加速度与地球相近．下列说法
它的运行周期最短。
2、第二宇宙速度：v=11.2km/s
如果7.9 km/s＜发 ＜11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆．当飞行器的速度大于或者是等于
11.2km/h时，他就会克服地球的引力，永远离开地球。此时他就跟地球一个级别，开始围绕着太阳做
圆周运动。
(3)11.2 km/s≤发 ＜16.7 km/s，卫星绕太阳做椭圆运动．
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功
CD)
（3）牛顿在思考万有引力定律时就曾想，把物体从高山上水平抛出速度一次比一次大，
落点一次比一次远．如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人
造地球卫星．如图所示是牛顿设想的一颗卫星，它沿椭圆轨道运动．下列说法正确的是
备考2024届高考物理一轮复习讲义第五章万有引力与宇宙航行专题八卫星变轨问题双星模型题型2天体运动中
题型2 天体运动中的能量问题1.同一轨道上的能量：卫星在稳定轨道（包含圆周轨道、椭圆轨道）上运行，由于卫星只受到万有引力作用，机械能由动能和引力势能组成，机械能是守恒的.2.不同轨道上的能量：卫星在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大.（1）突变模型：卫星速率增大（发动机做正功）会做离心运动，轨道半径增大，万有引力＝做负功，卫星动能减小，由于变轨时遵从能量守恒定律，稳定在圆轨道上时需满足GMmr2mv2，致使卫星在较高轨道上的运行速率小于在较低轨道上的运行速率，但机械能增大；相r反，卫星速率减小（发动机做负功）会做向心运动，轨道半径减小，万有引力做正功，卫星动能增大，同样原因致使卫星在较低轨道上的运行速率大于在较高轨道上的运行速率，但机械能减小.（2）缓变模型：卫星在稀薄大气中运行时，会逐渐（或缓慢）地做向心运动，大气作用力做负功，卫星的机械能减小.3.同样质量的卫星，轨道半径越大，即离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越困难.研透高考明确方向6.[同一轨道上的能量/多选]如图所示，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0，若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P点经过M、Q到N点的运动过程中，下列说法正确的是（CD）A.从P点到M点所用的时间等于T04B.从Q点到N点过程中，机械能逐渐变大C.从P点到Q点过程中，速率逐渐变小D.从M点到N点过程中，万有引力对它先做负功后做正功解析海王星在PM段的速度大小大于在MQ段的速度大小，则PM段所用的时间小于MQ段，所以从P点到M点所用的时间小于T0，故A错误；从Q点到N点的过程中，由于4只有万有引力做功，机械能守恒，故B错误；从P点到Q点的过程中，万有引力做负功，速率减小，故C正确；根据万有引力方向与速度方向的关系知，从M点到N点的过程中，万有引力对海王星先做负功后做正功，故D正确.7.[不同轨道上的能量]如图为我国发射北斗卫星的示意图，先将卫星发射到半径为r1＝r的圆轨道上做匀速圆周运动，到A点时使卫星加速进入椭圆轨道，到椭圆轨道的远地点B点时，再次改变卫星的速度，使卫星进入半径为r 2＝2r 的圆轨道上做匀速圆周运动.已知卫星在椭圆轨道时距地心的距离与速度的乘积为定值，卫星在椭圆轨道上A 点时的速度为v ，卫星的质量为m ，地球质量为M ，引力常量为G ，则发动机在A 点对卫星做的功与在B 点对卫星做的功之差为（不计卫星的质量变化）（ D ）A.34mv 2＋3GMm 4rB.34mv 2－3GMm 4r C.58mv 2＋3GMm4rD.58mv 2－3GMm4r解析 当卫星在r 1＝r 的圆轨道上运行时，有G Mmr 2＝m v 02r ，解得在圆轨道上运行时通过A 点的速度为v 0＝√GM r，所以发动机在A 点对卫星做的功为W 1＝12mv 2－12m v 02＝12mv 2－GMm 2r；当卫星在r 2＝2r 的圆轨道上运行时，有GMm(2r)2＝mv '2 02r，解得在圆轨道上运行时通过B 点的速度为v'0＝√GM2r ，而根据题意可知在椭圆轨道上通过B 点时的速度为v 1＝r1r 2v ＝12v ，故发动机在B 点对卫星做的功为W 2＝12mv'20－12m v 12＝GMm 4r－18mv 2，所以W 1－W 2＝58mv 2－3GMm 4r，D 正确.。
2024届高考物理一轮复习：天体运动热点问题
