《高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题一力与运动第四讲万有引力定律及其应用学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题一力与运动第四讲万有引力定律及其应用学案（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四讲万有引力定律及其应用 知识建构高考调研1.天体运动仍是考查热点常考点有：卫星的变轨、对接；天体相距最近或最远问题；随地、绕地问题；卫星运动过程中的动力学问题、能量问题(如2017年全国卷24T和全国卷19T)，包括加速度(向心加速度、重力加速度)、线速度、周期的比较等解决这些问题的总体思路是熟悉两个模型：随地、绕地变轨抓住两种观点分析，即动力学观点、能量观点注意匀速圆周运动知识的应用2.常用的思想方法：“割补法”求万有引力大小天体质量和密度的计算方法变轨问题的处理方法“多星”问题的处理方法.答案(1)(2)(3)三种宇宙速度(4)同步卫星的“七个一定”特点轨道平面一定：轨道平面与赤道平面
2、共面周期一定：与地球自转周期相同，即T24 h.角速度一定：与地球自转的角速度相同，即7.3105 rad/s.高度一定：由Gm(Rh)得地球同步卫星离地面的高度h R3.6107 m.速率一定：v 3.1103 m/s.向心加速度一定：由Gma，得agh0.23 m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致.考向一天体质量与密度的计算归纳提炼天体质量及密度的估算方法熟练强化1(2017北京卷)利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是()A地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)B人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C月
3、球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离解析由于不考虑地球自转，则在地球表面附近，有Gm0g，故可得M，A项错误；由万有引力提供人造卫星的向心力，有Gm1，v，联立得M，B项错误；由万有引力提供月球绕地球运动的向心力，有Gm22r，故可得M，C项错误；同理，根据地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离，不可求出地球的质量，D项正确答案D2(2017河北六校联考)某行星的同步卫星下方的行星表面上有一观察者，行星的自转周期为T，他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，发现日落的时间内有的时间看不见此卫星，不考虑大气对光的折射，则该行星的密度
4、为()A. B. C. D.解析设行星质量为M，半径为R，密度为，卫星质量为m，如图所示，发现日落的时间内有的时间看不见同步卫星，则60，故60，r2R，根据Gm22R，MR3，解得.答案A(1)利用万有引力提供天体圆周运动的向心力估算天体质量，估算的是中心天体的质量而非环绕天体的质量.(2)区别两个半径(轨道半径与天体半径)，轨道半径与天体半径的关系为rRh，只有在天体表面附近的卫星，才有Rh，rR.(h指卫星到天体表面高度考向二人造卫星归纳提炼1必须掌握的四个关系越高越慢2必须牢记同步卫星的两个特点(1)同步卫星绕地心做匀速圆周运动的周期等于地球的自转周期(2)所有同步卫星都在赤道上空相同
5、的高度上(2017全国卷)2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的()A周期变大 B速率变大C动能变大 D向心加速度变大解析组合体比天宫二号质量大，轨道半径R不变，根据m，可得v，可知与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的速率不变，B项错误；又T，则周期T不变，A项错误；质量变大、速率不变，动能变大，C项正确；向心加速度a，不变，D项错误答案C求解本题时，若对天体运动规律掌握不熟悉，加之考试紧张，题目情景分析不明，可能会误以为是较复杂的行星轨道变化问题，
6、错把简单问题复杂化，耗时而费力.高考复习时，应仔细分析天体运动特点，正确画出情景图，切忌搞题海战术，分不清情景乱套公式，同时也要关注社会科技新动向. 熟练强化1(多选)(2017河北保定一模)O为地球球心，半径为R的圆为地球赤道，地球自转方向如图所示，自转周期为T，观察站A有一观测员在持续观察某卫星B.某时刻观测员恰能观察到卫星B从地平线的东边落下，经的时间，再次观察到卫星B从地平线的西边升起已知BOB，地球质量为M，引力常量为G，则()A卫星B绕地球运动的周期为B卫星B绕地球运动的周期为C卫星B离地表的高度为 RD卫星B离地表的高度为 R解析当地球上A处的观测员随地球转动半个周期时，卫星转过
7、的角度应为2，所以T卫，解得T卫，A错，B对卫星绕地球转动过程中万有引力充当向心力，Gm卫2r卫，得r卫 ，则卫星距地表的高度hr卫R R，C错，D对答案BD2(多选)(2017广东华南三校联考)石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料，它的发现使“太空电梯”的制造成为可能，人类将有望通过“太空电梯”进入太空设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯，电梯顶端可超过地球的同步卫星A的高度延伸到太空深处，这种所谓的太空电梯可用于降低成本发射绕地人造卫星如图所示，假设某物体B乘坐太空电梯到达了图示的位置并停在此处，与同高度运行的卫星C相比较()AB的线速度大于C的线速度BB的线速度小于C
