高中物理必修二万有引力定律与天体运动-分析与试题分解

考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练第3讲万有引力定律与天体运动考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【思维驱动】(单选)关于万有引力公式F＝Gm1m2r2，以下说法中正确的是()．A．公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体B．当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大C．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律D．公式中引力常量G的值是牛顿规定的万有引力定律及其应用Ⅱ(考纲要求)考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练解析万有引力公式F＝Gm1m2r2，虽然是牛顿由天体的运动规律得出的，但牛顿又将它推广到了宇宙中的任何物体，适用于计算任何两个质点间的引力．当两个物体的距离趋近于0时，两个物体就不能视为质点了，万有引力公式不再适用．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律．公式中引力常量G的值，是卡文迪许在实验室里实验测定的，而不是人为规定的．故正确答案为C.答案C考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【知识存盘】1．内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积，与它们之间距离r的平方．2．表达式：F＝Gm1m2r2，G为引力常量：G＝6.67×10－11N·m2/kg2.成正比成反比考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练3．适用条件(1)公式适用于间的相互作用．当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质点．(2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是的距离.质点两球心间考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【思维驱动】(单选)关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是()．A．第一宇宙速度又叫脱离速度B．第一宇宙速度又叫环绕速度C．第一宇宙速度跟地球的质量无关D．第一宇宙速度跟地球的半径无关解析由于对第一宇宙速度与环绕速度两个概念识记不准，造成误解，其实第一宇宙速度是指最大的环绕速度．答案B环绕速度Ⅱ(考纲要求)考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【知识存盘】1．第一宇宙速度又叫环绕速度．推导过程为：由mg＝mv2R＝GMmR2得：v＝GMR＝gR＝7.9km/s.2．第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度．3．第一宇宙速度是人造卫星的速度，也是人造地球卫星的速度．最大环绕最小发射考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【思维驱动】(多选)如图4-3-1所示是牛顿研究抛体运动时绘制的一幅草图，以不同速度抛出的物体分别沿a、b、c、d轨迹运动，其中a是一段曲线，b是贴近地球表面的圆，c是椭圆，d是双曲线的一部分．已知引力常量为G、地球质量为M、半径为R、地球附近的重力加速度为g.以下说法中正确的是()．第二宇宙速度和第三宇宙速度Ⅰ(考纲要求)图4-3-1考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练A．沿a运动的物体初速度一定小于gRB．沿b运动的物体速度等于GMRC．沿c运动的物体初速度一定大于第二宇宙速度D．沿d运动的物体初速度一定大于第三宇宙速度考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练解析b是贴近地球表面的圆，沿此轨迹运动的物体满足GMmR2＝mv2R，解得v＝GMR，或满足mg＝mv2R，解得v＝gR，以上得到的两个速度均为第一宇宙速度，发射速度小于第一宇宙速度则不能成为人造卫星，如a，故A、B正确；发射速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，卫星的轨道为椭圆，如c，故C错误；发射速度大于第二宇宙速度，轨迹将不闭合，发射速度大于第三宇宙速度，轨迹也不闭合，故d轨迹不能确定其发射速度是否大于第三宇宙速度，D错误．答案AB考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【知识存盘】1．第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝km/s，使物体挣脱引力束缚的最小发射速度．2．第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝km/s，使物体挣脱引力束缚的最小发射速度．●特别提醒(1)两种周期——自转周期和公转周期的不同(2)两种速度——环绕速度与发射速度的不同，最大的环绕速度等于最小的发射速度．(3)两个半径——天体半径R和卫星轨道半径r不同.11.216.7地球太阳考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【思维驱动】(多选)关于公式m＝m01－v2c2，下列说法中正确的是()．A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量B．当物体的运动速度v0时，物体的质量mm0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的经典时空观和相对论时空观Ⅰ(考纲要求)考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉．在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化解析公式中的m0是物体静止时的质量，m是物体以速度v运动时的质量，故A错误；由公式可知，只有当v接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，故经典力学仍然适用，B错误，C、D正确．答案CD考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【知识存盘】1．经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随而改变的．(2)在经典力学中，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．运动状态相同考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练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，用公式表示为m＝m01－v2c2.