高中物理課件第04章曲線運(yùn)動(dòng)與萬有引力定律第4講萬有引力定律及應(yīng)用

高中物理課件第4講萬有引力定律及應(yīng)用第四章曲線運(yùn)動(dòng)與萬有引力定律夯實(shí)必備知識(shí)研透命題要點(diǎn)目錄CONTENTS//////////////提升素養(yǎng)能力///////一、開普勒三定律定律內(nèi)容圖示或公式開普勒第一定律(軌道定律)所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是_____，太陽(yáng)處在____的一個(gè)焦點(diǎn)上開普勒第二定律(面積定律)對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的______相等開普勒第三定律(周期定律)所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的________跟它的公轉(zhuǎn)周期的________的比值都相等橢圓橢圓面積三次方二次方二、萬有引力定律1.內(nèi)容

自然界中任何兩個(gè)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的乘積成______，與它們之間距離r的二次方成______。正比反比2.表達(dá)式3.適用條件(1)公式適用于______間的相互作用，當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)。(2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn)，r是________間的距離。質(zhì)點(diǎn)兩球心三、宇宙速度1.第一宇宙速度(1)第一宇宙速度又叫______速度，其數(shù)值為________

km/s。(2)第一宇宙速度是物體在______附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。(3)第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的最小______速度，也是人造衛(wèi)星的最大______速度。(4)第一宇宙速度的計(jì)算方法7.9環(huán)繞地球發(fā)射環(huán)繞2.第二宇宙速度

使物體掙脫______引力束縛的最小發(fā)射速度，其數(shù)值為_______

km/s。3.第三宇宙速度

使物體掙脫______引力束縛的最小發(fā)射速度，其數(shù)值為_______

km/s。地球11.2太陽(yáng)16.7【自測(cè)】

(多選)(2020·江蘇卷，7)甲、乙兩顆人造衛(wèi)星質(zhì)量相等，均繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，甲的軌道半徑是乙的2倍。下列應(yīng)用公式進(jìn)行的推論正確的有(

)CD命題點(diǎn)二萬有引力定律的理解命題點(diǎn)一開普勒三定律的理解和應(yīng)用命題點(diǎn)三萬有引力定律的應(yīng)用命題點(diǎn)一開普勒三定律的理解和應(yīng)用B【例1】

(2021·山東濰坊市模擬)中國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器“天問一號(hào)”，已于2021年2月10日成功環(huán)繞火星運(yùn)動(dòng)。若火星和地球可認(rèn)為在同一平面內(nèi)繞太陽(yáng)同方向做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行過程中火星與地球最近時(shí)相距R0、最遠(yuǎn)時(shí)相距5R0，則兩者從相距最近到相距最遠(yuǎn)需經(jīng)過的最短時(shí)間約為(

)A.365天 B.400天

C.670天 D.800天【針對(duì)訓(xùn)練1】

(多選)如圖1，海王星繞太陽(yáng)沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，P為近日點(diǎn)，Q為遠(yuǎn)日點(diǎn)，M、N為軌道短軸的兩個(gè)端點(diǎn)，運(yùn)行的周期為T0，若只考慮海王星和太陽(yáng)之間的相互作用，則海王星在從P經(jīng)過M、Q到N的運(yùn)動(dòng)過程中(

)圖1CD命題點(diǎn)二萬有引力定律的理解1.萬有引力與重力的關(guān)系2.星球上空的重力加速度g′圖2B【真題示例2】

(2021·山東卷)從“玉兔”登月到“祝融”探火，我國(guó)星際探測(cè)事業(yè)實(shí)現(xiàn)了由地月系到行星際的跨越。已知火星質(zhì)量約為月球的9倍，半徑約為月球的2倍，“祝融”火星車的質(zhì)量約為“玉兔”月球車的2倍。在著陸前，“祝融”和“玉兔”都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)由著陸平臺(tái)支撐的懸停過程。懸停時(shí)，“祝融”與“玉兔”所受著陸平臺(tái)的作用力大小之比為(