第四章曲线运动天体运动热点问题【考点预测】1.卫星的变轨问题2. 星球稳定自转的临界问题3. 双星、多星模型4. 天体的“追及”问题5.万有引力定律与几何知识的结合【方法技巧与总结】卫星的变轨和对接问题1．变轨原理(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上，如图所示．(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.2．变轨过程分析(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B 点时速率分别为v A、v B.在A点加速，则v A>v1，在B点加速，则v3>v B，又因v1>v3，故有v A>v1>v3>v B.(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，卫星在轨道Ⅱ或轨道Ⅲ上经过B点的加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律r3T2＝k可知T1<T2<T3.(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ，从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ，都需要点火加速，则E1<E2<E3. 【题型归纳目录】题型一：卫星的变轨问题题型二：星球稳定自转的临界问题题型三：双星模型题型四：天体的“追及”问题【题型一】卫星的变轨问题【典型例题】例1．（2023·安徽·校联考模拟预测）《天问》是中国战国时期诗人屈原创作的一首长诗，全诗问天问地问自然，表现了作者对传统的质疑和对真理的探索精神，我国探测飞船天问一号发射成功飞向火星，屈原的“天问”梦想成为现实，也标志着我国深空探测迈向一个新台阶，如图所示，轨道1是圆轨道，轨道2是椭圆轨道，轨道3是近火圆轨道，天问一号经过变轨成功进入近火圆轨道3，已知引力常量G，以下选项中正确的是（）A．天问一号在B点需要点火加速才能从轨道2进入轨道3B．天问一号在轨道2上经过B点时的加速度大于在轨道3上经过B点时的加速度C．天问一号进入近火轨道3后，测出其近火环绕周期T，可计算出火星的平均密度D．天问一号进入近火轨道3后，测出其近火环绕周期T，可计算出火星的质量【方法技巧与总结】卫星的变轨问题卫星变轨的实质卫星速度突然增大卫星速度突然减小练1．（2023·广东·广州市第二中学校联考三模）天问一号火星探测器搭乘长征五号遥四运载火箭成功发射意味着中国航天开启了走向深空的新旅程。
2020届高考物理一轮复习人教版天体运动的热点问题PPT课件(117张)
(4)赤道上的物体随地球自转而做匀速圆周运动，由万有引力和地面支持 力的合力充当向心力(或者说由万有引力的分力充当向心力)，它的运动规律 不同于卫星，但它的周期、角速度和绕行方向与同步卫星相同。
假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于 火星到太阳的距离，那么( )
A．地球的公转周期大于火星的公转周期 B．地球公转的线速度小于火星公转的线速度 C．地球公转的加速度小于火星公转的加速度 D．地球公转的角速度大于火星公转的角速度
qpv 地，C 正确。
解析
2．我国“玉兔号”月球车被顺利送抵月球表面，并发回大量图片和信 息。若该月球车在地球表面的重力为 G1，在月球表面的重力为 G2。已知地 球半径为 R1，月球半径为 R2，地球表面处的重力加速度为 g1，月球表面处 的重力加速度为 g2，则( )
A．“玉兔号”月球车在地球表面与月球表面质量之比为GG12 B．地球的质量与月球的质量之比为GG12RR2212
A．“嫦娥三号”在距离月面高度为 100 km 的圆轨道Ⅰ上运动时速度 大小可能变化
B．“嫦娥三号”在距离月面高度 100 km 的圆轨道Ⅰ上运动的周期一 定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期
C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过 Q 点时的加速度一定大于经 过 P 点时的加速度
D．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过 Q 点时的速率可能小于经过 P 点时的速率
答案 BC
答案
方法感悟 (1)一般变轨位置，不是在近地点，就是在远地点。 (2)卫星发射与回收过程，可以看成可逆过程去理解。
