2021高考物理二轮复习第4讲万有引力与航天课件

这是一份2021高考物理二轮复习第4讲万有引力与航天课件，共35页。PPT课件主要包含了-2-，知识脉络梳理，规律方法导引，-3-，-4-，命题热点一，命题热点二，命题热点三，-5-，思维导引等内容，欢迎下载使用。

1.知识规律(1)一条黄金代换式:GM=gR2。(2)两条基本思路。
2.思想方法(1)物理思想:估算思想、物理模型思想。(2)物理方法:整体替代法、假设法、近似法、比值法。
天体运动问题常以选择题的形式考查万有引力定律及天体做匀速圆周运动的公式。例1把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动。从水星与金星和太阳在一条直线上开始计时,若测得在相同时间内水星、金星转过的角度分别为θ1、θ2(均为锐角),则由此条件可求得水星和金星(　　)A.质量之比B.绕太阳运动的轨道半径之比C.绕太阳运动的动能之比D.受到太阳的引力之比
解析:根据题述测得在相同时间内水星、金星转过的角度分别为θ1、θ2,可得二者绕太阳运动的周期之比,再根据开普勒第三定律可得二者绕太阳运动的轨道半径之比,即二者到太阳的距离之比,选项B正确。
例2如图所示,在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动,某一时刻它们恰好在与地心连线的同一直线上,则下列说法正确的是(　　)
B.运转角速度满足关系ωA>ωB>ωCC.向心加速度满足关系aA解析:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,
度满足关系aA规律方法天体各物理量随轨道半径变化的规律分析
拓展训练1(2019·天津卷)2018年12月8日,肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射,“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测,率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M、半径为R,探测器的质量为m,引力常量为G,嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时,探测器的(　　)
解析:探测器绕月球做圆周运动的向心力由万有引力提供,则有
中心天体质量和密度的估算以选择题形式考查中心天体的质量和密度,常涉及数值(公式)的整体替代。例3若已知引力常量为G,月球绕地球做圆周运动的半径为r1、周期为T1,嫦娥三号探月卫星绕月球做圆周运动的环月轨道半径为r2、周期为T2,不计其他天体的影响,则根据题目条件可以(　　)A.求出地球的密度B.求出嫦娥三号探月卫星的质量C.求出地球与月球之间的万有引力
解析:中心天体是“地球”
由于探月卫星的质量m被约分,因此不能求出它的质量,选项B错误。由m地、m月、r1和万有引力定律,可知选项C正确。
规律方法关于天体质量和密度计算应注意的问题1.利用万有引力提供天体圆周运动的向心力估算天体质量时,估算的只是中心天体的质量,而非环绕天体的质量。2.区别天体半径R和卫星轨道半径r,只有在天体表面附近的卫星,才有r≈R;计算天体密度时,V= πR3中的“R”只能是中心天体的半径。3.天体质量估算中常有隐含条件,如地球的自转周期为24 h,公转周期为365天等。4.注意黄金代换式GM=gR2的应用。
拓展训练2(2018·全国卷Ⅱ)2018年2月,我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”,其自转周期T=5.19 ms,假设星体为质量均匀分布的球体,已知引力常量为6.67×10-11 N·m2/kg2。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为(　　)A.5×109 kg/m3B.5×1012 kg/m3C.5×1015 kg/m3D.5×1018 kg/m3
解析:设星体“赤道”表面上有一质量为m的物体,当其刚好不脱离星体时,星体的体积最大,密度最小,其所受万有引力提供物体随星
航天器的运行及变轨问题常以选择题形式考查航天器的运行、加速、减速运动,有时结合能量问题一起出题。例4(多选)地球赤道上的重力加速度为g,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a,卫星甲、乙、丙在如图所示三个椭圆轨道上绕地球运行,卫星甲和乙的运行轨道在P点相切,下列说法正确的是(　　)A.如果地球自转的角速度突然变为原来的 倍,那么赤道上的物体恰好会“飘”起来B.卫星甲、乙经过P点时的加速度大小相等C.卫星甲的周期最大D.三个卫星在远地点的速度可能大于第一宇宙速度