)A.9∶1 B.9∶2C.36∶1 D.72∶1B命題點(diǎn)三萬有引力定律的應(yīng)用1.天體質(zhì)量和密度的計(jì)算2.解決天體(衛(wèi)星)運(yùn)動(dòng)問題的基本思路3.宇宙速度與運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系(1)v發(fā)＝7.9km/s時(shí)，衛(wèi)星繞地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)7.9km/s＜v發(fā)＜11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓。(3)11.2km/s≤v發(fā)＜16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)。(4)v發(fā)≥16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的空間。D中心天體質(zhì)量和密度【真題示例3】

(2021·廣東卷)2021年4月，我國(guó)自主研發(fā)的空間站天和核心艙成功發(fā)射并入軌運(yùn)行。若核心艙繞地球的運(yùn)行可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知引力常量，由下列物理量能計(jì)算出地球質(zhì)量的是(

)A.核心艙的質(zhì)量和繞地半徑B.核心艙的質(zhì)量和繞地周期C.核心艙的繞地角速度和繞地周期D.核心艙的繞地線速度和繞地半徑【針對(duì)訓(xùn)練3】

(多選)(2021·八省聯(lián)考遼寧卷)“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道半徑為r，速度大小為v。已知月球半徑為R，引力常量為G，忽略月球自轉(zhuǎn)的影響。下列選項(xiàng)正確的是(

)BD宇宙速度【真題示例4】

(2020·北京卷，5)我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)被命名為“天問一號(hào)”。已知火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的10%，半徑約為地球半徑的50%，下列說法正確的是(

) A.火星探測(cè)器的發(fā)射速度應(yīng)大于地球的第二宇宙速度 B.火星探測(cè)器的發(fā)射速度應(yīng)介于地球的第一和第二宇宙速度之間 C.火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度 D.火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度A【針對(duì)訓(xùn)練4】

(多選)(2021·湖南衡陽(yáng)市聯(lián)考)2020年11月24日，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭搭載“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射升空并將其送入預(yù)定軌道，11月28日，“嫦娥五號(hào)”進(jìn)入環(huán)月軌道飛行，12月17日凌晨，“嫦娥五號(hào)”返回器攜帶月壤著陸地球。假設(shè)“嫦娥五號(hào)”環(huán)繞月球飛行時(shí)，在距月球表面高度為h處，繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(不計(jì)周圍其他天體的影響)，測(cè)出飛行周期T，已知萬有引力常量G和月球半徑R。則下列說法正確的是(

)AC

雙星模型問題1.定義：繞公共圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)星體組成的系統(tǒng)，我們稱之為雙星系統(tǒng)。如圖3所示。

圖3BC【真題示例5】

(多選)(2018·全國(guó)Ⅰ卷)2017年，人類第一次直接探測(cè)到來自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程，在兩顆中子星合并前約100s時(shí)，它們相距約400km，繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈。將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí)，可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星(

) A.質(zhì)量之積

B.質(zhì)量之和 C.速率之和

D.各自的自轉(zhuǎn)角速度（限時(shí)：30分鐘）C1.為了探測(cè)引力波，“天琴計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射地球衛(wèi)星P，其軌道半徑約為地球半徑的16倍；另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍。P與Q的周期之比約為(

) A.2∶1

B.4∶1 C.8∶1 D.16∶1對(duì)點(diǎn)練開普勒三定律的理解和應(yīng)用2.(2020·山東省等級(jí)考模擬)2019年10月28日發(fā)生了天王星沖日現(xiàn)象，即太陽(yáng)、地球、天王星處于同一直線，此時(shí)是觀察天王星的最佳時(shí)間。已知日地距離為R0，天王星和地球的公轉(zhuǎn)周期分別為T和T0，則天王星與太陽(yáng)的距離為(

)A3.(2021·全國(guó)甲卷，18)2021年2月，執(zhí)行我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)的“天問一號(hào)”探測(cè)器在成功實(shí)施三次近火制動(dòng)后，進(jìn)入運(yùn)行周期約為1.8×105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m。已知火星半徑約為3.4×106m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7m/s2，則“天問一號(hào)”的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為(

