2024届高考物理一轮复习专题四曲线运动万有引力与航天第4讲万有引力与航天课件

这是一份2024届高考物理一轮复习专题四曲线运动万有引力与航天第4讲万有引力与航天课件，共60页。PPT课件主要包含了三次方，二次方，万有引力，三种宇宙速度，太阳系，赤道平面，地球自转，宏观低速，卫星变轨的实质等内容，欢迎下载使用。
一、开普勒行星运动定律1.第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是__________，太阳处在椭圆的一个焦点上. 2.第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积.3.第三定律：所有行星的轨道的半长轴的__________跟它的公转周期的________的比值都相等. 
四、同步卫星的特点1.轨道平面一定：轨道平面与__________共面. 2.周期一定：与__________周期相同，即T＝24 h. 3.角速度一定：与__________的角速度相同. 
五、牛顿力学的局限性和相对论时空观1.牛顿力学的局限性.牛顿力学只适用于__________运动的物体，微观世界要用量子力学，高速运动、大质量天体需要用相对论. 
2.相对论时空观.(1)在狭义相对论中，物体的质量是随物体运动速度的增大而________的. (2)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是________的. 
(1)面积定律是对同一个行星而言的，不同的行星相等时间内扫过的面积不等.由面积定律可知，行星在近日点的速度比它在远日点的速度大.(2)经典力学——牛顿运动定律的适用范畴.
1.[开普勒行星运动定律的理解]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
3.[卫星运动参量的计算]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　
例1　我国自主研发的空间站“天和”核心舱入轨运行良久，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是(　　)A.核心舱的质量和绕地半径B.核心舱的质量和绕地周期C.核心舱的绕地角速度和绕地周期D.核心舱的绕地线速度和绕地半径【答案】D　
1.(2021年全国卷Ⅱ)科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示.科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1 000 AU(太阳到地球的距离为1 AU)的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞.这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖.若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为(　　)A.4×104M　　B.4×106MC.4×108M　　D..4×1010M【答案】B　
2.(2022年全国卷)2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约400 km的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课.通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们(　　)A.所受地球引力的大小近似为零B.所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零C.所受地球引力的大小与其随飞船运动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随飞船运动所需向心力的大小【答案】C　
考点2　卫星运行参量的分析与计算　[能力考点]1.卫星的轨道(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种.(2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星.
2.地球同步卫星的特点六个“一定”.
3.卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
考向1　卫星运行物理量的比较例2　(2022年广东卷)“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季.假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍.火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动.下列关于火星、地球公转的说法正确的是(　　)A.火星公转的线速度比地球的大B.火星公转的角速度比地球的大C.火星公转的半径比地球的小D.火星公转的加速度比地球的小【答案】D　
考向3　近地卫星、同步卫星和赤道上物体的运行问题例4　如图所示，A是静止在赤道上的物体，随地球自转而做匀速圆周运动；B、C是同一平面内两颗人造卫星，B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星.已知第一宇宙速度为v，物体A和卫星B、C的线速度大小分别为vA、vB、vC，周期大小分别为TA、TB、TC，则下列关系正确的是(　　)A.vA＝vC＝v　B.vA＜vC＜vB＜vC.TA＞TC＞TB＜TB＜TC【答案】B　
1.(2022年湖北卷)2022年5月，我国成功完成了“天舟四号”货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟.下列说法正确的是(　　)A.组合体中的货物处于超重状态B.组合体的速度大小略大于第一宇宙速度C.组合体的角速度大小比地球同步卫星的大D.组合体的加速度大小比地球同步卫星的小【答案】C　
2.(2022年广东模拟)我国发射了首颗用于太阳Hα波段光谱成像探测的试验卫星“羲和号”，标志着中国将正式进入“探日时代”.该卫星轨道为圆轨道，通过地球南北两极上方，离地高度517 km，如图所示，则该卫星(　　)A.运行周期可能小于1小时B.发射速度可能大于第二宇宙速度C.运行速度可能小于地球同步卫星的运行速度D.运行的轨道平面与地球同步卫星的轨道平面垂直【答案】D　
考点3　卫星变轨问题　[能力考点]1.必须掌握的三种运动情境
例5　(2022年浙江卷)“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【答案】C　
【解析】因发射的卫星要能变轨到绕太阳转动，则发射速度要大于第二宇宙速度，即发射速度介于11.2 km/s与16.7 km/s之间，A错误；因P点转移到Q点的转移轨道的半长轴大于地球公转轨道半径，则其周期大于地球公转周期(1年共12个月)，则从P点转移到Q点的时间为轨道周期的一半时间应大于6个月，B错误；因在环绕火星的停泊轨道的半长轴小于调相轨道的半长轴，则由开普勒第三定律可知在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小，C正确；卫星从P点变轨时，要增大速度，此后做离心运动速度减小，则在地火转移轨道运动时，P点速度大于地球绕太阳的速度，D错误.