8、的线速度C若B突然脱离电梯，B将做离心运动D若B突然脱离电梯，B将做近心运动解析A和C两卫星相比，CA，而BA，则CB，又据vr，rCrB，得vCvB，故B项正确，A项错误对C星有GmCrC，又CB，对B星有GmBrB，若B突然脱离电梯，B将做近心运动，D项正确，C项错误答案BD3.(多选)(2017江西七校联考)卫星A、B的运行方向相同，其中B为近地卫星，某时刻，两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，已知地球半径为R，卫星A离地心O的距离是卫星B离地心的距离的4倍，地球表面重力加速度为g，则()A卫星A、B的运行周期的比值为B卫星A、B的运行线速度大小的比值为C卫星A、B的运行加速度的比
9、值为D卫星A、B至少经过时间t，两者再次相距最近解析本题以卫星的运行考查运行参量的比较，求解方法仍是抓住主、副两条线索由地球对卫星的引力提供向心力Gmr知T2 ，而rA4rB，所以卫星A、B的运行周期的比值为，A项错误；同理，由Gm得v ，所以卫星A、B的运行线速度大小的比值为，B项正确；由Gma得a，所以卫星A、B的运行加速度的比值为，C项错误；由T2 及地球表面引力等于重力大小Gmg知T2 ，由于B为近地卫星，所以TB2 ，当卫星A、B再次相距最近时，卫星B比卫星A多运行了一周，即t2，联立可得t ，D项正确答案BD天体相遇问题的解法如图，当两运行天体A、B的轨道平面在同一平面内时，若运行
10、方向相同，则内侧天体B比A每多运行一圈时相遇一次，在t时间内相遇的次数nt.若运行方向相反时，则A、B每转过的圆心角之和等于2时发生一次相遇，在t时间内相遇的次数为：n.考向三卫星的变轨问题归纳提炼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上(2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供在轨道上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道.(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道.2部分物理量的定性分析(1)速度：设卫星在圆轨道和上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道上过A点和B点速率分别为vA、vB.在A点加速，则vAv1，在B点加速，则v3
11、vB，又因v1v3，故有vAv1v3vB.(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道还是轨道上经过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、轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律k，可知T1T2T3.(多选)如图所示是我国发射的“嫦娥三号”卫星被月球俘获的示意图，“嫦娥三号”卫星先绕月球沿椭圆轨道运动，在P点经两次制动后最终沿月球表面的圆轨道做匀速圆周运动，已知圆轨道半径为r，椭圆的半长轴为4r，卫星沿圆轨道运行的周期为T，则下列说法中正确的是()A“嫦娥三号”卫星在轨道上运行的机械能
12、大于在轨道上运行的机械能B“嫦娥三号”卫星在轨道上运行时，在M点的速度大小大于在P点的速度大小C“嫦娥三号”卫星在三个轨道上运行时，在P点的加速度总是相同的D“嫦娥三号”卫星在轨道上运行时，从M点运动到P点经历的时间为4T思路路线解析因“嫦娥三号”卫星从轨道变轨到轨道上运行时，必须在P点进行减速，即在轨道上运行的机械能小于在轨道上运行的机械能，A项错误；由开普勒行星运动第二定律知“嫦娥三号”卫星在近月点速度大，即“嫦娥三号”卫星在轨道上运行时，在M点的速度大小小于在P点的速度大小，B项错误；由Gma知卫星离中心天体高度相同时，运行的加速度相同，C项正确；令“嫦娥三号”卫星从M点运动到P点经历的
13、时间为t，则由开普勒行星运动第三定律得，即t4T，D项正确答案CD变轨过程中能量分析的常见误区(1)变轨前后，卫星机械能不守恒卫星的发射和回收都是利用以上原理通过多次变轨实现的由于变轨时卫星需要借助“点火”实现加速或减速，变轨前后的机械能不守恒，有其他形式的能量参与转化(2)同一轨道上自主运行时仅受万有引力作用，机械能守恒这一结论对圆形或椭圆形轨道均成立熟练强化迁移一卫星的交会对接问题1“天宫一号”目标飞行器与“神舟十号”飞船自动交会对接前的示意图如图所示，圆形轨道为“天宫一号”运行轨道，圆形轨道为“神舟十号”运行轨道此后“神舟十号”要进行多次变轨，才能实现与“天宫一号”的交会对接，则()A“
14、天宫一号”的运行速率大于“神舟十号”在轨道上的运行速率B“神舟十号”变轨后比变轨前高度增加，机械能减少C“神舟十号”可以通过减速而使轨道半径变大D“天宫一号”和“神舟十号”对接瞬间的向心加速度大小相等解析做圆周运动的天体，线速度大小v ，因此轨道半径较大的“天宫一号”速率较小，A项错误；“神舟十号”由低轨道到高轨道运动需要消耗火箭燃料加速，由功能关系可知在高轨道上飞船机械能更大，B项错误；飞船在圆周轨道上减速时，万有引力大于所需要的向心力，飞船做近心运动，轨道半径减小，C项错误；在对接瞬间，“神舟十号”与“天宫一号”所受万有引力提供向心力，向心加速度相等，D项正确答案D迁移二较高轨道向较低轨道变轨2(2017株洲模拟)如右图所示，“嫦娥”三号探测器发射到月球上要经过多次变轨，最终降落到月球表面上，其中轨道为圆形，轨道为椭圆下列说法正确的是()A探测器在轨道的运行周期大于在轨道的运行周期B探测器在轨道经过P点时的加速度小于在轨道经过P点时的加速度C探测器在轨道运行时的加速度大于月球表面的重力加速度
