适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题1力与运动第4讲万有引力定律及其应用课件

这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题1力与运动第4讲万有引力定律及其应用课件，共55页。PPT课件主要包含了内容索引，体系构建•真题感悟，知识网络构建，高考真题再练，高频考点•探究突破，命题点点拨，审题指导，答案D，变轨问题，思维路径等内容，欢迎下载使用。
1.(2023湖北卷)2022年12月8日,地球恰好运行到火星与太阳之间,且三者几乎排成一条直线,此现象被称为“火星冲日”。火星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动,火星与地球的公转轨道半径之比约为3∶2,如图所示。根据以上信息可以得出(　　)A.火星与地球绕太阳运动的周期之比约为27∶8B.当火星与地球相距最远时,两者的相对速度最大C.火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为9∶4D.下一次“火星冲日”将出现在2023年12月8日之前
2.(2022山东卷)“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术实验卫星。如图所示,该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动,轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻,沿相同方向经过地球表面A点正上方,恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为R,自转周期为T,地球表面重力加速度为g,“羲和号”卫星轨道距地面高度为(　　)
3.(2022福建卷)2021年美国“星链”卫星曾近距离接近我国运行在距地390 km近圆轨道上的天宫空间站,为避免发生危险,天宫空间站实施了发动机点火变轨的紧急避碰措施,已知质量为m的物体从距地心r处运动到无穷远处克服地球引力所做的功为 ,式中m地为地球质量,G为引力常量;现将空间站的质量记为m0,变轨前后稳定运行的轨道半径分别记为r1、r2,如图所示,空间站紧急避碰过程发动机做的功至少为(　　)
4.(2023辽宁卷)在地球上观察,月球和太阳的角直径(直径对应的张角)近似相等,如图所示。若月球绕地球运动的周期为T1,地球绕太阳运动的周期为T2,地球半径是月球半径的k倍,则地球与太阳的平均密度之比约为(　　)
5.(2022浙江卷)“天问一号”从地球发射后,在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点,再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道,则天问一号(　　)A.发射速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间B.从P点转移到Q点的时间小于6个月C.在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小D.在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度
【方法规律归纳】1.理解开普勒行星运动定律的三点注意(1)行星、卫星和航天器的轨道一定是椭圆的,只是有时近似为圆轨道。 不是弧长相等(2)同一个行星相等时间内扫过的面积相等,不同的行星相等时间内扫过的面积不等。
2.万有引力与重力的关系
3.估算中心天体的质量的两条思路
[典例1](命题点2)在星球A上将一小物块P竖直向上抛出,P的v2-x的关系如图中实线所示;在另一星球B上将另一小物块Q竖直向上抛出,Q的v2-x关系如图中虚线所示。已知星球A、B的半径相等,若两星球均为质量均匀分布的球体,两星球上均没有空气,不考虑两星球的自转,则下列说法正确的是(　　)
【对点训练】1.(命题点1)2020年12月1日嫦娥五号探测器实施月面“挖土”成功,“挖土”采用了钻取和表取两种模式。假设月球可看作质量分布均匀的球体,其质量为m月,半径为R。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为0,引力常量为G。某次钻取中质量为m的钻尖进入月球表面以下h深处,则此时月球对钻尖的万有引力为(　　)
易错防范 不能正确利用“等效”的思想求万有引力。
2.(命题点2)假设在月球表面将物体以某速度竖直上抛,经过时间t物体落回月面,上升的最大高度为h。已知月球半径为R、引力常量为G,不计一切阻力。则月球的密度为(　　)
思维点拨 先根据竖直上抛运动求重力加速度,再根据万有引力等于重力求质量,最后求密度。
3. (命题点1、2)宇宙飞船飞临一颗半径为R的未知行星,在距行星表面也为R的圆轨道上做匀速圆周运动,周期为T(如图所示)。宇宙飞船在A点沿圆周的切线方向发射一个探测器,使之沿椭圆轨道运动,恰好在B点掠过行星表面后又能回到A点。已知引力常量为G,则(　　)
温馨提示 在同一绕转系统中,两颗环绕天体的轨道都是椭圆或都是圆,或者一个椭圆一个圆,开普勒第三定律都适用。
【方法规律归纳】1.两种卫星的特点(1)近地卫星:①轨道半径等于地球半径;②卫星所受万有引力等于重力mg;③卫星向心加速度即为重力加速度。(2)静止卫星:①静止卫星的周期等于地球的自转周期;②所有地球静止卫星都在赤道上空相同的高度上。　　　　　　　　
2.巧用“一模型、两思路”解答卫星运行参量问题(1)一模型:无论是自然天体(如地球、月球)还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)都可以看作质点,围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动。(2)两思路
