2025高考物理總復(fù)習(xí)萬(wàn)有引力定律及應(yīng)用課件練習(xí)題

第五章萬(wàn)有引力與宇宙航行考情分析試題情境生活實(shí)踐類(lèi)地球不同緯度處重力加速度的比較學(xué)習(xí)探究類(lèi)開(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用，利用“重力加速度法”、“環(huán)繞法”計(jì)算天體的質(zhì)量和密度，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量的分析與計(jì)算，人造衛(wèi)星，宇宙速度，天體的“追及”問(wèn)題，衛(wèi)星的變軌和對(duì)接問(wèn)題，雙星或多星模型第1課時(shí)目標(biāo)要求1.理解開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律，并會(huì)用來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題。2.掌握計(jì)算天體質(zhì)量和密度的方法。萬(wàn)有引力定律及應(yīng)用內(nèi)容索引考點(diǎn)一

開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律考點(diǎn)二

萬(wàn)有引力定律考點(diǎn)三

天體質(zhì)量和密度的計(jì)算課時(shí)精練><考點(diǎn)一開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律定律內(nèi)容圖示或公式開(kāi)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(kāi)普勒第二定律(面積定律)對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的

相等

開(kāi)普勒三大定律橢圓橢圓面積定律內(nèi)容圖示或公式開(kāi)普勒第三定律(周期定律)所有行星軌道的半長(zhǎng)軸的

跟它的公轉(zhuǎn)周期的

的比都相等

＝k，k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量三次方二次方注意：開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律也適用于其他天體系統(tǒng)，其中k只與中心天體有關(guān)且只能用在繞同一中心天體運(yùn)行的兩天體之間，例如月球、衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)。思考1.已知同一行星在軌道的兩個(gè)位置的速度：近日點(diǎn)速度大小為v1，遠(yuǎn)日點(diǎn)速度大小為v2，近日點(diǎn)距太陽(yáng)距離為r1，遠(yuǎn)日點(diǎn)距太陽(yáng)距離為r2。(1)v1與v2大小有什么關(guān)系？答案v1>v2答案推導(dǎo)：由開(kāi)普勒第二定律可得2.把行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道近似看作圓軌道，試求k值。1.圍繞同一天體運(yùn)動(dòng)的不同行星橢圓軌道不一樣，但都有一個(gè)共同的焦點(diǎn)。(

)2.行星在橢圓軌道上運(yùn)行速率是變化的，離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，運(yùn)行速率越大。(

)3.不同軌道上的行星與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。(

)√××例1

(2023·江蘇南通市如皋市月考)某行星沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，如圖所示，在這顆行星的軌道上有a、b、c、d四個(gè)對(duì)稱點(diǎn)。若行星運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)，則該行星A.從a到b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間等于從c到d的運(yùn)動(dòng)時(shí)間B.從d經(jīng)a到b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間等于從b經(jīng)c到d的運(yùn)動(dòng)時(shí)間√據(jù)開(kāi)普勒第二定律可知，行星在近日點(diǎn)的速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度最小，行星由a到b運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均速率大于由c到d運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均速率，而弧長(zhǎng)ab等于弧長(zhǎng)cd，故從a到b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間小于從c到d的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，同理可知，從d經(jīng)a到b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間小于從b經(jīng)c到d的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，A、B錯(cuò)誤；例2

(2024·江蘇南通市檢測(cè))地球和哈雷彗星均繞太陽(yáng)運(yùn)行。地球的公轉(zhuǎn)軌道接近圓，圓半徑為r，運(yùn)行周期為T(mén)0；哈雷彗星軌道為橢圓，運(yùn)行周期為T(mén)，在近日點(diǎn)與太陽(yáng)中心的距離為r1、加速度為a1，在遠(yuǎn)日點(diǎn)與太陽(yáng)中心的距離為r2、加速度為a2。不考慮地球和哈雷彗星間的相互作用，則√返回萬(wàn)有引力定律><考點(diǎn)二1.萬(wàn)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________________________成正比、與它們之間_____________成反比。(2)公式：F＝

，G為引力常量，通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2，由物理學(xué)家

測(cè)定。物體的質(zhì)量m1和m2的乘積距離r的二次方卡文迪什(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2.星體表面及上空的重力加速度(以地球?yàn)槔?(1)地球表面附近的重力加速度大小g(不考慮地球自轉(zhuǎn))：有mg＝(2)地球上空的重力加速度大小g′地球上空距離地球中心r＝R＋h處由mg′＝1.地球?qū)θ说娜f(wàn)有引力大于人對(duì)地球的萬(wàn)有引力。(