(3)速度：变轨前后，航天器在不同轨道上的速度大小，或根据离心运动 的条件判断，或根据近心运动的条件判断，或根据开普勒第二定律判断(同一 椭圆轨道上不同位置的＝2Tπ分析得，同步卫星的周期变大，角速度变小，D 项错误。
天体运动-高三一轮复习 讲义版
天体运动【知识框架】【知识点一】行星运动规律第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上第二定律：太阳与任何一个行星的连线（矢径）在相等的时间内扫过的面积相等，即：S1=S2第三定律：行星绕太阳运行轨道半长轴r 的立方与其公转周期T 的平方成正比，即：k Tr =23其中k 是与中心天体有关的常数【例】某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F 1和F 2是椭 圆 轨道的两个焦点，行星在A 点的速率比在B 点的大，则太阳是位于( )A F2 B AC F 1D B【例】设行星绕恒星的运动轨道是圆，则其运行周期T 的平方与其运动轨道半径R 的三次方之比为常数，即R 3/T 2=k ，那么k 的大小（ ）A 只与行星质量有关B 只与恒星质量有关C 与恒星及行星的质量均有关D 与恒星的质量及行星的速率有关【知识点二】万有引力定律及其应用 1、万有引力定律：2rmGM F =，由牛顿总结而得 注：式中，G 为引力常量，由卡文迪许扭秤实验测出。
r 为两质点距离，若是两个均匀球体，则r 是两球心的距离。
2、应用万有引力定律分析天体运动 地面上的物体与地球一起运动：G F =万，即mg m2=RGM ，得2g GM R =（黄金代换式） 绕地球做圆周运动的物体g m '==向万F F 即g m 2mr mr r mv r m 2222'=⎪⎭⎫ ⎝⎛===T GM πω 归纳变轨卫星：↓↓↓↓↓↑↑↑F E T ，，，，，，，g a v r ω 3、两种特殊卫星近地卫星（第一宇宙速度） 得R g v =同步卫星 相对地面静止，运动轨迹在赤道正上空4、宇宙速度理解第一宇宙速度：最小发射速度，最大环绕速度第二宇宙速度：发射速度大于第二宇宙速度，将脱离地球束缚，绕太阳运动变成“人造行星” 第三宇宙速度：发射速度大小第三宇宙速度，将脱离太阳束缚，跑到其他星系中题型一：万有引力定律公式的理解 【例】对于太阳与行星间引力的表述2rmGM F =式，下面说法中正确的是（ ） A 公式中G 为引力常量，它是牛顿规定的 B r 为太阳半径C 太阳与行星受到的引力总是大小相等的、方向相反，是一对平衡力D 太阳与行星受到的引力总是大小相等的、方向相反，是一对作用力与反作用力【例】关于万有引力定律，下列说法正确的是（ ） A 牛顿提出了万有引力定律，并测定了引力常量的数值 B 万有引力定律只适用于天体之间C 万有引力的发现，揭示了自然界一种基本相互作用的规律D 地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是相同的【例】关于万有引力定律及其表达式221rm m G F =的理解，下列说法中正确的是（ ） A 万有引力定律对质量大的物体适用，对质量小的物体不适用 B 公式中的是引力常量，说明它在数值上等于质量为1kg 的两个质点相距1m 时的相互作用力C 当物体间的距离r 趋于零时，万有引力趋于无穷大D 两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力【例】 如图所示，有人设想要“打穿地球”从中国建立一条通过地心的光滑隧道直达巴西。
高考物理总复习课件天体运动
月球探测器
从20世纪50年代开始，人类发射了多个月球探 测器，实现了对月球的详细探测和着陆。
行星探测器
自20世纪60年代以来，人类已向多个行星发射 了探测器，如火星、金星、水星等，获取了大量 珍贵数据。
深空探测器
近年来，人类开始探索更遥远的宇宙空间，如发 射了探测太阳系边缘和系外行星的探测器。
射电望远镜在天文观测中作用
探测遥远天体
射电望远镜可观测到遥远星系和类星体发出的射电波，揭示宇宙早 期的信息。
研究星际物质
通过观测星际氢原子和羟基（OH）分子等射电源，可研究星际物 质的分布和性质。
搜寻地外文明信号
射电望远镜可用于搜寻地外文明发出的无线电信号，探索宇宙中是否 存在其他生命形式。
未来天文观测技术展望
巨型光学/红外望远镜
天体运动定义
天体在宇宙空间中所做的各种机 械运动。
天体运动分类
根据天体的不同，可分为恒星运 动、行星运动、卫星运动等。
牛顿万有引力定律
万有引力定律内容
任何两个质点都存在通过其连心线方向上的相互吸引的力。该引力大小与它们 质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质 种类无关。
射电望远镜
