高考物理復(fù)習(xí)考點(diǎn)考法第5章萬(wàn)有引力與航天市賽課公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省名師獲獎(jiǎng)?wù)n件

第5章萬(wàn)有引力與航天考點(diǎn)13人造衛(wèi)星宇宙速度考點(diǎn)14衛(wèi)星變軌與對(duì)接問(wèn)題考點(diǎn)12萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用1/62考點(diǎn)12萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用必備知識(shí)全方面把握關(guān)鍵方法重點(diǎn)突破考法1重力加速度相關(guān)問(wèn)題考法2天體質(zhì)量、密度估算考法3力學(xué)知識(shí)與萬(wàn)有引力定律綜合應(yīng)用考法例析成就能力題型1對(duì)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律認(rèn)識(shí)題型2兩物體間萬(wàn)有引力計(jì)算題型3天體表面重力加速度計(jì)算題型4相關(guān)天體質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)周期、軌道半徑等分析題型5雙星問(wèn)題2/62必備知識(shí)全方面把握1．開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律第一定律(軌道定律)：全部行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌道都是橢圓，太陽(yáng)處于全部橢圓一個(gè)焦點(diǎn)上．第二定律(面積定律)：對(duì)每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)與行星連線(xiàn)在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等面積．第三定律(周期定律)：全部行星軌道半長(zhǎng)軸三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方比值都相等．以T1、T2表示兩行星公轉(zhuǎn)周期，R1、R2表示兩行星橢圓軌道半長(zhǎng)軸，則周期定律表示為3/622．萬(wàn)有引力定律(1)內(nèi)容：(2)適用條件：4/623．萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用5/624．宇宙中雙星系統(tǒng)(1)雙星系統(tǒng)①在宇宙中有這么一些特殊現(xiàn)象，兩顆靠得很近天體，它們繞其連線(xiàn)上某點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，我們把這么兩顆星稱(chēng)為雙星系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)雙星．其特點(diǎn)是這兩顆星運(yùn)動(dòng)周期和角速度相等，這兩顆星各自以一定速度繞某一中心轉(zhuǎn)動(dòng)，才不至于因萬(wàn)有引力作用而吸在一起．已知在某一雙星系統(tǒng)中，如圖所表示，兩顆星質(zhì)量分別為m1、m2，m1＞m2，且各自軌道半徑為r1、r2，相距為L(zhǎng).在雙星系統(tǒng)中，兩顆星運(yùn)動(dòng)周期和角速度都相等，依據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力對(duì)兩顆星分別列方程式為：聯(lián)立兩式得m1r1＝m2r2；又因?yàn)関＝rω，兩顆星角速度相同，所以?xún)深w星線(xiàn)速度之比等于旋轉(zhuǎn)軌道半徑之比，即v1∶v2＝r1∶r2＝m2∶m1.6/62②雙星系統(tǒng)規(guī)律總結(jié)a．兩顆星都在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．b．兩顆星向心力大小相同，是由兩星之間萬(wàn)有引力提供．c．兩顆星角速度相同，旋轉(zhuǎn)周期相同，線(xiàn)速度之比等于旋轉(zhuǎn)軌道半徑之比．d．兩顆星繞共同中心轉(zhuǎn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)總是位于旋轉(zhuǎn)中心兩側(cè)，且三者在一條直線(xiàn)上．e．旋轉(zhuǎn)中心距離質(zhì)量較大星較近，r1∶r2＝m2∶m1.說(shuō)明：宇宙空間大量存在這么雙星系統(tǒng)．地月系統(tǒng)也能夠看成一個(gè)雙星系統(tǒng)，只不過(guò)，旋轉(zhuǎn)中心沒(méi)有出地殼而已，在不是很準(zhǔn)確計(jì)算中，能夠認(rèn)為月球繞著地球中心旋轉(zhuǎn)．7/62(2)多星系統(tǒng)①三星問(wèn)題②四星問(wèn)題考點(diǎn)128/62關(guān)鍵方法重點(diǎn)突破考法1重力加速度相關(guān)問(wèn)題[課標(biāo)全國(guó)·21，6分]假設(shè)地球是二分之一徑為R、質(zhì)量分布均勻球體，一礦井深度為d.