2022屆高考物理一輪復(fù)習專題4曲線運動萬有引力與航天第4講萬有引力與航天

第4講萬有引力與航天必備知識·深悟固基一、萬有引力定律1．內(nèi)容自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的________成正比，與它們之間距離r的________成反比．乘積二次方二、萬有引力定律的應(yīng)用及三種宇宙速度1．萬有引力定律的基本應(yīng)用(1)基本方法：把天體(或人造衛(wèi)星)的運動看成是勻速圓周運動，其所需向心力由____________提供．萬有引力2．三種宇宙速度宇宙速度數(shù)值/(km·s－1)意義第一宇宙速度(環(huán)繞速度)7.9衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最小發(fā)射速度.若7.9km/s≤v＜11.2km/s，物體繞________運行第二宇宙速度(逃逸速度)11.2物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度.若11.2km/s≤v＜16.7km/s，物體繞________運行第三宇宙速度16.7物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度.若v≥16.7km/s，物體將脫離________在宇宙空間運行地球

太陽

太陽系

三、同步衛(wèi)星的特點(1)軌道平面一定：軌道平面與__________共面．(2)周期一定：與__________周期相同，即T＝24h．(3)角速度一定：與__________的角速度相同．赤道平面地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)四、經(jīng)典時空觀和相對論時空觀1．經(jīng)典時空觀(1)在經(jīng)典力學中，物體的質(zhì)量不隨____________而改變．(2)在經(jīng)典力學中，同一物理過程發(fā)生的位移和對應(yīng)時間的測量結(jié)果在不同的參考系中是________的．運動狀態(tài)相同2．相對論時空觀(1)在狹義相對論中，物體的質(zhì)量是隨物體運動速度的增大而________．(2)在狹義相對論中，同一物理過程發(fā)生的位移和對應(yīng)時間的測量結(jié)果在不同的參考系中是________的．增大不同(1)面積定律是對同一個行星而言的，不同的行星相等時間內(nèi)掃過的面積不等．由面積定律可知，行星在近日點的速度比它在遠日點的速度大．(2)經(jīng)典力學——牛頓運動定律的適用范疇．1．[開普勒行星運動定律的理解]火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運行，根據(jù)開普勒行星運動定律可知 (

)A．太陽位于木星運行軌道的中心B．火星和木星繞太陽運行速度的大小始終相等C．火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方D．相同時間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積【答案】C【答案】B3．[衛(wèi)星運動參量的計算]金星、地球和火星繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運動，它們的向心加速度大小分別為a金、a地、a火，它們沿軌道運行的速率分別為v金、v地、v火．已知它們的軌道半徑R金＜R地＜R火，由此可以判定 (

)A．a(chǎn)金＞a地＞a火 B．a(chǎn)火＞a地＞a金C．v地＞v火＞v金 D．v火＞v地＞v金【答案】A

關(guān)鍵能力·突破要點考點1萬有引力定律在天體運動中的應(yīng)用[能力考點]【答案】A[解題方略]計算中心天體的質(zhì)量、密度時的區(qū)別(1)天體半徑和衛(wèi)星的軌道半徑：通常把天體看成一個球體，天體的半徑指的是球體的半徑．衛(wèi)星的軌道半徑指的是衛(wèi)星圍繞天體做圓周運動的軌道半徑．衛(wèi)星的軌道半徑大于等于天體的半徑．(2)自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期：自轉(zhuǎn)周期是指天體繞自身某軸線運動一周所用的時間，公轉(zhuǎn)周期是指衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動一周所用的時間．自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期一般不相等．1．(2020年山東卷)我國發(fā)射了“天問1號”火星探測器．質(zhì)量為m的著陸器在著陸火星前，會在火星表面附近經(jīng)歷一個時長為t0、速度由v0減速到零的過程．已知火星的質(zhì)量約為地球的0.1倍，半徑約為地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小為g，忽略火星大氣阻力．若該減速過程可視為一個豎直向下的勻減速直線運動，此過程中著陸器受到的制動力大小約為 (

)【答案】B

【答案】B

考點2衛(wèi)星運行參量的分析與計算[能力考點]1．衛(wèi)星的軌道(1)赤道軌道：衛(wèi)星的軌道在赤道平面內(nèi)，同步衛(wèi)星就是其中的一種．(2)極地軌道：衛(wèi)星的軌道過南北兩極，即在垂直于赤道的平面內(nèi)，如極地氣象衛(wèi)星．2．地球同步衛(wèi)星的特點：六個“一定”【答案】D

1．“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)由地球靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)、中軌道衛(wèi)星和傾斜同步衛(wèi)星組成．地球靜止軌道衛(wèi)星和中軌道衛(wèi)星都在圓軌道上運行，它們距地面的高度分別約為地球半徑的6倍和3.4倍，下列說法正確的是 (

)A．靜止軌道衛(wèi)星的周期約為中軌道衛(wèi)星的2倍B．靜止軌道衛(wèi)星的線速度大小約為中軌道衛(wèi)星的2倍C．靜止軌道衛(wèi)星的角速度大小約為中軌道衛(wèi)星的D．靜止軌道衛(wèi)星的向心加速度大小約為中軌道衛(wèi)星的【答案】A

2．(2021屆合肥檢測)

我國成功發(fā)射硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星“慧眼”．“慧眼”—空間科學衛(wèi)星在離地面550km的圓形軌道上飛行，“天宮二號”在離地面393km的圓形軌道上飛行．若“慧眼”衛(wèi)星與“天宮二號”圍繞地球的運動均視為勻速圓周運動，運行軌道如圖所示，則下列說法正確的是 (