观测射电波段的望远镜，可穿透尘埃 和气体，但分辨率相对较低。
红外望远镜
观测红外波段的望远镜，可探测被尘 埃遮挡的天体，但受大气中水分和二 氧化碳吸收影响较大。
X射线和伽马射线望远镜
观测高能光子，可研究极端天体现象 ，如黑洞和中子星，但观测设备复杂 且昂贵。
空间探测器发展历程回顾
1 2 3
04
海洋地形
海洋地形和海岸线形 状对潮汐现象的幅度 和分布也有影响。
引力波探测技术进展
高中物理一轮复习：天体运动专题(无答案)
高中物理一轮复习：天体运动专题（无答案）1..我国发射的〝天宫一号〞和〝神州八号〞在对接前，〝天宫一号〞的运转轨道高度为350km,〝神州八号〞的运转轨道高度为343km.它们的运转轨道均视为圆周，那么 ( )A ．〝天宫一号〞比〝神州八号〞速度大B ．〝天宫一号〞比〝神州八号〞周期长C ．〝天宫一号〞比〝神州八号〞角速度大D ．〝天宫一号〞比〝神州八号〞减速度大2.两颗天然卫星A 、B 绕地球做圆周运动，周期之比为8:1:=B A T T ，那么轨道半径之比和运动速率之比区分为〔 〕A. 2:1:,1:4:==B A B A v v R RB. 1:2:,1:4:==B A B A v v R RC. 1:2:,4:1:==B A B A v v R RD. 2:1:,4:1:==B A B A v v R R3.一颗小行星绕太阳做匀速圆周运动的半径是地球绕太阳做匀速圆周运动的半径的4倍,那么这颗小行星公转的周期是 ( )A.4年B.6年C.8年D.9年二.求中心天体质量和密度4.过去几千年来,人类对行星的看法与研讨仅限于太阳系内,行星〝51 peg b 〞的发现拉开了研讨太阳系内行星的序幕。
〝51 peg b 〞绕其中心恒星做匀速圆周运动,周期约为4天,轨道半径约为地球绕太阳运动半径的120。
该中心恒星与太阳的质量比约为 ( ) A.110B.1C.5D.10 5.最近，迷信家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1200年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍．假定该行星绕恒星运转的轨道和地球绕太阳运转的轨道都是圆周，仅应用以上两个数据可以求出的量有 ( )A ．恒星质量与太阳质量之比B ．恒星密度与太阳密度之比C ．行星质量与地球质量之比D ．行星运转速度与地球公转速度之比6. 1798年英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量G ，因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人，假定万有引力常量G ，地球外表处的重力减速度g ，地球半径为R ，地球上一个昼夜的时间为T 1〔地球自转周期〕，一年的时间T 2〔地球公转的周期〕，地球中心到月球中心的距离L 1，地球中心到太阳中心的距离为L 2。
高考物理一轮复习课件天体运动万有引力应用
若探测器在离火星表面高度为h近似为圆形的轨道上运行，周期为T，已知火星半径为R，万有引力常量为G，则火星的密
度为多大？
G
Mm (R+h)2
=m(R+h)
4π2 T2
总结：
ρ=
M 4πR3/3
3π(R+h)3 ρ= GT2R3
R+h R
T
1. 题1利用万有引力提供重力解题，常被称作“自力更生法”；
2. 题2利用万有引力提供绕行天体的向心力，常被称作“借助外援法”。
心间距为r，地球表面的重力加速度为g，地球绕太阳公转的周期为T。则太阳的质量为多少？
G
m R2
=g
gR2 G= m
G
Байду номын сангаас
Mm r2
=mr
4π2 T2
M= 4GπT2r23=
4π2r3m gR2T2
Rg m
MT r
（2）假设宇宙中有两颗恒星A、B，其各自卫星轨道半径的三次方与运行周期的平方的关系分别为图中a、b两条直线所
5 2
h星 M地/10 R地/2
h地 M地 R地
（2）宇航员在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球。经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地
点之间的距离为L。若抛出时初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为 3 L，已知两落地点在同一水平面上，
该星球的半径为R，万有引力常数为G。求：该星球的质量M 。
力加速度是月球表面重力加速度的6倍，地球半径为月球半径的4倍，则地球和月球的平均密度之比为多少？
G
Mm R2
=mg
ρ=
M 4πR3/3
3g ρ= 4πGR