已知質(zhì)量分布均勻球殼對(duì)殼內(nèi)物體引力為零．礦井底部和地面處重力加速度大小之比為()例19/62【解析】【答案】A例110/62考法2天體質(zhì)量、密度估算[課標(biāo)全國(guó)Ⅱ·18，6分]假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布球體．已知地球表面重力加速度在兩極大小為g0，在赤道大小為g；地球自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，引力常量為G.地球密度為()例211/62【解析】【答案】B例212/62考法3力學(xué)知識(shí)與萬(wàn)有引力定律綜合應(yīng)用[課標(biāo)全國(guó)Ⅰ·21，6分](多項(xiàng)選擇)我國(guó)發(fā)射“嫦娥三號(hào)”登月探測(cè)器靠近月球后，先在月球表面附近近似圓軌道上繞月運(yùn)行；然后經(jīng)過(guò)一系列過(guò)程，在離月面4m高處做一次懸停(可認(rèn)為是相對(duì)于月球靜止)；最終關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，探測(cè)器自由下落．已知探測(cè)器質(zhì)量約為1.3×103kg，地球質(zhì)量約為月球81倍，地球半徑約為月球3.7倍，地球表面重力加速度大小約為9.8m/s2.則此探測(cè)器()A．在著陸前瞬間，速度大小約為8.9m/sB．懸停時(shí)受到反沖作用力約為2×103NC．從離開(kāi)近月圓軌道到著陸這段時(shí)間內(nèi)，機(jī)械能守恒D．在近月圓軌道上運(yùn)行線(xiàn)速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行線(xiàn)速度例313/62【解析】【答案】BD例3考點(diǎn)1214/62考法例析成就能力題型1對(duì)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律認(rèn)識(shí)[課標(biāo)全國(guó)Ⅲ·14，6分]關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以下說(shuō)法符合史實(shí)是()A．開(kāi)普勒在牛頓定律基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．開(kāi)普勒在天文觀(guān)察數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律C．開(kāi)普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動(dòng)原因D．開(kāi)普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，發(fā)覺(jué)了萬(wàn)有引力定律例115/62【解析】開(kāi)普勒在第谷天文觀(guān)察數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但沒(méi)有找出行星按照這些規(guī)律運(yùn)動(dòng)原因，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；牛頓發(fā)覺(jué)了萬(wàn)有引力定律，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】B例116/62題型2兩物體間萬(wàn)有引力計(jì)算例217/62【解析】【答案】例218/62題型3天體表面重力加速度計(jì)算[重慶理綜·2，6分]宇航員王亞平在“天宮一號(hào)”飛船內(nèi)進(jìn)行了我國(guó)首次太空講課，演示了一些完全失重狀態(tài)下物理現(xiàn)象．若飛船質(zhì)量為m，距地面高度為h，地球質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G，則飛船所在處重力加速度大小為()例319/62【解析】【答案】B例320/62題型4相關(guān)天體質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)周期、軌道半徑等分析[北京理綜·17，6分]利用引力常量G和以下某一組數(shù)據(jù)，不能計(jì)算出地球質(zhì)量是()A．地球半徑及重力加速度(不考慮地球自轉(zhuǎn))B．人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)速度及周期C．月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)周期及月球與地球間距離D．地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)周期及地球與太陽(yáng)間距離例421/62【解析】【答案】D例422/62[天津理綜·8，6分](多項(xiàng)選擇)P1、P2為相距遙遠(yuǎn)兩顆行星，距各自表面相同高度處有一顆衛(wèi)星s1、s2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．