(新高考)高考物理一轮复习课件第4章第4讲《万有引力与宇宙航行》(含解析)

曲线运动 万有引力与宇宙航行第四章第4讲 万有引力与宇宙航行主干梳理 对点激活椭圆椭圆 焦点焦点 面积面积 半长轴半长轴 公转周期公转周期 物体的质量物体的质量m1和和m2的乘积的乘积 它们之间距离它们之间距离r的二次方的二次方 质点质点 7.9 地球表面地球表面 发射发射 环绕环绕 地球地球 11.2 太阳太阳 16.7 相同相同 相同相同 不一定不一定 牛顿运动定律牛顿运动定律 宏观宏观 低速低速 光速光速 波动波动 量子力学量子力学 特殊特殊 远小于远小于 相对论物理学相对论物理学 量子力学量子力学 一定条件下一定条件下 一一 堵点疏通堵点疏通1只有天体之间才存在万有引力。只有天体之间才存在万有引力。()2行行星星在在椭椭圆圆轨轨道道上上的的运运行行速速率率是是变变化化的的，离离太太阳阳越越远远，运运行行速速率率越越小。小。()3人造地球卫星绕地球运动，其轨道平面一定过地心。人造地球卫星绕地球运动，其轨道平面一定过地心。()4地球同步卫星一定在赤道的正上方。地球同步卫星一定在赤道的正上方。()5同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。()6发射火星探测器的速度必须大于发射火星探测器的速度必须大于11.2 km/s。()答案答案 解析解析 答案答案 解析解析 3地地球球的的公公转转轨轨道道接接近近圆圆，但但彗彗星星的的运运动动轨轨道道则则是是一一个个非非常常扁扁的的椭椭圆圆。天天文文学学家家哈哈雷雷曾曾经经在在1682年年跟跟踪踪过过一一颗颗彗彗星星，他他算算出出这这颗颗彗彗星星轨轨道道的的半半长长轴轴约约等等于于地地球球公公转转半半径径的的18倍倍(如如图图所所示示)，并并预预言言这这颗颗彗彗星星将将每每隔隔一一定定时时间间就就会会出出现现。哈哈雷雷的的预预言言得得到到证证实实，该该彗彗星星被被命命名名为为哈哈雷雷彗彗星星。哈哈雷雷彗彗星星最最近近出出现现的的时时间间是是1986年年，请请你你根根据据开开普普勒勒第第三三定定律律估估算算，它它下下次次飞飞近近地地球大约将在哪一年？球大约将在哪一年？答案答案 答案答案2026年年 解析解析 4一一个个质质子子由由两两个个u夸夸克克和和一一个个d夸夸克克组组成成。一一个个夸夸克克的的质质量量是是7.11030 kg，求两个夸克相距，求两个夸克相距1.01016 m时的万有引力。时的万有引力。答案答案 解析解析 答案答案3.361037 N 考点细研 悟法培优答案答案 尝试解答尝试解答选选CD。由由开开普普勒勒第第二二定定律律可可知知，相相等等时时间间内内，太太阳阳与与海海王王星星连连线线扫扫过过的的面面积积都都相相等等，A错错误误；由由机机械械能能守守恒恒定定律律知知，从从Q到到N阶阶段段，除除万万有有引引力力做做功功之之外外，没没有有其其他他的的力力对对海海王王星星做做功功，故故机机械械能能守守恒恒，B错错误误；从从P到到Q阶阶段段，万万有有引引力力做做负负功功，动动能能转转化化成成海海王王星星的的势势能能，所所以以动动能能减减小小，速速率率逐逐渐渐变变小小，C正正确确；从从M到到N阶阶段段，万万有有引引力力与与速速度度的的夹夹角角先先是是钝钝角角后后是是锐锐角角，即即万有引力对它先做负功后做正功，万有引力对它先做负功后做正功，D正确。正确。尝试解答尝试解答 绕绕太太阳阳沿沿椭椭圆圆轨轨道道运运行行的的行行星星在在近近日日点点线线速速度度最最大大，越越靠靠近近近近日日点点线线速度越大，线速度大小与行星到太阳的距离成反比。速度越大，线速度大小与行星到太阳的距离成反比。变式变式11(2021安安徽徽省省皖皖西西南南八八校校高高三三上上联联考考)2020年年是是我我国国第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星星“东东方方红红一一号号”卫卫星星成成功功发发射射50周周年年。已已知知该该卫卫星星发发射射后后先先以以近近地地点点M点点所所在在的的圆圆为为轨轨道道做做圆圆周周运运动动，稳稳定定后后再再变变轨轨为为如如图图所所示示的的椭椭圆圆轨轨道道。