高考物理一轮复习课件专题四小专题天体运动专
02
03
天文特色小镇
依托当地的天文资源和文化特色，打 造以天文为主题的特色小镇，推动当 地旅游业和相关产业的发展。
THANKS
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高考物理一轮复习课件
专题四小专题天体运动
专
汇报人：XX
20XX-01-22
CONTENTS 目录
• 天体运动基本概念与规律 • 地球自转与公转现象分析 • 月球绕地球运动特点与影响 • 行星绕太阳运动特点与影响 • 恒星演化过程与宇宙结构探索 • 天体运动在日常生活中的应用
CHAPTER 01
天体运动基本概念与规律
万有引力定律应用
用于解释天体运动的规律和现象，如 行星绕太阳的运动、卫星绕行星的运 动等。
开普勒三定律内容及意义
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 椭圆的一个焦点上。
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公转周期的 二次方的比值都相等。
ABCD
行星表面温度差异原因
太阳辐射
太阳是行星表面温度差异的主要原因。行星 接收到的太阳辐射能量不同，导致行星表面 温度分布不均。一般来说，行星面向太阳的 一面温度较高，而背向太阳的一面温度较低 。
大气层影响
行星的大气层对表面温度也有重要影响。大 气层中的气体成分和厚度不同，会影响行星 对太阳辐射的吸收和反射，从而导致表面温
CHAPTER 04
行星绕太阳运动特点与影响
行星绕太阳运动轨迹和周期
行星绕太阳运动的轨迹
行星绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳位于椭 圆的一个焦点上。行星在椭圆轨道上运动时 ，离太阳的距离时远时近，但总体上保持稳 定的轨道形状。
高三物理一轮复习万有引力定律天体运动课件
自转和公转共同造成昼夜交替、四季变化。
人造卫星的运动
2
运行轨道有地球同步轨道、静止轨道和低
轨道等。
3
恒星和星系的运动
恒星运动可帮助研究星系的形成和演化， 例如在星团中寿命较短的恒星会逃逸而形 成孤立的恒星。
星座的观测
星座的定义
现代星座是指天球上一些具有特 殊意义的星群。
星座的分类
分88个星座，按照位置可分为北 天区和南天区。
质量大、体积小的天体，具有极强引力，吞噬周围一切物质，包括光线。
2
伽马射线暴
宇宙中最为明亮的爆发事件之一，以极强的伽玛射线爆发为特征。
3
恒星爆发
会产生一些被称为超新星的高能爆发，具有强烈的辐射。
宇宙中的探测
天体探测器
主要用于探测宇宙中的电磁波 辐射，例如限制性三体问题、 掩星等。
无人探测器
可以探索人类难以到达的遥远 星球或行星表面，例如各类宇 宙探测器。
载人探测器
具有人与宇宙之间的直接互动 能力，可进行一系列现场检测 和观测，例如国际空间站。
宇宙中的科学研究
仪器的发展
现代天文学技术已涵盖了广泛领 域，以光学望远镜和射电望远镜 为主。
人类科学的进展
探索未知、提升自我是科学不变 的宗旨，例如黑洞照片首次被拍 摄成功。
宇宙起源的探索
大爆炸是现代宇宙学最为广泛接 受的有关宇宙起源的学说之一。
爱因斯坦引力理论
将引力描述为时空弯曲。
公式和单位
F=Gm1m2/r²，G为引力常量， 单位为牛顿和米。
微观粒子的引力相互作用
1 引力的量子意义
引力是微观物质最基本的相互作用力之一。
2 引力波
马上就能被直接探测到，因为它是爆发性天体时产生的，例如两颗黑洞碰撞会产生引力 波。
高三物理一轮复习 万有引力定律天体运动课件
2
在赤道上，因某星球自转物体做匀速圆 周运动，某星球对物体的万有引力和弹簧秤对 物体的拉力的合力提供向心力，根据牛顿第二 2 定律有： M m 4π
G
由以上两式解得某星球的质量为：M
R
2
0 .9 P m R
T
2
40 π R GT
2
2
3
根据数学知识可知某星球的体积为：V
解析：由v =
GM R
可知，甲的速率大，甲碎片的轨道 R
3
半 径 小 ， 故 B 错 ； 由 公 式 T = 2p
可知甲的周期小，
GM 故 A错 ； 由 于 未 知 两 碎 片 的 质 量 ， 无 法 判 断 向 心 力 的 大 小，故C错；碎片的加速度是指向心加速度，由 得 GM R
2
GMm R
A ． T = 2p R
3
B ． T = 2p
3
2R
3
GM C ． T = 2p 3R D． T = p
GM R
3
GM
GM
解析：万有引力提供向心力，根据万有引力定律和 牛顿第二定律G r
3
Mm r
2
= mr
4p T
2
2
解 得 T = 2p
， 所 以 正 确 选 项 为 A.