温馨提示 不管是定性分析还是定量计算,都是利用万有引力提供向心力求出相应物理量的表达式讨论或求解,需要注意的是a、v、ω、T均与卫星质量无关。
(3)同一卫星在不同轨道上运行时机械能不同,轨道半径越大,机械能越大。(4)卫星经过不同轨道相交的同一点时加速度相等,外轨道的速度大于内轨道的速度。
温馨提示 航天器变轨时半径的变化根据万有引力和所需向心力的大小关系判断;稳定在新轨道上的运行速度变化由 判断。
[典例2](命题点2)静止卫星是北斗卫星导航系统非常重要的组成部分,下图为地球某静止卫星的转换轨道示意图,其中Ⅰ为近地轨道,Ⅱ为转换轨道,Ⅲ为同步轨道,下列说法正确的是(　　)A.赤道上静止物体的向心加速度为a0,Ⅰ轨道上卫星的加速度为a1,Ⅲ轨道上卫星的加速度为a3,则加速度的大小关系为a3>a1>a0B.在Ⅱ轨道上,卫星从P点运动到Q点的过程中机械能增加C.在P点,卫星在Ⅱ轨道的线速度大于在Ⅰ轨道的线速度D.Ⅱ轨道对应的运行周期大于Ⅲ轨道对应的运行周期
温馨提示 卫星变轨的两种情况
【对点训练】4.(2023广东名校联考)(命题点1)2023年1月9日,“长征七号” A运载火箭在中国文昌航天发射场点火起飞,托举“实践二十三号”卫星直冲云霄,随后卫星进入预定轨道,发射取得圆满成功。已知地球表面的重力加速度大小为g,地球的半径为R,“实践二十三号”卫星距地面的高度为h,入轨后绕地球做匀速圆周运动,该卫星的(　　)
5.(2023广西桂林、河池、防城港三市联考调研卷)(命题点2)2023年2月10日,远在火星执行全球遥感科学探测任务的“天问一号”火星探测器,已经在火星“上岗”两年整。两年来,探测器“履职尽责”,获取一手探测数据,取得丰硕科研成果。“天问一号”作为我国首枚火星探测器,其发射轨道可简化为如图所示,其中轨道Ⅰ为与第一宇宙速度7.9 km/s对应的近地环绕圆轨道,轨道Ⅱ为椭圆轨道,轨道Ⅲ为与第二宇宙速度11.2 km/s对应的脱离轨道,a、b、c三点分别位于三条轨道上,b、d两点为轨道Ⅱ的远地点和近地点,b、c点与地心的距离均为轨道Ⅰ半径的2倍,则(　　)A.卫星从轨道Ⅰ变轨进入轨道Ⅱ需要在d点减速B.卫星在轨道Ⅱ的运行周期为轨道Ⅰ周期的2 倍C.质量相同的卫星在b点的机械能小于在c点的机械能D.卫星在a点的加速度大小为在b点加速度大小的2倍
6.(多选)(命题点1、2)如图所示,利用霍曼转移轨道可以将航天器从地球发送到火星。若地球和火星绕太阳公转的轨道都是圆形,则霍曼轨道就是一个近日点和远日点分别与这两个行星轨道相切的椭圆轨道。当航天器到达地球轨道的P点时,瞬时点火后航天器进入霍曼轨道,当航天器运动到火星轨道的Q点时,再次瞬时点火后航天器进入火星轨道。已知火星绕太阳公转的轨道半径是地球绕太阳公转轨道半径的k倍,下列说法正确的是(　　)A.航天器在霍曼轨道上经过Q点时,点火减速可进入火星轨道B.航天器在地球轨道上的加速度大于在火星轨道上的加速度C.航天器在地球轨道上运行的线速度小于在火星轨道上运行的线速度D.若航天器在霍曼轨道上运行一周,其时间为 年
温馨提示注意区分定轨绕行规律和变轨瞬间各物理量的变化规律。
天体运动中的追及相遇问题
【主题概述】天体运动中的多星模型主要包括“双星”模型和“三星”模型。
首先根据 =mrω2判断出谁的角速度大,然后根据两星转动的角度关系求解。当两星追上或相距最近时满足两星运动的角度差等于2π的整数倍,即ωAt-ωBt=n·2π(n=1,2,3…),相距最远时两星运行的角度差等于π的奇数倍,即ωAt-ωBt=(2n+1)π(n=0,1,2…)。
【考向预测】天体运动中的追及相遇问题在高考中属于中频考点,总体难度较大,对考生要求较高,考查考生的分析能力。
【典例分析】[典例](多选)如图所示,在万有引力作用下,a、b两卫星在同一平面内绕某一行星c沿逆时针方向做匀速圆周运动,已知轨道半径之比为ra∶rb=1∶4,则下列说法正确的有(　　)A.a、b运动的周期之比为Ta∶Tb=1∶8B.a、b运动的周期之比为Ta∶Tb=1∶4C.从图示位置开始,在b转动一周的过程中,a、b、c共线12次D.从图示位置开始,在b转动一周的过程中,a、b、c共线14次
【类题演练】1.太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间,且三者几乎排成一条直线的现象,称为“行星冲日”。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如表:
则相邻两次“冲日”时间间隔约为(　　)A.火星365天B.火星800天C.天王星365天D.天王星800天
2.(2023河南郑州二模)太空电梯的原理与生活中的普通电梯十分相似。只需在地球同步轨道上建造一个空间站,并用某种足够长也足够结实的“索道”将其与地面相连。如图所示,假设有一长度为r的太空电梯连接地球赤道上的固定基地与静止卫星轨道上的空间站a,整个太空电梯相对地面静止。卫星b与空间站a的运行方向相同,某时刻二者距离最近,已知地球半径为R,自转周期为T,下列说法正确的是(　　)A.太空电梯各点均处于完全失重状态B.太空电梯上各点线速度与该点离地球球心距离成反比C.太空电梯靠近地球一端的角速度大于卫星b的角速度D.若经过时间t之后,a、b第一次相距最远,则卫星b的周期为2t
速度越小,由于太空电梯上(除a处)各质点的角速度与静止卫星的角速度相同,即“太空电梯”各质点的角速度小于与其处于同一轨道半径上卫星的角速度,则“太空电梯”上各质点做圆周运动所需的向心加速度小于该轨道卫星的向心加速度,卫星的向心力全部由万有引力提供,但是太空电梯上各质点的向心力小于其万有引力,所以处于失重状态,但不是处于完全失重状态,故A错误。由于太空电梯上各点的角速度等于地球自转的角速度,可知太空电梯上各点线速度与该点离地球球心距离成正比,故B错误。卫星轨道半径越大,角速度越小,由于太空电梯上各质点的角速度与静止卫星的角速度相同,所以太空电梯靠近地球一端的角速度大于卫星b的角速度,故C正确。