)2.地面上的物體所受地球的萬(wàn)有引力方向一定指向地心。(

)3.兩物體間的距離趨近于零時(shí)，萬(wàn)有引力趨近于無(wú)窮大。(

)√××例3

(2020·全國(guó)卷

Ⅰ·15)火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的

半徑約為地球半徑的

則同一物體在火星表面與在地球表面受到的引力的比值約為A.0.2 B.0.4 C.2.0 D.2.5√例4

(2024·江蘇徐州市聯(lián)考)某類(lèi)地天體可視為質(zhì)量分布均勻的球體，由于自轉(zhuǎn)，其表面“赤道”處的重力加速度為g1，“極點(diǎn)”處的重力加速度為g2，若已知自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，則該天體的半徑為√萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力F表現(xiàn)為兩個(gè)效果：一是重力mg，二是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力F向，如圖所示。(1)在赤道上：返回天體質(zhì)量和密度的計(jì)算><考點(diǎn)三1.利用天體表面重力加速度已知天體表面的重力加速度g和天體半徑R。2.利用運(yùn)行天體已知衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r和周期T。例5

(2024·江蘇揚(yáng)州市曹甸高級(jí)中學(xué)階段檢測(cè))航天員在月球表面將一片羽毛和一個(gè)鐵錘從同一高度由靜止同時(shí)釋放，二者幾乎同時(shí)落地。若羽毛和鐵錘是從高度為h處下落，經(jīng)時(shí)間t落到月球表面。已知引力常量為G，月球的半徑為R(不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響)。求：(1)月球表面的自由落體加速度大小g月；月球表面附近的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，(2)月球的質(zhì)量M；(3)月球的密度ρ。例6過(guò)去幾千年中，人類(lèi)對(duì)行星的認(rèn)識(shí)與研究?jī)H限于太陽(yáng)系內(nèi)，行星“51Pegb”的發(fā)現(xiàn)拉開(kāi)了研究太陽(yáng)系外行星的序幕?！?1Pegb”繞其中心恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期約為4天，軌道半徑約為地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)半徑的

已知太陽(yáng)的質(zhì)量約為2×1030kg，則該中心恒星的質(zhì)量約為A.2×1030kg B.1×1029kgC.4×1028kg D.2×1028kg√所以該中心恒星的質(zhì)量M1≈M2＝2×1030kg，故選A。返回課時(shí)精練1.火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知A.太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心B.火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)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(zhǎng)軸之比的立方D.相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積等于木星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的

面積√123456789101112由開(kāi)普勒第一定律(軌道定律)可知，太陽(yáng)位于木星運(yùn)行的橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，故A錯(cuò)誤；火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道不同，運(yùn)行速度的大小不可能始終相等，故B錯(cuò)誤；根據(jù)開(kāi)普勒第三定律(周期定律)知，太陽(yáng)系中所有行星軌道的半長(zhǎng)軸的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值是一個(gè)常量，故C正確；對(duì)于太陽(yáng)系某一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，其與太陽(yáng)連線在相同的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等，不同行星在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積不相等，故D錯(cuò)誤。1234567891011122.(2024·江蘇省期初學(xué)情調(diào)研)二十四節(jié)氣是中華民族的文化遺產(chǎn)。地球沿橢圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，所處四個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)北半球的四個(gè)節(jié)氣，如圖所示。下列關(guān)于地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的說(shuō)法正確的是A.冬至?xí)r線速度最大B.夏至和冬至?xí)r的角速度相同C.夏至?xí)r向心加速度最大D.可根據(jù)地球的公轉(zhuǎn)周期求出地球的質(zhì)量√123456789101112由開(kāi)普勒第二定律可知地球在近日點(diǎn)線速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)線速度最小，冬至?xí)r地球在近日點(diǎn)，線速度最大，A正確；由開(kāi)普勒第二定律可知相同時(shí)間內(nèi)地球與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積相同，因此相同時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)角度不同，角速度不同，B錯(cuò)誤；夏至?xí)r地球距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)，受到的萬(wàn)有引力最小，因此向心加速度最小，C錯(cuò)誤；可根據(jù)地球的公轉(zhuǎn)周期計(jì)算的是中心天體太陽(yáng)的質(zhì)量，D錯(cuò)誤。1234567891011123.(2023·江蘇無(wú)錫市期末)2021年2月，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”成功進(jìn)入周期為T(mén)的大橢圓環(huán)火軌道。14天后，“天問(wèn)一號(hào)”成功實(shí)施近火制動(dòng)，經(jīng)過(guò)極軌轉(zhuǎn)移軌道(圖中未畫(huà)出)，進(jìn)入近火點(diǎn)高度(離火星表面的高度)為h、遠(yuǎn)火點(diǎn)高度為H、周期為

