高考二輪總復(fù)習(xí)課件物理專題1力與運動第4講萬有引力定律及其應(yīng)用

第四講萬有引力定律及其應(yīng)用專題一2023內(nèi)容索引0102核心考點聚焦微專題?熱考命題突破【知識網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)】

核心考點聚焦考點一開普勒行星運動定律與萬有引力定律的應(yīng)用命題角度2

重力和萬有引力的關(guān)系(1)不考慮自轉(zhuǎn)時,星球表面附近物體的重力等于物體與星球間的萬有引力,命題角度3

估算中心天體的質(zhì)量和密度的兩條思路

典例剖析例1(命題角度1)哈雷彗星繞太陽做橢圓運動,其運動軌道遠日點距離太陽35.1AU,近日點距離太陽0.586AU,地球繞太陽做圓周運動,軌道半徑為1AU,公轉(zhuǎn)速度約為29.8km/s。已知引力勢能的表達式為Ep=-,其中G為引力常量,m1為中心天體質(zhì)量,m2為環(huán)繞天體質(zhì)量,r為兩天體中心的距離。則根據(jù)以上信息,可知哈雷彗星的最小環(huán)繞速率約為(

)A.0.50km/s B.0.80km/sC.0.91km/s D.3.8km/sC解析

哈雷彗星在軌道上運行的過程中機械能守恒,則由引力勢能的表達式可知哈雷彗星運動到遠日點時環(huán)繞速率最小,根據(jù)機械能守恒定律有對點訓(xùn)練1.(命題角度2)(2022全國乙卷)2022年3月,中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400km的“天宮二號”空間實驗室上通過天地連線,為同學(xué)們上了一堂精彩的科學(xué)課。通過直播畫面可以看到,在近地圓軌道上飛行的“天宮二號”中,航天員可以自由地漂浮,這表明他們(

)A.所受地球引力的大小近似為零B.所受地球引力與飛船對其作用力兩者的合力近似為零C.所受地球引力的大小與其隨飛船運動所需向心力的大小近似相等D.在地球表面上所受引力的大小小于其隨飛船運動所需向心力的大小C解析

本題考查萬有引力定律的應(yīng)用。航天員在空間站中所受萬有引力完全提供其做圓周運動所需的向心力,飛船對其作用力等于零,故C正確,A、B錯誤;根據(jù)萬有引力公式F萬=G可知,航天員在地球表面上所受引力的大小大于其在飛船內(nèi)所受引力的大小,即大于其隨飛船運動所需向心力的大小,故D錯誤。2.(命題角度3)(2021全國乙卷)科學(xué)家對銀河系中心附近的恒星S2進行了多年的持續(xù)觀測,給出1994年到2002年間S2的位置如圖所示?？茖W(xué)家認為S2的運動軌跡是半長軸約為1000AU(太陽到地球的距離為1AU)的橢圓,銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞。這項研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎。若認為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力,設(shè)太陽的質(zhì)量為m,可以推測出該黑洞質(zhì)量約為(

)A.4×104mB.4×106mC.4×108mD.4×1010mB考點二天體運行規(guī)律命題角度2

衛(wèi)星運行參量分析

(R、g分別是天體的半徑、天體表面重力加速度)。

黃金代換命題角度3

變軌問題

供不應(yīng)求

供大于求(3)同一衛(wèi)星在不同軌道上運行時機械能不同,軌道半徑越大,機械能越大。(4)衛(wèi)星經(jīng)過不同軌道相交的同一點時加速度相等,外軌道的速度大于內(nèi)軌道的速度。C解題指導(dǎo)審題:讀取題干獲取信息Ⅰ為近地軌道,Ⅱ為轉(zhuǎn)換軌道,Ⅲ為同步軌道近地軌道半徑等于地球半徑,靜止衛(wèi)星的角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度題圖衛(wèi)星在近地軌道P點做離心運動進入轉(zhuǎn)換軌道,衛(wèi)星在轉(zhuǎn)換軌道Q點做離心運動進入同步軌道破題:衛(wèi)星變軌時速度的變化要根據(jù)萬有引力和所需向心力的大小關(guān)系判斷;根據(jù)牛頓第二定律比較各點的加速度;根據(jù)開普勒第三定律比較不同軌道上衛(wèi)星的周期關(guān)系。素養(yǎng)要語衛(wèi)星變軌的兩種情況