圖中縱坐標(biāo)表示行星對(duì)周?chē)臻g各處物體引力產(chǎn)生加速度a，橫坐標(biāo)表示物體到行星中心距離r平方，兩條曲線(xiàn)分別表示P1、P2周?chē)鷄與r2反比關(guān)系，它們左端點(diǎn)橫坐標(biāo)相同．則()A．P1平均密度比P2大B．P1“第一宇宙速度”比P2小C．s1向心加速度比s2大D．s1公轉(zhuǎn)周期比s2大例523/62【解析】【答案】AC例524/62題型5雙星問(wèn)題神奇黑洞是近代引力理論所預(yù)言一個(gè)特殊天體，探尋黑洞方案之一是觀(guān)察雙星系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律．天文學(xué)家觀(guān)察河外星系大麥哲倫星云時(shí)，發(fā)覺(jué)了LMCX－3雙星系統(tǒng)．它由可見(jiàn)星A和不可見(jiàn)暗星B組成，將兩星視為質(zhì)點(diǎn)，不考慮其它天體影響，A、B圍繞二者連線(xiàn)上O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們之間距離保持不變，如圖所表示．引力常量為G，由觀(guān)察能夠得到可見(jiàn)星A速率v和運(yùn)行周期T.(1)可見(jiàn)星A所受暗星B引力FA可等效為位于O點(diǎn)處質(zhì)量為m′星體(視為質(zhì)點(diǎn))對(duì)它引力，設(shè)A和B質(zhì)量分別為m1、m2.試求m′(用m1、m2表示)；(2)求暗星B質(zhì)量m2與可見(jiàn)星A速率v、運(yùn)行周期T和質(zhì)量m1之間關(guān)系式；(3)恒星演化到末期，假如其質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量ms2倍，它將有可能成為黑洞，若可見(jiàn)星A速率v＝2.7×105

m/s，運(yùn)行周期T＝4.7π×104s，質(zhì)量m1＝6ms，試經(jīng)過(guò)估算來(lái)判斷暗星B有可能是黑洞嗎？(G＝6.67×10－11

N·m2/kg2，ms＝2.0×1030

kg)．例625/62【解析】例626/62【答案】第5章27/62考點(diǎn)13人造衛(wèi)星宇宙速度必備知識(shí)全方面把握關(guān)鍵方法重點(diǎn)突破考法4衛(wèi)星運(yùn)行線(xiàn)速度考法5同時(shí)衛(wèi)星和普通衛(wèi)星考法例析成就能力題型6衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律問(wèn)題題型7對(duì)同時(shí)衛(wèi)星考查題型8宇宙速度問(wèn)題題型9綜合性問(wèn)題28/62必備知識(shí)全方面把握1．人造地球衛(wèi)星(1)發(fā)射原理：當(dāng)平拋水平初速度足夠大時(shí)，地球?qū)ξ矬w引力恰等于物體繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)向心力，物體將不再落回地面，而成為一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)衛(wèi)星．衛(wèi)星經(jīng)過(guò)火箭等運(yùn)輸工具發(fā)射，發(fā)射過(guò)程機(jī)械能不停增加，上升到預(yù)定軌道后，將經(jīng)過(guò)變軌等技術(shù)伎倆停留在該軌道上連續(xù)運(yùn)行．29/62(2)運(yùn)行規(guī)律30/622．三種宇宙速度(1)第一宇宙速度(圍繞速度)：使人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須含有發(fā)射速度．v1＝7.9km/s.(2)第二宇宙速度(脫離速度)：使人造衛(wèi)星擺脫地球引力束縛最小發(fā)射速度，v2

＝11.2km/s.(3)第三宇宙速度(逃逸速度)：使人造衛(wèi)星擺脫太陽(yáng)引力束縛，飛到太陽(yáng)系以外宇宙中去時(shí)，所必須含有最小發(fā)射速度，v3＝16.7km/s.31/623．地球同時(shí)衛(wèi)星(1)地球同時(shí)衛(wèi)星五個(gè)定值：(2)關(guān)于同時(shí)衛(wèi)星物理規(guī)律：考點(diǎn)1332/62關(guān)鍵方法重點(diǎn)突破考法4衛(wèi)星運(yùn)行線(xiàn)速度[福建理綜·14，6分]如圖，若兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，a、b到地心O距離分別為r1、r2，線(xiàn)速度大小分別為v1、v2，則()例133/62【解析】【答案】A例134/62考法5同時(shí)衛(wèi)星和普通衛(wèi)星同時(shí)衛(wèi)星是指相對(duì)于地面不動(dòng)人造衛(wèi)星，以下說(shuō)法正確是()A．它能夠在地面上任一點(diǎn)正上方，且離地心距離可按需要選擇不一樣值B．它能夠在地面上任一點(diǎn)正上方，但離地心距離是一定C．它只能在赤道正上方，但離地心距離可按需要選擇不一樣值D．它只能在赤道正上方，且離地心距離是一定例235/62【解析】依據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)知識(shí)，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)物體要想保持相對(duì)靜止，必須有相同速度或角速度．