的火星停泊軌道。已知火星半徑為R，則大橢圓環(huán)火軌道半長(zhǎng)軸為123456789101112√1234567891011124.(2024·江蘇南通市期中)在月球上的宇航員，手頭有一個(gè)質(zhì)量為m的砝碼，如果已知引力常量G和月球半徑R，若要估測(cè)月球質(zhì)量M，則只需要一個(gè)A.秒表 B.刻度尺C.彈簧測(cè)力計(jì) D.長(zhǎng)1m輕質(zhì)細(xì)線√123456789101112可知只需用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量出砝碼在月球上的重力，即可估測(cè)出月球的質(zhì)量，故選C。設(shè)砝碼在月球上的重力為G砝碼，1234567891011125.(2023·江蘇卷·4)設(shè)想將來(lái)發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，能在月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道上穩(wěn)定運(yùn)行，該軌道可視為圓軌道。該衛(wèi)星與月球相比，一定相等的是A.質(zhì)量B.向心力大小C.向心加速度大小D.受到地球的萬(wàn)有引力大小√123456789101112123456789101112因該衛(wèi)星與月球的軌道半徑相同，可知向心加速度大小相同；因該衛(wèi)星的質(zhì)量與月球質(zhì)量不同，則向心力大小以及受地球的萬(wàn)有引力大小均不相同，故選C。6.(2024·江蘇南京市臨江高級(jí)中學(xué)檢測(cè))磁星是高密度的中子星，其磁場(chǎng)較地球上的任何磁體都要強(qiáng)上數(shù)十億倍。已知繞該中子星表面運(yùn)行的衛(wèi)星周期為T(mén)，引力常量為G，則該中子星的密度為√123456789101112對(duì)繞該中子星表面運(yùn)行的衛(wèi)星，1234567891011127.國(guó)際小行星中心于2021年10月8日確認(rèn)公布了中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)的一顆新彗星，命名為C/2021S4。這顆彗星與太陽(yáng)的最近距離約為7AU，繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈約需要1000年，假設(shè)地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)，地球與太陽(yáng)的距離為1AU，引力常量已知。則A.由以上數(shù)據(jù)不可估算太陽(yáng)的質(zhì)量B.由以上數(shù)據(jù)可估算太陽(yáng)的密度C.彗星由近日點(diǎn)向遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能增大D.該彗星與太陽(yáng)的最遠(yuǎn)距離約為193AU123456789101112√地球環(huán)繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于地球的軌道半徑和公轉(zhuǎn)周期及引力常量G已知，則可估算中心天體(太陽(yáng))的質(zhì)量，A錯(cuò)誤；由于太陽(yáng)的半徑未知，則太陽(yáng)的密度不能估算，B錯(cuò)誤；彗星由近日點(diǎn)向遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，只有太陽(yáng)的引力做功，則機(jī)械能守恒，C錯(cuò)誤；123456789101112代入數(shù)據(jù)得彗星的半長(zhǎng)軸為a＝100AU，所以彗星與太陽(yáng)的最遠(yuǎn)距離約為2a－7AU＝193AU，D正確。1234567891011128.(2024·江蘇鹽城市階段檢測(cè))已知某中子星自轉(zhuǎn)的周期為T(mén)，兩極處的重力加速度是赤道處的a倍，引力常量為G，由此可計(jì)算出該星的A.密度 B.質(zhì)量C.半徑 D.第一宇宙速度√123456789101112123456789101112設(shè)該星的密度為ρ，半徑為R，由已知條件無(wú)法求出該星的質(zhì)量、半徑以及第一宇宙速度，故選A。9.如圖所示，A、B兩顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，O為地心，在兩衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中，AB連線和OA連線的夾角最大為θ，則A、B兩衛(wèi)星123456789101112√夾角最大時(shí)，OB與AB垂直，根據(jù)幾何關(guān)系有rB＝rAsinθ，12345678910111210.(2023·江蘇南通市三模)月球探測(cè)器登月前，從橢圓環(huán)月軌道轉(zhuǎn)移至近月圓軌道。如圖所示，探測(cè)器在橢圓軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行周期為

在近月點(diǎn)P處減速，使探測(cè)器轉(zhuǎn)移到近月圓軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行周期為T(mén)。已知月球半徑為R，引力常量為G，求：(1)月球的質(zhì)量M；123456789101112設(shè)探測(cè)器質(zhì)量為m，探測(cè)器在近月圓軌道Ⅱ上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力123456789101112(2)橢圓軌道Ⅰ上遠(yuǎn)月點(diǎn)Q距月球表面的高度h。123456789101112答案2R設(shè)橢圓軌道Ⅰ的半長(zhǎng)軸為a，則2a＝2R＋h解得h＝2R。11.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所主持研制的“海斗一號(hào)”在無(wú)纜自主模式下刷新了中國(guó)下潛深度紀(jì)錄，最大下潛深度超過(guò)了10000米，首次實(shí)現(xiàn)了無(wú)纜無(wú)人潛水器萬(wàn)米坐底并連續(xù)拍攝高清視頻