下下列说法正确的是列说法正确的是()A卫星在圆轨道上运动的周期小于在椭圆轨道上运动的周期卫星在圆轨道上运动的周期小于在椭圆轨道上运动的周期B卫星在椭圆轨道上运动时，在卫星在椭圆轨道上运动时，在M点的线速度小于在点的线速度小于在N点的线速度点的线速度C卫星在变轨为椭圆轨道时需要减速卫星在变轨为椭圆轨道时需要减速D卫卫星星从从M点点运运动动到到N点点的的过过程程中中，地地球球对对卫卫星星的的引引力力做做正正功功，卫卫星星的动能增大的动能增大答案答案 解解析析根根据据开开普普勒勒第第三三定定律律，卫卫星星的的轨轨道道半半长长轴轴越越大大，周周期期越越大大，A正正确确；由由开开普普勒勒第第二二定定律律得得，卫卫星星在在近近地地点点的的速速度度大大于于在在远远地地点点的的速速度度，B错错误误；卫卫星星在在M点点由由圆圆轨轨道道变变为为椭椭圆圆轨轨道道是是离离心心运运动动，需需要要加加速速，C错错误误；卫卫星星从从M点点运运动动到到N点点的的过过程程中中，远远离离地地球球，地地球球对对卫卫星星的的引引力力做做负负功功，卫卫星的动能减小，星的动能减小，D错误。错误。解析解析 变式变式12(2020东东北北三三省省四四市市教教研研联联合合体体高高三三下下模模拟拟)如如图图所所示示，已已知知地地球球半半径径为为R，甲甲、乙乙两两颗颗卫卫星星绕绕地地球球运运动动。卫卫星星甲甲做做匀匀速速圆圆周周运运动动，其其轨轨道道直直径径为为4R，C是是轨轨道道上上任任意意一一点点；卫卫星星乙乙的的轨轨道道是是椭椭圆圆，椭椭圆圆的的长长轴轴长长为为6R，A、B是是轨轨道道的的近近地地点点和和远远地地点点。不不计计卫卫星星间间相相互互作作用用，下下列列说说法法正正确确的的是是()答案答案 A卫星甲在卫星甲在C点的速度一定小于卫星乙在点的速度一定小于卫星乙在B点的速度点的速度B卫星甲的周期大于卫星乙的周期卫星甲的周期大于卫星乙的周期C卫星甲在卫星甲在C点的速度一定小于卫星乙在点的速度一定小于卫星乙在A点的速度点的速度D在在任任意意相相等等的的时时间间内内，卫卫星星甲甲与与地地心心的的连连线线扫扫过过的的面面积积一一定定等等于于卫星乙与地心的连线扫过的面积卫星乙与地心的连线扫过的面积解析解析 解析解析 答案答案 提示：提示：火星自转。火星自转。(2)求火星的密度需要先求哪些物理量？求火星的密度需要先求哪些物理量？提示：提示：火星的质量和半径。火星的质量和半径。尝试解答尝试解答 变变式式21(2017北北京京高高考考)利利用用引引力力常常量量G和和下下列列某某一一组组数数据据，不不能能计算出地球质量的是计算出地球质量的是()A地球的半径及重力加速度地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转不考虑地球自转)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月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离月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地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离答案答案 解析解析 变式变式22(2020湖湖北北省省宜宜昌昌市市高高三三4月月线线上上统统一一调调研研)(多多选选)行行星星各各自自卫卫星星的的轨轨道道可可以以看看作作是是圆圆形形的的。某某同同学学根根据据A行行星星和和B行行星星的的不不同同卫卫星星做做圆圆周周运运动动的的半半径径r与与周周期期T的的观观测测数数据据，作作出出如如图图所所示示的的图图像像，其其中中图图线线a是是根根据据A行行星星的的不不同同卫卫星星的的数数据据作作出出的的，图图线线b是是根根据据B行行星星的的不不同同卫卫星星的的数数据据作作出出的的。已已知知图图线线a的的斜斜率率为为k1，图图线线b的的斜斜率率为为k2，A行行星星半半径径为为B行行星星半半径径的的n倍倍，则则()答案答案 解析解析 3极地卫星和近地卫星极地卫星和近地卫星(1)极极地地卫卫星星运运行行时时每每圈圈都都经经过过南南北北两两极极，由由于于地地球球自自转转，极极地地卫卫星星可可以实现全球覆盖。