而當(dāng)衛(wèi)星采取圖甲所表示軌道時(shí)，衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向顯著不一樣，它們不可能有相同角速度，所以它們不可能保持相對(duì)靜止，也就不可能稱(chēng)為同時(shí)衛(wèi)星．如圖乙所表示，假設(shè)衛(wèi)星在軌道B上跟地球自轉(zhuǎn)同時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)向心力來(lái)自地球?qū)λ引，F(xiàn)引中除用來(lái)作向心力F1外，還有另一分力F2，F(xiàn)2作用將使衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道靠近赤道．所以只有在赤道上空，同時(shí)衛(wèi)星才能穩(wěn)定運(yùn)行．【答案】D甲乙例2考點(diǎn)1336/62考法例析成就能力題型6衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律問(wèn)題[山東理綜·15，6分]如圖，拉格朗日點(diǎn)L1位于地球和月球連線(xiàn)上，處于該點(diǎn)物體在地球和月球引力共同作用下，可與月球一起以相同周期繞地球運(yùn)動(dòng)．據(jù)此，科學(xué)家構(gòu)想在拉格朗日點(diǎn)L1建立空間站，使其與月球同周期繞地球運(yùn)動(dòng)．以a1、a2分別表示該空間站和月球向心加速度大小，a3表示地球同時(shí)衛(wèi)星向心加速度大?。韵屡袛嗾_是()A．a(chǎn)2＞a3＞a1B．a(chǎn)2＞a1＞a3C．a(chǎn)3＞a1＞a2D．a(chǎn)3＞a2＞a1例137/62【解析】【答案】D例138/62已知地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量81倍，地球半徑大約是月球半徑4倍．不考慮地球、月球自轉(zhuǎn)影響，由以上數(shù)據(jù)可推算出()A．地球平均密度與月球平均密度之比約為9∶8B．地球表面重力加速度與月球表面重力加速度之比約為9∶4C．靠近地球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器周期與靠近月球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器周期之比約為8∶9D．靠近地球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器線(xiàn)速度與靠近月球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器線(xiàn)速度之比約為81∶4例239/62【解析】【答案】C例240/62題型7對(duì)同時(shí)衛(wèi)星考查[四川理綜·3，6分]國(guó)務(wù)院批復(fù)，自年起將4月24日設(shè)置為“中國(guó)航天日”.1970年4月24日我國(guó)首次成功發(fā)射人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)，當(dāng)前依然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射東方紅二號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35786km地球同時(shí)軌道上．設(shè)東方紅一號(hào)在遠(yuǎn)地點(diǎn)加速度為a1，東方紅二號(hào)加速度為a2，固定在地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)加速度為a3，則a1、a2、a3大小關(guān)系為()A．a(chǎn)2＞a1＞a3B．a(chǎn)3＞a2＞a1C．a(chǎn)3＞a1＞a2D．a(chǎn)1＞a2＞a3例341/62【解析】【答案】D例342/62題型8宇宙速度問(wèn)題例443/62【解析】【答案】(1)2.94km(2)4.24×1010光年例444/62題型9綜合性問(wèn)題[課標(biāo)全國(guó)Ⅰ·17，6分]利用三顆位置適當(dāng)?shù)厍蛲瑫r(shí)衛(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無(wú)線(xiàn)電通訊．當(dāng)前，地球同時(shí)衛(wèi)星軌道半徑約為地球半徑6.6倍．假設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期變小，若仍?xún)H用三顆同時(shí)衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，則地球自轉(zhuǎn)周期最小值約為()A．1hB．4hC．8hD．