(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．增大不同考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练3．狭义相对论的两条基本假设(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是的．(2)光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都是的．不同不变考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练1．卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系做匀速圆周运动的卫星所受万有引力完全提供所需向心力，即F引＝F向GMmr2＝mv2r⇒v＝GMr⇒mrω2⇒ω＝GMr3⇒m4π2T2r⇒T＝4π2r3GM⇒man⇒an＝GMr2⇒当r增大时⇒v减小⇒ω减小⇒T增大⇒an减小考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练2．同步卫星的五个“一定”与地球自转周期相同，即T＝24h．与地球自转的角速度相同．由GMmR＋h2＝m4π2T2(R＋h)得同步卫星离地面的高度h＝3GMT24π2－R.考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练v＝GMR＋h.轨道平面与赤道平面共面．考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练考点一万有引力定律的应用【典例1】(2012·课标全国卷，21)(单选)假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体．一矿井深度为d.已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零．矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为()．A．1－dRB．1＋dRC.R－dR2D.RR－d2考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练解析设地球的密度为ρ，地球的质量为M，根据万有引力定律可知，地球表面的重力加速度g＝GMR2.地球质量可表示为M＝43πR3ρ.因质量分布均匀的球壳对球壳内物体的引力为零，所以矿井下以(R－d)为半径的地球的质量为M′＝43π(R－d)3ρ，解得M′＝R－dR3M，则矿井底部处的重力加速度g′＝GM′R－d2，则矿井底部处的重力加速度和地球表面的重力加速度之比为g′g＝1－dR，选项A正确，选项B、C、D错误．答案A考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【变式跟踪1】(多选)美国航空航天局发射的“月球勘测轨道器”LRO，LRO每天在50km的高度穿越月球两极上空10次．若以T表示LRO在离月球表面高度h处的轨道上做匀速圆周运动的周期，以R表示月球的半径，则()．A．LRO运行时的向心加速度为4π2RT2B．LRO运行时的向心加速度为4π2R＋hT2考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练C．月球表面的重力加速度为4π2RT2D．月球表面的重力加速度为4π2R＋h3T2R2解析LRO运行时的向心加速度为a＝ω2r＝2πT2(R＋h)，B正确；根据Gm月mR＋h2＝m2πT2(R＋h)，又Gm月m′R2＝m′g，两式联立得g＝4π2R＋h3T2R2，D正确．答案BD考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练以题说法计算重力加速度的方法1．在地球表面附近的重力加速度g不考虑地球自转：mg＝GmMR2，得g＝GMR22．在地球上空距离地心r＝R＋h处的重力加速度为g′，mg′＝GmMR＋h2得g′＝GMR＋h2所以gg′＝R＋h2R23．其他星球上的物体，可参考地球上的情况做相应分析．考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练备课札记考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练考点二对宇宙速度的理解及计算【典例2】(单选)我国在西昌卫星发射中心，将巴基斯坦通信卫星1R(Paksat－1R)成功送入地球同步轨道，发射任务获得圆满成功．关于成功定点后的“1R”卫星，下列说法正确的是()．A．运行速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度B．离地面的高度一定，相对地面保持静止C．绕地球运行的周期比月球绕地球运行的周期大D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练解析人造地球卫星(包括地球同步卫星)的发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，而其运行速度小于第一宇宙速度，选项A错误；地球同步卫星在赤道上空相对地面静止，并且距地面的高度一定，大约是3.6×104km，选项B正确；地球同步卫星绕地球运动的周期与地球自转周期相同，即T＝24h，而月球绕地球运行的周期大约是27天，选项C错误；地球同步卫星与静止在赤道上物体的运行周期相同，角速度也相同，根据公式a＝ω2r可知，运行半径大的向心加速度大，所以地球同步卫星的向心加速度大于静止在赤道上物体的向心加速度，选项D错误．答案B考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练【变式跟踪2】(2012·西安名校三检)(单选)“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料．设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的是()．A．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的1n倍B．同步卫星的运行速度是地球赤道上随地球自转的物体速度的1n倍C．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的1n倍D．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1n倍考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练解析设地球半径为R，质量为M，则第一宇宙速度v1＝GMR，根据万有引力等于向心力得同步卫星的运行速度v＝GMnR，所以同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的1n倍，A错、C对；同步卫星和地球赤道上随地球自转的物体角速度相同，根据v＝ωr，同步卫星的运行速度是地球赤道上随地球自转的物体速度的n倍，B错；考纲自主研读考点互动探究高考高分技巧随堂基础演练活页限时训练由GMmr2＝ma，可得同步卫星的向心加速度a＝GMnR2，地球表面重力加速度g＝GmR2，所以同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1n2倍，D错．答案