星到地心的距离,卫星甲、乙分别经过P点时r相同,则加速度相等,故B正确。根据开普勒第三定律知,椭圆半长轴越大,卫星的周期越大,卫星甲的半长轴最大,故甲的周期最大,故C正确。根据万有引力
径等于地球半径时,速度等于第一宇宙速度,假设一卫星绕经过远地点的圆轨道做圆周运动,则此卫星的速度一定小于第一宇宙速度,卫星从该轨道进入椭圆轨道,要做减速运动,速度要变小,故三个卫星的速度均小于第一宇宙速度,故D错误。
(1)当F供=F需时,天体在圆轨道上正常运行。(2)当F供>F需时,天体做近心运动。(3)当F供拓展训练3(2019·湖北荆州中学双周考)我国已掌握“半弹道跳跃式高速再入返回技术”,为实现嫦娥飞船月地返回任务奠定基础。如图所示,虚线为大气层边界,返回器与服务舱分离后,从a点无动力滑入大气层,然后从c点“跳”出,再从e点“跃”入,实现多次减速,可避免损坏返回器。d点为轨迹的最高点,离地心的距离为r,返回器在d点时的速度大小为v,地球质量为M,引力常量为G。则返回器(　　)A.在b点处于失重状态B.在a、c、e点时的动能相等
解析:返回器在b点处加速度方向背离地心,处于超重状态,故A错误;返回器从a到e会经大气层,有能量的损耗,在a、c、e三点时的速度不等,逐次减小,故B错误;返回器在d点受万有引力
1.假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动,已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离,那么(　　)A.地球公转周期大于火星的公转周期B.地球公转的线速度小于火星公转的线速度C.地球公转的加速度小于火星公转的加速度D.地球公转的角速度大于火星公转的角速度
2.(2020·全国卷Ⅱ)若一均匀球形星体的密度为ρ,引力常量为G,则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是(　　)
3.(2019·全国卷Ⅱ)2019年1月,我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆。在探测器“奔向”月球的过程中,用h表示探测器与地球表面的距离,F表示它所受的地球引力,能够描述F随h变化关系的图像是(　　)
4.(多选)(2017·全国卷Ⅱ)如图所示,海王星绕太阳沿椭圆轨道运动,P为近日点,Q为远日点。M、N为轨道短轴的两个端点,运行的周期为T0。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用,则海王星在从P经过M、Q到N的运动过程中(　　)
B.从Q到N阶段,机械能逐渐变大C.从P到Q阶段,速率逐渐变小D.从M到N阶段,万有引力对它先做负功后做正功
5.(多选)如图所示,一颗在椭圆轨道Ⅰ上运行的地球卫星,通过轨道Ⅰ上的近地点P时,短暂点火加速后进入同步转移轨道Ⅱ。当卫星到达同步转移轨道Ⅱ的远地点Q时,再次变轨,进入同步轨道Ⅲ。下列说法正确的是(　　)A.卫星在轨道Ⅰ的P点进入轨道Ⅱ机械能增加B.卫星在轨道Ⅲ经过Q点时和在轨道Ⅱ经过Q点时速度相同C.卫星在轨道Ⅲ经过Q点时和在轨道Ⅱ经过Q点时加速度相同D.由于不同卫星的质量不同,因此它们的同步轨道高度不同
天上公式和地面公式的灵活应用【典例示范】 我国自主研制的月球车的落月点有一个富有诗意的名字——“广寒宫”。若已知月球质量为m月,半径为R,引力常量为G,下列说法正确的是(　　)
分析推理:1.月球。2.月球半径。3.环绕半径等于月球半径时。
以题说法本题以“我国探月工程”为背景,考查学生对天体运动规律、人造卫星问题的理解与应用。(1)理解“一个定律”:万有引力定律。(2)构建“两大模型”:①“天体公转”模型;②“天体自转”模型。绕通过自身中心的某一轴以一定的角速度匀速转动的天体称为“自转”天体。(3)注意“三个区别”:①中心天体和环绕天体的区别;②自转周期和公转周期的区别;③星球半径和轨道半径的区别。
针对训练 若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体,它们在水平方向运动的距离之比为2∶ ,已知该行星质量约为地球质量的7倍,地球的半径为R。由此可知,该行星的半径约为(　　)