GM
2.万有引力与重力 某星球可视为球体，其自转周期为T，在它 的两极处，用弹簧秤测得某物体重为P，在 它的赤道上，用弹簧秤测得同一物体重为 0.9P，某星球的平均密度是多少? 设被测物体的质量为m，某星球的质 量为M，半径为R;在两极处时物体的重力等 于地球对物体的万有引力，即：
当c加速时，c受到的万有引力F<mv2/r，故 它将偏离原轨道做离心运动；当b减速时，b 受到的万有引力F>mv2/r，故它将偏离原轨 道做向心运动.所以无论如何c也追不上b，b 也等不到c，故C选项错. 对a卫星，当它的轨道半径缓慢减小时，在 转动一段较短时间内，可近似认为它的轨道 半径未变，视为稳定运行，由 知 ，r减小时v逐渐增大，故D选项 正确. v G M / r
高中物理基础知识复习——天体运动
(1)由 可得
GM 黑 m L2
m
v2 L
M黑 3.6 1035 kg
(2)
v逃 c
2GM黑 R
Rmax
2GM 黑 C2
2 6.67 1011 3.6 1035 9 1016
5.3 108 m
估算空间太阳能电站一昼夜间由于被地球遮挡而不能 发电的最长时间．取地球本影长为地球半径的216倍， 同步轨道高度为地球半径的5.5倍．
之四：
由
GMm L2
m
2
T
2
M M m
L
T 2
L3
GM m
之五：双星系统动量守恒
am M aM m
GM m R2
m
2
T
2
R
G 4
3
R3
4 2
R
R2
T2
3
GT 2
如图所示为地球绕太阳运行示意图，图中椭圆表示地球公转轨道，Ch、Q、 X、D分别表示中国农历节气中的春分、秋分、夏至、冬至时地球所在的位 置．试说明，一年之内秋冬两季比春夏两季要少几天的原因．
物质的影响，试根据这一模型和上述观察结果确定该星系间这种暗物质的密度．
F星
M
M
F暗
L
(1)
由GM 2 L2
M
2
T
2
L 2
T 2 L3
2GM
G
M2 L2
G
M
4 3
L 2
3
L 2
M
2
T
2
N
2
L 2
N
1
3M
2 L3
天文学家根据观察宣布了下列研究成果，银河系中可能存在一个大“黑洞”， 距黑洞60亿千米的星体以2000km/s的速度绕其旋转，接近“黑洞”的所有物质 即使速度等于光速也被“黑洞”吸入，试计算“黑洞”的质量和最大半径．
天体运动专题复习ppt课件
不考虑天体自转，对在任何天体表面的物体都可以近似认
为mg＝
，从而得出GM＝gR2
(通常称为黄金代换式)
其中M为该天体的质量，R为该天体的半径，g为相应天体表
面的重力加速度．
7
• 一：计算天体的质量和密度
• 例题1：天宫一号于2011年9月29日成功发射，它 将和随后发射的神州飞船在空间完成交会对接， 实现中国载人航天工程的一个新的跨越。天宫一 号进入运行轨道后，其运行周期为T，距地面的 高度为h，已知地球半径为R，万有引力常量为G。 若将天宫一号的运行轨道看做圆轨道，求：
专题复习：天体运动
1
基础知识梳理
（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＝_G__m_r_1m2__2__， 引力常量：G＝6.67×10－11 N·m2/kg2
（已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km） 法二：重力提供物体作圆周运动的向心力
15
２、第二宇宙速度（脱离速度）
v2=11.2 km/s
• 这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人 造行星的最小发射速度．
3、第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7 km/s
• 这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速 度．
• A．“北斗一号”系统中的三颗卫星的质量必 须相同
• B．GPS的卫星比“北斗一号”的卫星周期短
• C．GPS的卫星比“北斗一号”的卫星的加速
度大
20
．（2009年北京卷）22.（16分）已知地 球半径为R，地球表面重力加速度为g， 不考虑地球自转的影响。
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专题八—天体运动 知识点总结一 开普勒三定律的理解和应用1．行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理．2．开普勒行星运动定律也适用于其他天体，例如月球、卫星绕地球的运动．3．开普勒第三定律a 3T2＝k 中，k 值只与中心天体的质量有关，不同的中心天体k 值不同．但该定律只能用在同一中心天体的两星体之间． 二 万有引力定律的理解 1．万有引力与重力的关系地球对物体的万有引力F 表现为两个效果：一是重力mg ，二是提供物体随地球自转的向心力F 向．(1)在赤道上：G MmR2＝mg 1＋m ω2R .(2)在两极上：G Mm R2＝mg 0.(3)在一般位置：万有引力G MmR2等于重力mg 与向心力F 向的矢量和．越靠近南、北两极，g 值越大，由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即GMmR2＝mg . 2．星球上空的重力加速度g ′星球上空距离星体中心r ＝R ＋h 处的重力加速度为g ′，mg ′＝GmM (R ＋h )2，得g ′＝GM (R ＋h )2.所以g g ′＝(R ＋h )2R 2.3．万有引力的“两点理解”和“两个推论” (1)两点理解①两物体相互作用的万有引力是一对作用力和反作用力．②地球上的物体(两极除外)受到的重力只是万有引力的一个分力． (2)两个推论①推论1：在匀质球壳的空腔内任意位置处，质点受到球壳的万有引力的合力为零，即∑F 引＝0.②推论2：在匀质球体内部距离球心r 处的质点(m )受到的万有引力等于球体内半径为r 的同心球体(M ′)对其的万有引力，即F ＝G M ′mr 2. 三 天体质量和密度的估算 天体质量和密度常用的估算方法五 1．