以实现全球覆盖。(2)近近地地卫卫星星是是在在地地球球表表面面附附近近环环绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的卫卫星星，其其运运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s。(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心。两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心。例例3(2020天天津津高高考考)北北斗斗问问天天，国国之之夙夙愿愿。我我国国北北斗斗三三号号系系统统的的收收官官之之星星是是地地球球静静止止轨轨道道卫卫星星，其其轨轨道道半半径径约约为为地地球球半半径径的的7倍倍。与与近近地地轨轨道道卫卫星相比，地球静止轨道卫星星相比，地球静止轨道卫星()A周期大周期大 B.线速度大线速度大C角速度大角速度大 D.加速度大加速度大答案答案 尝试解答尝试解答 变变式式31(2020安安徽徽省省皖皖江江名名校校联联盟盟高高三三下下第第五五次次联联考考)(多多选选)2019年年9月月12日日，我我国国在在太太原原卫卫星星发发射射中中心心“一一箭箭三三星星”发发射射成成功功。现现假假设设三三颗颗星星a、b、c均均在在赤赤道道平平面面上上绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动，其其中中a、b转转动动方方向向与与地地球球自自转转方方向向相相同同，c转转动动方方向向与与地地球球自自转转方方向向相相反反，a、b、c三三颗颗星星的的周周期期分别为分别为Ta6 h、Tb24 h、Tc12 h，下列说法正确的是，下列说法正确的是()Aa、b每经过每经过6 h相遇一次相遇一次Ba、b每经过每经过8 h相遇一次相遇一次Cb、c每经过每经过8 h相遇一次相遇一次Db、c每经过每经过6 h相遇一次相遇一次答案答案 解析解析 变变式式32(2020湖湖北北省省荆荆门门市市高高三三元元月月调调考考)有有a、b、c、d四四颗颗地地球球卫卫星星：a还还未未发发射射，在在地地球球赤赤道道上上随随地地球球表表面面一一起起转转动动；b在在地地球球的的近近地地圆圆轨轨道道上上正正常常运运行行；c是是地地球球同同步步卫卫星星；d是是高高空空探探测测卫卫星星。各各卫卫星星排排列列位位置如图，则下列说法正确的是置如图，则下列说法正确的是()Aa的向心加速度大于的向心加速度大于b的向心加速度的向心加速度B四颗卫星的速度大小关系是：四颗卫星的速度大小关系是：vavbvcvdC在相同时间内在相同时间内d转过的弧长最长转过的弧长最长Dd的运动周期可能是的运动周期可能是30 h答案答案 解析解析 解析解析 2卫卫星星轨轨道道的的突突变变：由由于于技技术术上上的的需需要要，有有时时要要在在适适当当的的位位置置短短时时间间内内启启动动飞飞行行器器上上的的发发动动机机，使使飞飞行行器器轨轨道道发发生生突突变变，使使其其进进入入预预定定的的轨轨道道。如图所示，发射同步卫星时，可以分多过程完成：如图所示，发射同步卫星时，可以分多过程完成：例例4(多多选选)某某火火星星探探测测器器接接近近火火星星后后，该该探探测测器器需需经经历历如如图图所所示示的的变变轨过程，轨道轨过程，轨道为圆轨道，已知引力常量为为圆轨道，已知引力常量为G，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是()A探测器在轨道探测器在轨道上的机械能大于在轨道上的机械能大于在轨道上的机械能上的机械能B探测器在轨道上运动时，运行的周期探测器在轨道上运动时，运行的周期TTTC探测器若从轨道探测器若从轨道变轨到轨道变轨到轨道，需要在，需要在P点朝速度反向喷气点朝速度反向喷气D若若轨轨道道贴贴近近火火星星表表面面，并并已已知知探探测测器器在在轨轨道道上上运运动动的的角角速速度度，可以推知火星的密度可以推知火星的密度答案答案 (1)探测器怎样才能从轨道探测器怎样才能从轨道变