1.(2022年江西临川一中检测)火星探测器“天问一号”在火星与地球距离最近时才发射.已知火星距离地球最近时大约0.55亿千米，信号传输速度大小为3×108 m/s，由于距离遥远，地球与火星之间的信号传输会有长时间的延时.可认为地球和火星在同一平面上、沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，火星的公转周期约是地球公转周期的1.9倍，如图所示.请根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是(　　 )A.地球的公转线速度小于火星的公转线速度B.当火星离地球最近时，地球上发出的指令需要约30分钟到达火星C.在地球上A点发射探测器，探测器的发射速度一定要大于16.7 km/sD.某时刻火星离地球最近，恰好是一个发射时机，则下一个发射时机需要再等约2.1年【答案】D　
2.如图所示，携带月壤的“嫦娥五号”轨道器和返回器组合体经历了约6天环月等待后在近月点A点火加速，从近圆轨道Ⅰ进入近月椭圆轨道Ⅱ，接着在点A再次加速，从轨道Ⅱ进入月地转移轨道Ⅲ，经过多次姿态调整后，在轨道Ⅲ的远月点B附近，实施轨道器和返回器分离，返回器进入预定返回轨道.已知地球质量约为月球质量的81倍，则“嫦娥五号”轨道器和返回器组合体(　　)A.在轨道Ⅰ上A点的速度大于在轨道Ⅱ上A点的速度B.在轨道Ⅰ上的运行周期大于在轨道Ⅱ上的运行周期C.在轨道Ⅲ上A点的加速度大于在轨道Ⅱ上A点的加速度D.在轨道Ⅲ上B点附近时，受到的地球引力大于月球引力【答案】D　
天体圆周运动的几种模型类型一　天体的三种匀速圆周运动模型　　如图所示，a为近地卫星，半径为r1；b为地球同步卫星，半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，半径为r3.
1.(多选)我国“北斗”导航系统(BDS)已经开始提供全球服务，具有定位、导航、授时、5G传输等功能.A、B为“北斗”系统中的两颗工作卫星，其中A是高轨道的地球静止同步轨道卫星，B是中轨道卫星.已知地球表面的重力加速度为g，地球的自转周期为T0，下列判断正确的是(　　)A.卫星A可能经过广州上空B.卫星B可能经过广州上空C.周期大小TA＝T0＞TBD.向心加速度大小aA＜aB＜g【答案】BCD　
2.如图所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c为地球的同步卫星.下列关于a、b、c的说法中正确的是(　　)A.b卫星转动线速度大于7.9 km/sB.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为aa＞ab＞acC.a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Tc＞Tb＞TaD.在b、c中，b的线速度大【答案】D　
类型二　双星(或三星)模型1.运行原理分析
2.双星、多星问题的分析技巧(1)根据双星或多星的特点、规律，先确定系统的中心以及运动的轨道半径.(2)各星体的向心力由其他天体的万有引力的合力提供.(3)星体的角速度相等.(4)星体的轨道半径不是天体间的距离.要利用几何知识，寻找两者之间的关系，正确计算万有引力和向心力.
3.(2022年岳阳二模)(多选)中国科学家利用“慧眼”太空望远镜观测到了银河系的MaXIJ1820+070是一个由黑洞和恒星组成的双星系统，距离地球约10 000光年.根据观测，黑洞的质量大约是太阳的8倍，恒星的质量只有太阳的一半，若已知太阳质量为M，引力常量为G，据此以上信息可以估算出(　　)A.黑洞与恒星做匀速圆周运动的轨道半径之比B.黑洞与恒星做匀速圆周运动的线速度大小之比C.黑洞做匀速圆周运动的角速度大小D.恒星的自转周期【答案】AB