CAD微專題?熱考命題突破命題篇新教材、新高考、新情境中國太空探索的發(fā)展情境解讀高考常以我國對太空的探索,如北斗系統(tǒng)、中國天眼、中國空間站、天問一號、嫦娥工程、神舟系列飛船等為情境,考查考生對開普勒行星運動定律、萬有引力定律的應(yīng)用。題目設(shè)問的角度比較新穎,對考生的能力要求較高,體現(xiàn)了對物理核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的考查,充分考查了考生應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力,同時鼓勵考生拓展視野,關(guān)注國家最新科技進展,增強民族自信心和自豪感。考向分析有關(guān)萬有引力定律及其應(yīng)用的題目在高考中通常以選擇題的形式出現(xiàn),難度一般中等;從命題趨勢上看,以近幾年中國空間技術(shù)和宇宙探索為情境的題目備受青睞,分析人造衛(wèi)星的運行規(guī)律仍是考試中的熱點。案例探究例1(2022江蘇徐州二模)2020年我國實施天問一號計劃,將通過一次發(fā)射,實現(xiàn)“環(huán)繞、降落、巡視”三大火星探索任務(wù)。如圖所示,探測器經(jīng)歷橢圓軌道Ⅰ→橢圓軌道Ⅱ→圓軌道Ⅲ的變軌過程。Q為軌道Ⅰ遠火點,P為軌道Ⅰ近火點,探測器在三個軌道運行時都經(jīng)過P點。則探測器(

)A.沿軌道Ⅰ運行至P點的速度大于運行至Q點的速度B.沿軌道Ⅱ運行至P點的加速度大于沿軌道Ⅲ運行至P點的加速度C.沿軌道Ⅱ運行的周期小于沿軌道Ⅲ運行的周期D.與火星連線在相等時間內(nèi),沿軌道Ⅰ運行與沿軌道Ⅱ運行掃過的面積相等A解析

探測器沿軌道Ⅰ從P點運動到Q點的過程中,要克服引力做功,動能減小,所以經(jīng)過P點的速度大于運行至Q點的速度,故A正確;經(jīng)過P點時的加速度是由火星對探測器的引力產(chǎn)生的,由G=ma知加速度取決于火星的質(zhì)量和P點的位置,與軌道無關(guān),即沿軌道Ⅱ運行至P點的加速度等于沿軌道Ⅲ運行至P點的加速度,故B錯誤;由題圖知,軌道Ⅱ的半長軸a大于軌道Ⅲ的圓周半徑r3,根據(jù)開普勒第三定律

,知沿軌道Ⅱ運行的周期T2大于沿軌道Ⅲ運行的周期T3,故C錯誤;由開普勒第二定律知,沿同一軌道運動過程中,衛(wèi)星與行星連線在相等時間內(nèi)掃過的面積相等,故D錯誤。

角度拓展1(2022廣東卷)祝融號火星車需要“休眠”以度過火星寒冷的冬季。假設(shè)火星和地球的冬季是各自公轉(zhuǎn)周期的四分之一,且火星的冬季時長約為地球的1.88倍。火星和地球繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運動。下列關(guān)于火星、地球公轉(zhuǎn)的說法正確的是(

)A.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大B.火星公轉(zhuǎn)的角速度比地球的大C.火星公轉(zhuǎn)的半徑比地球的小D.火星公轉(zhuǎn)的加速度比地球的小D命題篇經(jīng)典物理模型雙星與多星模型模型建構(gòu)

考向分析萬有引力與航天問題是高考中的高頻考點,其中雙星與多星模型也是?？紗栴},此類問題常涉及我們?nèi)祟愄剿饔钪娴男掳l(fā)現(xiàn)、新成果,隨著我國航天技術(shù)的飛速發(fā)展,萬有引力定律及其應(yīng)用仍將是今后一個時期的命題熱點。案例探究例2(多選)在宇宙中,當(dāng)一顆恒星靠近黑洞時,黑洞和恒星可以相互繞行,從而組成雙星系統(tǒng)。在相互繞行的過程中,質(zhì)量較大的恒星上的物質(zhì)會逐漸被吸入到質(zhì)量較小的黑洞中,從而被吞噬掉,黑洞吞噬恒星的過程也被稱之為“潮汐瓦解事件”。天鵝座X-1就是這樣一個由黑洞和恒星組成的雙星系統(tǒng),它們以兩者連線上的某一點為圓心做勻速圓周運動。在剛開始吞噬的較短時間內(nèi),恒星和黑洞的距離不變,則在這段時間內(nèi),下列說法正確的是(

)A.它們間的萬有引力大小變大B.它們間的萬有引力大小不變C.恒星做圓周運動的線速度變大D.恒星做圓周運動的角速度變大AC解析

設(shè)質(zhì)量較大的恒星的質(zhì)量為m1,質(zhì)量較小的黑洞的質(zhì)量為m2,則兩者之間的萬有引力為F=G,由數(shù)學(xué)知識可知,當(dāng)m1=m2時,m1m2有最大值,根據(jù)題意可知質(zhì)量較小的黑洞吞噬質(zhì)量較大的恒