16h例545/62【解析】【答案】B例5第5章46/62考點(diǎn)14衛(wèi)星變軌與對(duì)接問(wèn)題必備知識(shí)全方面把握關(guān)鍵方法重點(diǎn)突破考法6衛(wèi)星變軌問(wèn)題考法7衛(wèi)星變軌中能量問(wèn)題考法例析成就能力題型10衛(wèi)星變軌問(wèn)題處理題型11衛(wèi)星變軌中能量問(wèn)題題型12衛(wèi)星追趕問(wèn)題47/6248/62必備知識(shí)全方面把握1．衛(wèi)星變軌所謂變軌，顧名思義就是改變衛(wèi)星在太空中運(yùn)行軌道，當(dāng)衛(wèi)星是因?yàn)槟撤N原因使運(yùn)動(dòng)所需向心力與所受到地球引力不相等時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)變軌．49/622．衛(wèi)星對(duì)接兩顆人造衛(wèi)星“對(duì)接”實(shí)際上就是兩個(gè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體追趕問(wèn)題，本質(zhì)依然是衛(wèi)星變軌問(wèn)題．要使兩顆人造衛(wèi)星成功“對(duì)接”，必須讓一顆衛(wèi)星在較低軌道上加速，經(jīng)過(guò)速度v增大→所需向心力增大→做離心運(yùn)動(dòng)→軌道半徑r增大→軌道升高，從而完成對(duì)接．50/623．衛(wèi)星變軌中能量問(wèn)題考點(diǎn)1451/62關(guān)鍵方法重點(diǎn)突破考法6衛(wèi)星變軌問(wèn)題[課標(biāo)全國(guó)Ⅰ·20，6分](多項(xiàng)選擇)年6月18日，“神舟九號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器在離地面343km近圓形軌道上成功進(jìn)行了我國(guó)首次載人空間交會(huì)對(duì)接．對(duì)接軌道所處空間存在極其稀薄大氣．以下說(shuō)法正確是()A．為實(shí)現(xiàn)對(duì)接，二者運(yùn)行速度大小都應(yīng)介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間B．如不加干預(yù)，在運(yùn)行一段時(shí)間后，“天宮一號(hào)”動(dòng)能可能會(huì)增加C．如不加干預(yù)，“天宮一號(hào)”軌道高度將遲緩降低D．航天員在“天宮一號(hào)”中處于失重狀態(tài)，說(shuō)明航天員不受地球引力作用例152/62【解析】全部航天器在近圓形軌道上繞地球運(yùn)動(dòng)速度大小均小于第一宇宙速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)接軌道處空間存在稀薄大氣，“天宮一號(hào)”克服空氣阻力做功，機(jī)械能降低，速率減小，萬(wàn)有引力大于做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力，若不加干預(yù)，“天宮一號(hào)”將做近心運(yùn)動(dòng)，使軌道高度遲緩下降，此過(guò)程中萬(wàn)有引力做正功，其動(dòng)能增加，選項(xiàng)B、C正確；因?yàn)槿f(wàn)有引力提供向心力，航天員在“天宮一號(hào)”中處于失重狀態(tài)，但地球?qū)λψ饔萌源嬖冢x項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】BC例153/62考法7衛(wèi)星變軌中能量問(wèn)題[課標(biāo)全國(guó)Ⅱ·20，6分](多項(xiàng)選擇)當(dāng)前，在地球周?chē)性S多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn)轉(zhuǎn)，其中一些衛(wèi)星軌道可近似為圓，且軌道半徑逐步變?。粜l(wèi)星在軌道半徑逐步變小過(guò)程中，只受到地球引力和稀薄氣體阻力作用，則以下判斷正確是()A．衛(wèi)星動(dòng)能逐步減小B．因?yàn)榈厍蛞ψ稣Γ?shì)能一定減小C．因?yàn)闅怏w阻力做負(fù)功，地球引力做正功，機(jī)械能保持不變D．衛(wèi)星克服氣體阻力做功小于引力勢(shì)能減小例254/62【解析】【答案】BD例2考點(diǎn)1455/62考法例析成就能力題型10衛(wèi)星變軌問(wèn)題處理[天津理綜·3，6分]我國(guó)即將發(fā)射“天宮二號(hào)”空間試驗(yàn)室，之后發(fā)射“神舟十一號(hào)”飛船與“天宮二號(hào)”對(duì)接．假設(shè)“天宮二號(hào)”與“神舟十一號(hào)”都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間試驗(yàn)室對(duì)接，以下辦法可行是()A．使飛船與空間試驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后飛船加速追上空間試驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接B．使飛船與空間試驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后空間試驗(yàn)室減速等候飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接C．飛船先在比空間試驗(yàn)室半徑小軌道上加速，加速后飛船逐步靠近空間