解决同步卫星问题的“四点”注意(1)基本关系：要抓住G Mm r 2＝ma ＝m v 2r ＝mr ω2＝m 4π2T2r .(2)重要手段：构建物理模型，绘制草图辅助分析．(3)物理规律：①不快不慢：具有特定的运行线速度、角速度和周期．②不高不低：具有特定的位置高度和轨道半径．③不偏不倚：同步卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上，只能静止在赤道上方的特定的点上．(4)重要条件：①地球的公转周期为1年，其自转周期为1天(24小时)，地球半径约为6.4×103 km，地球表面重力加速度g约为9.8 m/s2.②月球的公转周期约27.3天，在一般估算中常取27天．③人造地球卫星的运行半径最小为r＝6.4×103km，运行周期最小为T＝84.8 min，运行速度最大为v＝7.9 km/s.2．两个向心加速度3.两种周期(1)自转周期是天体绕自身某轴线转动一周所需的时间，取决于天体自身转动的快慢．(2)公转周期是运行天体绕中心天体做圆周运动一周所需的时间，T＝2πr3GM，取决于中心天体的质量和运行天体到中心天体的距离．六卫星变轨问题1．变轨原理及过程(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．如图所示．(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.2．变轨过程各物理量分析(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为v A、v B.在A点加速，则v A>v1，在B点加速，则v3>v B，又因v1>v3，故有v A>v1>v3>v B.(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A 点，卫星的加速度都相同，同理，经过B 点加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T 1、T 2、T 3，轨道半径分别为r 1、r 2(半长轴)、r 3，由开普勒第三定律r 3T 2＝k 可知T 1<T 2<T 3.(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E 1、E 2、E 3，则E 1<E 2<E 3. 七 双星模型 1．双星模型(1)定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统，如图所示．(2)特点：①各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供，即Gm 1m 2L 2＝m 1ω12r 1，Gm 1m 2L2＝m 2ω22r 2 ②两颗星的周期及角速度都相同，即T 1＝T 2，ω1＝ω2③两颗星的半径与它们之间的距离关系为：r 1＋r 2＝L④两颗星到圆心的距离r 1、r 2与星体质量成反比，即m 1m 2＝r 2r 1.⑤双星的运动周期T ＝2πL 3G (m 1＋m 2)⑥双星的总质量M 八 天体的追及相遇问题 1．相距最近两卫星的运转方向相同，且位于和中心连线的半径上同侧时，两卫星相距最近，从运动关系上，两卫星运动关系应满足(ωA －ωB )t ＝2n π(n ＝1,2,3，…)． 2．相距最远当两卫星位于和中心连线的半径上两侧时，两卫星相距最远，从运动关系上，两卫星运动关系应满足(ωA －ωB )t ′＝(2n －1)π(n ＝1,2,3…)． 1＋m 2＝4π2L 3T 2G专题练习一、选择题1.1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该 卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2，近地点到地心的距离为r ，地球质量为M ，引力常量为G 。
则A ．121,GM v v v r >= B ．121,GM v v v r >>C ．121,GM vv v r<=D ．121,GM vv v r<>2.(多选)如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P 为近日点，Q 为远日点，M 、N 为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T 0，若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P 经过M 、Q 到N 的运动过程中( )A ．从P 到M 所用的时间等于T 04B ．从Q 到N 阶段，机械能逐渐变大C ．从P 到Q 阶段，速率逐渐变小D ．从M 到N 阶段，万有引力对它先做负功后做正功3.如图所示，一颗卫星绕地球沿椭圆轨道运动，A 、B 是卫星运动的远地点和近地点．下列说法中正确的是( )A．卫星在A点的角速度大于B点的角速度B．卫星在A点的加速度小于B点的加速度C．卫星由A运动到B过程中动能减小，势能增加D．卫星由A运动到B过程中引力做正功，机械能增大4.我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描述F随h变化关系的图像是5.为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍．P与Q的周期之比约为( )A．2∶1 B．4∶1C．8∶1 D．16∶16.我国500 m 口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T ＝5.19 ms.假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为6.67×10－11 N ·m 2/kg 2.以周期T 稳定自转的星体的密度最小值约为( ) A ．5×109 kg/m 3 B ．5×1012 kg/m 3 C ．5×1015 kg/m 3D ．5×1018 kg/m 37.已知人造航天器在月球表面上空绕月球做匀速圆周运动，经过时间t (t 小于航天器的绕行周期)，航天器运动的弧长为s ，航天器与月球的中心连线扫过角度为θ，万有引力常量为G ，则( ) A ．航天器的轨道半径为θsB ．航天器的环绕周期为2πt θC ．月球的质量为s 3Gt 2θD ．月球的密度为3θ24Gt28.金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a 金、a 地、a 火，它们沿轨道运行的速率分别为v 金、v 地、v 火。
