（江苏专用）2020届高考物理一轮复习 专题五 万有引力与航天课件

专题五万有引力与航天高考物理(江苏省专用)A组自主命题·江苏卷题组考点一万有引力定律及其应用五年高考1.(2015江苏单科,3,3分)过去几千年来,人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内,行星“51pegb”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51pegb”绕其中心恒星做匀速圆周运动,周期约为4天,轨道半径约为地球绕太阳运动半径的 。该中心恒星与太阳的质量比约为 ()A. B.1C.5D.10120110答案B对行星“51pegb”有 =m1 r1对地球有 =m2 r2化简即得 = · 代入数据得 = · ≈1因此B正确。1121GMmr212T2222GMmr222T12MM221TT312rr12MM236543120考查点本题考查了万有引力定律、匀速圆周运动等知识,考查了考生的知识迁移能力,属于中等难度题。解题指导要注意知识的迁移,即将太阳系内常见问题迁移到系外行星的系统之中,要认识到开普勒行星运动定律、万有引力定律对天体运动的研究具有普适性。2.(2013江苏单科,1,3分)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知 ()A.太阳位于木星运行轨道的中心B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积答案C由开普勒第一定律(轨道定律)可知,太阳位于木星运行轨道的一个焦点上,A错误。火星和木星绕太阳运行的轨道不同,运行速度的大小不可能始终相等,B错误。根据开普勒第三定律(周期定律)知所有行星轨道的半长轴的三次方与它的公转周期的平方的比值是一个常数,C正确。对于某一个行星来说,其与太阳连线在相同的时间内扫过的面积相等,不同行星在相同的时间内扫过的面积不一定相等,D错误。考查点本题重点考查了对开普勒行星运动定律的理解,属于容易题。学习指导学习过程中要做到知识点无遗漏,即使简单的知识,也要牢固记忆并准确理解其内涵和外延,这样才能不留遗憾。3.(2011江苏单科,7,4分)(多选)一行星绕恒星做圆周运动。由天文观测可得,其运行周期为T,速度为v。引力常量为G,则 ()A.恒星的质量为 B.行星的质量为 C.行星运动的轨道半径为 D.行星运动的加速度为 32vTG2324vGT2vT2vT答案ACD行星绕恒星转一圈,运行的路程等于圆的周长,即2πr=vT,解得r= ,故C正确;a=rω2=r = ,故D正确;由G =mr 得M= ,故A正确;行星绕恒星的运动与其自身质量无关,行星的质量由已知条件求不出来,故B错误。2vT224T2vT2Mmr224T32vTG评析本题考查天体的运动,属于简单题。万有引力提供天体运动的向心力是解答这部分题目的关键。这部分知识物理量较多、物理公式较多,注意各物理量之间的转换,可迅速准确地解答出题目。考点二人造卫星宇宙航行4.(2019江苏单科,4,3分)1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2,近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G。则()A.v1v2,v1= B.v1v2,v1 C.v1v2,v1= D.v1v2,v1 GMrGMrGMrGMr答案B本题考查人造卫星沿椭圆轨道运动内容,培养了理解能力和推理能力,体现了核心素养中的能量观念及模型建构要素,有利于培养学生爱国主义价值观。卫星沿椭圆轨道运动时,只受万有引力作用,机械能守恒,在卫星由近及远的运动过程中,卫星的部分动能转化为势能,速度逐渐减小,故v1v2。若卫星过近地点做半径为r的匀速圆周运动,则满足G =m ,可得v= 。现卫星过近地点做离心运动,则v1 ,故选项B正确,A、C、D错误。2Mmr2vrGMrGMr解题关键①卫星运动过程中机械能守恒,动能和势能相互转化。②当提供的向心力不能满足所需时卫星做离心运动,当提供的向心力大于所需时卫星做向心运动。5.(2018江苏单科,1,3分)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km,之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km,它们都绕地球做圆周运动。与“高分四号”相比,下列物理量中“高分五号”较小的是 ()A.周期B.角速度C.线速度D.向心加速度答案A本题考查万有引力定律及其应用、宇宙航行。设地球质量为M,卫星质量为m,轨道半径为R,卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,即G = ,结合v=ωR,ω= ,a= ,解得v= ,ω= ,T= ,a= ,可知v∝ ,ω∝ ,T∝ ,a∝ ,由题知R四R五,结合上面式子得v五v四,ω五ω四,a五a四,T五T四,故B、C、D三项均错,A项正确。2MmR2mvR2T2vRGMR3GMR234RGM2GMR1R31R3R21R规律总结卫星运行规律做匀速圆周运动的卫星所受万有引力提供所需向心力,由G =m =mω2R=m R=ma可推导出 ⇒当R增大时 2MmR2vR224T32324GMvRGMωRRTGMGMaRvωaT减小减小减小增大6.(2014江苏单科,2,3分)已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为 ()A.3.5km/sB.5.0km/sC.17.7km/sD.35.2km/s答案A航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动,由火星对航天器的万有引力提供航天器的向心力得 = 同理 = 所以 · = v火= ·v地,而v地=7.9km/s故v火= km/s≈3.5km/s,选项A正确。2GMmR火火2mvR火火2GMmR地地2mvR地地MM火地RR地火2vv火地157.95易错警示易错选C。将两星球的环绕速度之比搞反了,从而算成了 = 。由此警示我们,对于容易题切不可掉以轻心,而应该细心再细心!vv火地57.(2017江苏单科,6,4分)(多选)“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空。