)A．在相同時間內(nèi)，“慧眼”衛(wèi)星轉(zhuǎn)過的弧長一定比“天宮二號”的長B．兩衛(wèi)星只能運行在地球赤道的正上方C．“慧眼”衛(wèi)星運行時的向心加速度一定比“天宮二號”的小D．“慧眼”衛(wèi)星運行時的機械能一定比“天宮二號”的大【答案】C

考點3三種宇宙速度[能力考點]例3

“伽利略”木星探測器，從1989年10月進入太空起，歷經(jīng)6年，行程37億千米，終于到達木星周圍．此后在t秒內(nèi)繞木星運行N圈后，對木星及其衛(wèi)星進行考察，最后墜入木星大氣層燒毀．設(shè)這N圈都是繞木星在同一個圓周上運行，其運行速率為v，探測器上的照相機正對木星拍攝整個木星時的視角為θ(如圖所示)，設(shè)木星為一球體．求：(1)木星探測器在上述圓形軌道上運行時的軌道半徑；(2)木星的第一宇宙速度．

深化理解(1)如何計算木星做圓周運動的周期？如何計算木星做圓周運動的線速度？(2)如何計算木星的第一宇宙速度？【答案】ACD

2．(2020年南充名校質(zhì)檢)太陽系外行星大多不適宜人類居住，繞恒星“Glicsc581”運行的行星“Gl－581c”卻很值得我們期待．該行星的溫度在0℃到40℃之間，質(zhì)量是地球的6倍，直徑是地球的1.5倍．公轉(zhuǎn)周期為13個地球日．“Glicsc581”的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的0.31倍．設(shè)該行星與地球均視為質(zhì)量分布均勻的球體，繞其中心天體做勻速圓周運動，則 (

)【答案】B

考點4衛(wèi)星變軌問題[能力考點]1．必須掌握的三種運動情境2．衛(wèi)星變軌的實質(zhì)兩類變軌離心運動近心運動變軌結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓軌道運動或在較大半徑圓軌道上運動轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓軌道運動或在較小半徑圓軌道上運動新圓軌道上運動的速率比原軌道的小，周期比原軌道的大新圓軌道上運動的速率比原軌道的大，周期比原軌道的小動能減小、勢能增大、機械能增大動能增大、勢能減小、機械能減小例4

(多選)

“神舟十一號”飛船完成了最后一次變軌，與“天宮二號”對接．“神舟十一號”某次變軌的示意圖如圖所示，在A點從橢圓軌道Ⅱ進入圓形軌道Ⅰ，B為軌道Ⅱ上的一點．關(guān)于飛船的運動，下列說法正確的有 (

)A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的動能小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的動能C．在軌道Ⅱ上運動的周期小于在軌道Ⅰ上運動的周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度【答案】ABC

深化理解(1)軌道Ⅱ為橢圓軌道，如何求解衛(wèi)星在該軌道運動的周期和速度？(2)如何比較衛(wèi)星分別在不同軌道上經(jīng)過A點時速度的大小？1．(2021屆濮陽名校一模)(多選)如圖所示，設(shè)月球半徑為R，假設(shè)“嫦娥四號”探測器在距月球表面高度為3R的圓形軌道Ⅰ上做勻速圓周運動，運行周期為T．到達軌道A點時點火變軌進入橢圓軌道Ⅱ，到達軌道的近月點B時，再次點火進入近月軌道Ⅲ繞月做勻速圓周運動，引力常量為G，則下列說法正確的是 (

)【答案】AC

2．(2021年廣東一模)2020年12月17日，“嫦娥五號”成功返回地球，創(chuàng)造了我國到月球取土的偉大歷史．如圖所示，“嫦娥五號”取土后，在P處由圓形軌道Ⅰ變軌到橢圓軌道Ⅱ，以便返回地球．下列說法正確的是 (

)

A．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行時均超重B．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行時機械能相等C．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行至P處時速率相等D．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行至P處時加速度大小相等【答案】D

天體圓周運動的幾種模型類型1與天體有關(guān)的三種勻速圓周運動模型對比分析如圖所示，a為近地衛(wèi)星，半徑為r1；b為地球同步衛(wèi)星，半徑為r2；c為赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體，半徑為r3．深度研練·素養(yǎng)提升1．(2020年江蘇四市調(diào)研)(多選)我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)已經(jīng)開始提供全球服務(wù)，具有定位、導(dǎo)航、授時、5G傳輸?shù)裙δ埽瓵、B為“北斗”系統(tǒng)中的兩顆工作衛(wèi)星，其中A是高軌道的地球靜止同步軌道衛(wèi)星，B是中軌道衛(wèi)星．已知地球表面的重力加速度為g，地球的自轉(zhuǎn)周期為T0，下列判斷正確的是 (

)A．衛(wèi)星A可能經(jīng)過江蘇上空B．衛(wèi)星B可能經(jīng)過江蘇上空C．周期大小TA＝T0＞TBD．向心加速度大小aA＜aB＜g【答案】BCD

2．(2020年山東三校聯(lián)考)如圖所示，a為放在赤道上相對地球靜止的物體，隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動，b為沿地球表面附近做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星(軌道半徑約等于地球半徑)，c為地球的同步衛(wèi)星．下列關(guān)于a、b、c的說法中正確的是 (

)

A．b衛(wèi)星轉(zhuǎn)動線速度大于7.9km/sB．a(chǎn)、b、c做勻速圓周運動的向心加速度大小關(guān)系為aa＞ab＞acC．a(chǎn)、b、c做勻速圓周運動的周期關(guān)系為Tc＞Tb＞TaD．