已知它们的轨道半径R 金<R 地<R 火，由此可以判定A ．a 金>a 地>a 火B ．a 火>a 地>a 金C ．v 地>v 火>v 金D ．v 火>v 地>v 金9.据报道，2020年前我国将发射8颗海洋系列卫星，包括2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星(这4颗卫星均绕地球做匀速圆周运动)，以加强对黄岩岛、钓鱼岛及西沙群岛全部岛屿附近海域的监测．设海陆雷达卫星的轨道半径是海洋动力环境卫星的n倍，下列说法正确的是( )A．在相同时间内，海陆雷达卫星到地心的连线扫过的面积与海洋动力环境卫星到地心的连线扫过的面积相等B．海陆雷达卫星做匀速圆周运动的半径的三次方与周期的平方之比等于海洋动力环境卫星做匀速圆周运动的半径的三次方与周期的平方之比C．海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星角速度之比为32n∶1D．海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星周期之比为1∶3 2 n10.有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，b在地面附近近地轨道上正常运行，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则下列关于卫星的说法中正确的是( )A．a的向心加速度等于重力加速度g B．c在4 h内转过的圆心角为π6C．b在相同的时间内转过的弧长最长D．d的运动周期可能是23 h 11.如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，a和b的轨道半径相同，且均为c的k倍，已知地球自转周期为T.则( )A．卫星b也是地球同步卫星B．卫星a的向心加速度是卫星c的向心加速度的k2倍C．卫星c的周期为1 k3 TD．a、b、c三颗卫星的运行速度大小关系为v a＝v b＝kv c12.（多选）如图，虚线I、Ⅱ、Ⅲ分别表示地球卫星的三条轨道，其中轨道I为与第一宇宙速度7.9 km/s对应的近地环绕圆轨道，轨道Ⅱ为椭圆轨道，轨道Ⅲ为与第二宇宙速度11.2 km/s对应的脱离轨道，a、b、c三点分别位于三条轨道上，b点为轨道Ⅱ的远地点，b、c点与地心的距离均为轨道I半径的2倍，则A．卫星在轨道Ⅱ的运行周期为轨道I的2倍B．卫星经过a点的速率为经过b2C．卫星在a点的加速度大小为在c点的4倍D．质量相同的卫星在b点的机械能小于在c点的机械能13.（多选）登陆火星需经历如图所示的变轨过程，已知引力常量为G，则下列说法正确的是( )A．飞船在轨道上运动时，运行的周期TⅢ> TⅡ> TⅠB．飞船在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能C．飞船在P点从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ，需要在P点朝速度方向喷气D．若轨道Ⅰ贴近火星表面，已知飞船在轨道Ⅰ上运动的角速度，可以推知火星的密度14.(多选)人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波．根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈．将两颗中子星都看做是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星( )A．质量之积B．质量之和C．速率之和D．各自的自转角速度15.(多选)如图为某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动的示意图，若A星的轨道半径大于B星的轨道半径，双星的总质量M，双星间的距离为L，其运动周期为T，则( )A．A的质量一定大于B的质量B．A的线速度一定大于B的线速度C．L一定，M越大，T越大 D．M一定，L越大，T越大16.(多选)如图，三个质点a、b、c的质量分别为m1、m2、M(M远大于m1及m2)，在万有引力作用下，a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为r a∶r b＝1∶4，则下列说法中正确的有( )A．a、b运动的周期之比为T a∶T b＝1∶8B．a、b运动的周期之比为T a∶T b＝1∶4C．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次D．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次17.当地球位于太阳和木星之间且三者几乎排成一条直线时，称之为“木星冲日”，2016年3月8日出现了一次“木星冲日”．已知木星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳近似做匀速圆周运动，木星到太阳的距离大约是地球到太阳距离的5倍．则下列说法正确的是( )A．下一次的“木星冲日”时间肯定在2020年B．下一次的“木星冲日”时间肯定在2020年C．木星运行的加速度比地球的大D．木星运行的周期比地球的小参考答案一、选择题 BCD(BD)CC(BC)ABCC(CD)(ACD)(BC)(BD)(AD)B。