与“天宫二号”空间实验室对接前,“天舟一号”在距地面约380km的圆轨道上飞行,则其 ()A.角速度小于地球自转角速度B.线速度小于第一宇宙速度C.周期小于地球自转周期D.向心加速度小于地面的重力加速度答案BCD本题考查万有引力定律、人造卫星的运行规律。由于地球自转的角速度、周期等物理量与地球同步卫星一致,故“天舟一号”可与地球同步卫星比较。由于“天舟一号”的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,所以,角速度是“天舟一号”的大,周期是同步卫星的大,选项A错,C对;第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,故“天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度,B对;对“天舟一号”有G =ma向,所以a向=G ,而地面重力加速度g=G ,故a向g,D选项正确。2()MmRh地地2()MRh地地2MR地地方法诠释人造卫星的运行特点对于人造地球卫星环绕地球的运行规律,考生应掌握如下的特点:卫星的运行轨道半径决定着运行的参数,当半径增大时,三度(线速度、角速度、加速度)均减小,而周期变大。8.(2016江苏单科,7,4分)(多选)如图所示,两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动,用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积。下列关系式正确的有 () A.TATBB.EkAEkBC.SA=SBD. = 32AART32BBRT答案AD卫星做匀速圆周运动时有 =m =mRω2=mR ,则T=2π ∝ ,故TATB, = ,A、D皆正确;Ek= mv2= ∝ ,故EkAEkB,B错误;S= ωR2=  ∝ ,故C错误。2GMmR2vR224T3RGM3R22ABTT33ABRR122GMmR1R1212GMRR考查点本题考查了匀速圆周运动、向心力、万有引力定律、动能、扇形面积计算等考点。涉及的物理量较多,但情景简单,属于中等难度题。解题方法对于同一星系内不同环绕天体(卫星)的运动,由万有引力提供向心力推出所要研究物理量的比例关系,是解决此类问题最常用且最简捷的方法。9.(2012江苏单科,8,4分)(多选)2011年8月,“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,则此飞行器的 ()A.线速度大于地球的线速度B.向心加速度大于地球的向心加速度C.向心力仅由太阳的引力提供D.向心力仅由地球的引力提供答案AB由于飞行器与地球同步绕太阳做圆周运动,则它们的角速度相同,由v=ωr和a=ω2r易知A、B均正确。若飞行器的向心力仅由太阳的引力提供,则由v= 可知,飞行器的线速度应小于地球的线速度,这不符合题干中的情景,故C错误。若飞行器的向心力仅由地球的引力提供,则飞行器应绕地球做圆周运动,故D也错。GMr评析本题情景新颖、考查的角度设计巧妙,将成为天体运动题海中的一大亮点。细心审题是解题的关键之一,抓住“同步”二字,A、B选项的分析就迎刃而解了。对C、D选项,考生需熟练掌握天体运动的特点。题目难度适中,区分度较好。B组统一命题、省(区、市)卷题组考点一万有引力定律及其应用1.(2019课标Ⅲ,15,6分)金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动,它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火,它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金R地R火,由此可以判定 ()A.a金a地a火B.a火a地a金C.v地v火v金D.v火v地v金答案A本题考查万有引力定律和匀速圆周运动,体现了物理模型建构、科学推理等核心素养。行星绕太阳做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,即G =ma向=m ,解得a向=G ,v= ,由于R金R地R火,所以a金a地a火,v金v地v火,选项A正确。2MmR2vR2MRGMR解题关键认识并掌握天体运动与万有引力的关系是解决这类问题的关键。2.(2018北京理综,17,6分)若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律,在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下,需要验证 ()A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1/602B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1/602C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/6D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/60答案B本题考查万有引力定律的应用。设地球半径为R,质量为M,月球绕地球公转轨道半径为r。地球对地面附近的苹果的引力G =mg,所以g=G ①;地球对月球的引力提供月球公转的向心力,即G =m月a,所以a=G ②;比较①②可知a= g= g,故选项B正确。2MmR2MR2Mmr月2Mr2Rr2160解题关键“月-地检验”“月-地检验”的本质是要验证不论是地球上物体的运动还是月球绕地球的运动,万有引力的作用效果都是使受力物体产生加速度,且引力与加速度之间遵循牛顿运动定律。3.(2018课标Ⅱ,16,6分)2018年2月,我国500m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”,其自转周期T=5.19ms。假设星体为质量均匀分布的球体,已知引力常量为6.67×10-11N·m2/kg2。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为()A.5×109kg/m3B.5×1012kg/m3C.5×1015kg/m3D.5×1018kg/m3答案C本题考查万有引力定律在天体中的应用。以周期T稳定自转的星体,当星体的密度最小时,其表面物体受到的万有引力提供向心力,即 =m R,星体的密度ρ= ,