)CA.6×105m B.6×106

m C.6×107

m D.6×108m4.一飛船圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其離地面的高度為H，若已知地球表面重力加速度為g，地球半徑為R。則飛船所在處的重力加速度大小(

)對(duì)點(diǎn)練萬有引力定律的理解C5.(多選)在萬有引力定律建立的過程中，“月—地檢驗(yàn)”證明了維持月球繞地球運(yùn)動(dòng)的力與地球?qū)μO果的力是同一種力。完成“月—地檢驗(yàn)”需要知道的物理量有(

)CDA.月球和地球的質(zhì)量B.引力常量G和月球公轉(zhuǎn)周期C.地球半徑和“月—地”中心距離D.月球公轉(zhuǎn)周期和地球表面重力加速度g對(duì)點(diǎn)練萬有引力定律的應(yīng)用6.中國(guó)繞月衛(wèi)星“龍江二號(hào)”是全球首個(gè)獨(dú)立完成地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行的微衛(wèi)星，2019年2月4日，“龍江二號(hào)”成功拍下月球背面和地球的完整合照。已知“龍江二號(hào)”距離月球表面h處環(huán)月做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，月球半徑為R，萬有引力常量為G，據(jù)此不可求的物理量是(

)AA.“龍江二號(hào)”的質(zhì)量B.“龍江二號(hào)”的線速度大小C.月球的質(zhì)量D.月球表面的重力加速度大小7.(多選)(2021·山東濟(jì)南市模擬)2021年2月10日19時(shí)52分，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器實(shí)施近火捕獲制動(dòng)，探測(cè)器順利進(jìn)入近火點(diǎn)高度約400千米，周期約10個(gè)地球日的環(huán)火橢圓軌道，軌道如圖1所示，“天問一號(hào)”成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星。已知火星的直徑約為地球直徑的一半，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的10%，自轉(zhuǎn)周期約為一個(gè)地球日，關(guān)于火星和天問一號(hào)，下列說法正確的是(

)圖1ACA.天問一號(hào)在近火點(diǎn)的速度比遠(yuǎn)火點(diǎn)速度大B.天問一號(hào)在遠(yuǎn)火點(diǎn)的速度比火星的第一宇宙速度大C.火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度D.根據(jù)以上信息可以估算出火星的密度8.宇宙中兩顆靠得比較近的恒星，只受到彼此之間的萬有引力作用互相繞轉(zhuǎn)，稱之為雙星系統(tǒng)。設(shè)某雙星系統(tǒng)A、B繞其連線上的某固定點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖2所示。若A、B兩星球到O點(diǎn)的距離之比為3∶1，則(

)圖2DA.星球A與星球B所受引力大小之比為1∶3B.星球A與星球B的線速度大小之比為1∶3C.星球A與星球B的質(zhì)量之比為3∶1D.星球A與星球B的動(dòng)能之比為3∶19.(2021·全國(guó)乙卷，18)科學(xué)家對(duì)銀河系中心附近的恒星S2進(jìn)行了多年的持續(xù)觀測(cè)，給出1994年到2002年間S2的位置如圖3所示?？茖W(xué)家認(rèn)為S2的運(yùn)動(dòng)軌跡是半長(zhǎng)軸約為1000AU(太陽(yáng)到地球的距離為1AU)的橢圓，銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞。這項(xiàng)研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。若認(rèn)為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力，設(shè)太陽(yáng)的質(zhì)量為M，可以推測(cè)出該黑洞質(zhì)量約為(

)圖3BA.4×104M B.4×106MC.4×108M D.4×1010M10.(2020·海南卷，7)2020年5月5日，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功首飛，將新一代載人飛船試驗(yàn)船送入太空，若試驗(yàn)船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為T，離地高度為h，已知地球半徑為R，萬有引力常量為G，則(

)B11.(2020·全國(guó)Ⅲ卷)“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器于2019年1月在月球背面成功著陸，著陸前曾繞月球飛行，某段時(shí)間可認(rèn)為繞月做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓周半徑為月球半徑的K倍。已知地球半徑R是月球半徑的P倍，地球質(zhì)量是