新课标2023版高考物理一轮总复习第四章曲线运动万有引力与航天第4讲.pptxVIP

新课标2023版高考物理一轮总复习第四章曲线运动万有引力与航天第4讲

曲线运动基本概念与分类

万有引力定律及其推导过程

航天器轨道问题探讨

曲线运动中能量转化问题

实验：验证万有引力定律

复习策略与备考建议

contents

目

录

01

曲线运动基本概念与分类

曲线运动是物体运动轨迹为曲线的运动。

定义

特点

受力特点

速度方向时刻改变，加速度大小和方向可能改变也可能不变。

合外力方向与速度方向不在同一直线上。

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匀速圆周运动

物体沿着圆周运动，且线速度大小处处相等。

非匀速圆周运动

物体沿着圆周运动，但线速度大小或方向发生变化。

向心力和向心加速度

匀速圆周运动的物体所受合力指向圆心，称为向心力；向心加速度描述速度方向变化的快慢。

抛体运动

斜抛运动

平抛运动

其他曲线运动形式

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物体以一定的初速度抛出后，在只受重力作用下的运动。

初速度与水平方向成一定角度的抛体运动。

初速度沿水平方向的抛体运动。

如螺旋式曲线运动、波浪式曲线运动等。

汽车在水平路面上转弯时，静摩擦力提供向心力，保证汽车顺利转弯。

汽车转弯

投掷项目中的铅球、标枪等运动轨迹均为曲线，需要通过合理的出手角度和速度来获得理想的运动成绩。

投掷运动

人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，保证卫星不会掉落到地面。

卫星绕地球运动

过山车在轨道上运行时，其运动轨迹为复杂的曲线，需要通过精确的设计和控制来保证乘客的安全和舒适感。

过山车运动

02

万有引力定律及其推导过程

任何两个物体之间都存在引力，且这个引力与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。

公式表示为：F=G(m1m2/r²)，其中F为两物体之间的引力，m1和m2分别为两物体的质量，r为两物体之间的距离，G为万有引力常数。

根据开普勒第三定律和牛顿第三定律进行推导。

通过假设两物体之间的引力与它们质量的乘积成正比、与它们距离的平方成反比，再结合牛顿第二定律，可以推导出万有引力定律的数学表达式。

此外，万有引力定律只适用于弱引力场中的情况，对于强引力场（如黑洞附近），需要使用广义相对论进行描述。

万有引力定律适用于任何两个物体之间的引力计算，无论这两个物体是点质量还是具有一定形状的物体。

在应用万有引力定律时，需要注意物体之间的距离r应取两物体质心之间的距离，且当两物体之间的距离远大于物体本身的大小时，可将物体视为质点进行处理。

万有引力定律的实验验证主要包括卡文迪许扭秤实验和月球激光测距实验等。这些实验都证明了万有引力定律的正确性。

万有引力定律的提出具有重要的历史背景。在牛顿之前，开普勒等人已经发现了行星运动的三大定律，但无法解释其原因。牛顿在深入研究后提出了万有引力定律，成功解释了行星运动的原因，并为后来的天文学和宇宙学研究奠定了基础。

03

航天器轨道问题探讨

地球同步卫星轨道为圆形，且位于地球赤道平面上方。

卫星运行周期与地球自转周期相同，即24小时，因此卫星相对于地球表面是静止的。

同步卫星距离地球的高度固定，约为36000km，速度大小和方向也固定。

行星绕太阳运动遵循开普勒三定律，即轨道定律、面积定律和周期定律。

不同行星的轨道半长轴、偏心率、周期等参数各不相同，反映了太阳系行星运动的多样性。

行星轨道形状为椭圆，太阳位于其中一个焦点上。

航天器变轨是指航天器从一种轨道转移到另一种轨道的过程。

变轨过程中，航天器需要进行加速或减速，以改变其速度大小和方向，从而实现轨道转移。

常见的变轨方式包括霍曼转移轨道、双椭圆转移轨道等，这些轨道的设计需要考虑航天器的能源消耗、转移时间等因素。

火箭发射是航天器进入轨道的重要步骤，需要考虑发射时间、发射角度、推力大小等因素。

空间站建设需要考虑轨道选择、模块对接、人员轮换等问题，其中轨道选择需要确保空间站能够长期稳定运行且易于访问。

在火箭发射和空间站建设过程中，航天器轨道问题的探讨具有重要的指导意义，有助于提高任务的可靠性和经济性。

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曲线运动中能量转化问题

动能是物体由于运动而具有的能量，与质量和速度平方成正比；势能是物体由于位置或形态而具有的能量，如重力势能和弹性势能等。

动能与势能定义及关系

在曲线运动中，物体的速度和高度可能同时发生变化，导致动能和势能之间相互转化。例如，在竖直平面内的圆周运动中，物体在上升过程中动能减小、势能增加，下降过程中动能增加、势能减小。

曲线运动中动能与势能转化

能量守恒定律表述

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。

曲线运动中的能量守恒

在曲线运动中，虽然动能和势能可能发生变化，但它们的总和（即机械能）保持不变。这一原理可应用于解决各种曲线运动问题，如抛