（浙江专用）2020版高考物理一轮复习 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(浙江专用)五年高考A组自主命题·浙江卷题组考点万有引力定律及其应用人造卫星1.(2018浙江4月选考,9,3分)土星最大的卫星叫“泰坦”(如图),每16天绕土星一周,其公转轨道半径约为1.2×106km。已知引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,则土星的质量约为 ()A.5×1017kgB.5×1026kgC.7×1033kgD.4×1036kg答案B卫星“泰坦”绕土星做圆周运动,万有引力提供向心力,有G =m r,得M= ,代入数据得土星质量约5×1026kg,故B正确。2Mmr22T2324rGT2.(2017浙江11月选考,7,3分)如图所示是小明同学画的人造地球卫星轨道的示意图,则卫星 () A.在a轨道运行的周期为24hB.在b轨道运行的速度始终不变C.在c轨道运行的速度大小始终不变D.在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的答案Da轨道半径未知,则卫星在a轨道运行的周期不能确定,选项A错误;b轨道上的卫星的速度方向不断变化,所以速度在变,选项B错误;地球在c轨道的其中一个焦点上,因此在近地点时卫星速度快,远地点速度慢,选项C错误;正在c轨道上运行的卫星,与地球的距离在变化,所以根据F=G 可以看出其受到地球的引力大小在不断变化,D正确。2Mmr3.(2017浙江4月选考,11,3分)如图所示,设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动,金星自身的半径是火星的n倍,质量为火星的k倍。不考虑行星自转的影响,则 () A.金星表面的重力加速度是火星表面的 倍B.金星的“第一宇宙速度”是火星的 倍C.金星绕太阳运动的加速度比火星小D.金星绕太阳运动的周期比火星大knkn知识拓展求解万有引力定律中比例计算的问题时可以用“比例运算法”解决。比如求解第一宇宙速度与半径的关系,应先得到要求解的量的表达式,即第一宇宙速度v= ,然后去掉常数项,则有v∝ ,又因为M∝ρR3,所以得到v∝R ,即不同星球若密度相同,则第一宇宙速度与星球半径成正比。“比例运算法”应用在选择题中可以节省计算时间,减小出错概率。GMR　MR　ρ　答案B根据g= 可知 = ,选项A错,根据v= 可知, = ,选项B正确;根据a= 可知,距离太阳越远,加速度越小,根据 =c可知,距离太阳越远,周期越大,所以选项C、D均错。2GMRgg金火2knGMRkn2GMr日32rTvv金火4.(2016浙江10月选考,12,3分)如图所示,“天宫二号”在距离地面393km的近圆轨道运行。已知引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,地球质量M=6.0×1024kg,地球半径R=6.4×103km。由以上数据可估算 () A.“天宫二号”质量B.“天宫二号”运行速度C.“天宫二号”受到的向心力D.地球对“天宫二号”的引力答案B根据万有引力提供向心力,即 =m ,可知v= ,所以选项B正确。无法得知天宫二号的质量,即选项A错误,同时其受到的向心力、引力都因为不知质量而无法求解,所以C、D错误。2GmMr2vrGMr5.(2016浙江4月选考,11,3分)2015年12月,我国暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空进入高为5.0×102km的预定轨道。“悟空”卫星和地球同步卫星的运动均可视为匀速圆周运动。已知地球半径R=6.4×103km。下列说法正确的是 () A.“悟空”卫星的线速度比同步卫星的线速度小B.“悟空”卫星的角速度比同步卫星的角速度小C.“悟空”卫星的运行周期比同步卫星的运行周期小D.“悟空”卫星的向心加速度比同步卫星的向心加速度小答案C“悟空”卫星和地球同步卫星都绕地球做匀速圆周运动,满足:G =m =mω2r=m r,“悟空”卫星轨道半径小,所以线速度大,角速度大,周期小,向心加速度大,所以C正确。2Mmr2vr22T解题关键卫星、行星环绕中心天体做匀速圆周运动时,熟记v∝ ,ω∝ ,T∝ ,a∝ ,这几个关系式是快速求解的关键。同时应准确记住同步卫星的轨道半径、轨道高度、运行周期。1r　31r　3r　21r6.(2015浙江10月选考,7,3分)2015年9月20日“长征六号”火箭搭载20颗小卫星成功发射。在多星分离时,小卫星分别在高度不同的三层轨道被依次释放。假设释放后的小卫星均做匀速圆周运动,则下列说法正确的是 () A.20颗小卫星的轨道半径均相同B.20颗小卫星的线速度大小均相同C.同一圆轨道上的小卫星的周期均相同D.不同圆轨道上的小卫星的角速度均相同答案C三层轨道高度不同,故r不同,A错;由G =m =mω2r=m r可知,轨道半径不同,线速度、角速度大小不同,B、D错;同一轨道,轨道半径相同,周期相同,C正确。2Mmr2vr22T考点万有引力定律及其应用人造卫星B组统一命题、省(区、市)卷题组1.(2019课标Ⅱ,14,6分)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 () 答案D本题考查了万有引力定律公式。考查了学生对万有引力定律的理解能力,体现了运动和相互作用的物理观念及科学推理的核心素养。由万有引力定律可知,探测器受到的万有引力F= ,其中R为地球半径。在探测器“奔向”月球的过程中,离地面距离h增大,其所受的万有引力非线性减小,故选项D正确。2()GMmRh储备知识万有引力定律公式,数学函数与图像的关联。2.(2019课标Ⅲ,14,6分)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现? ()A.电阻定律B.库仑定律C.欧姆定律D.能量守恒定律答案D本题考查了对基本规律的理解能力,体现了能量观念这一重要核心素养。楞次定律的本质是感应磁场中能量的转化,是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现,故选项D正确。规律总结电阻定律R=ρ 是导体对电流阻碍作用的体现;库仑定律是对真空中静止点电荷之间作用力的认识;欧姆定律是通过导体的电流与导体两端电压、导体电阻关系的体现。LS3.(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。4.(2018课标Ⅰ,20,6分)(多选)2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100s时,它们相距约400km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看做是质量均匀分布的球体,由这些数据、引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星 ()A.质量之积B.质量之和C.速率之和D.各自的自转角速度答案BC本题考查万有引力定律的应用等知识。双星系统由彼此间万有引力提供向心力,得 =m1 r1,G =m2 r2,且T= ,两颗星的周期及角速度相同,即T1=T2=T,ω1=ω2=ω,两颗星的轨道半径r1+r2=L,解得 = ,m1+m2= ,因为 未知,故m1与m2之积不能求出,则选项A错误,B正确。各自的自转角速度不可求,选项D错误。速率之和v1+v2=ωr1+ωr2=ω·L,故C项正确。122GmmL21ω122mmL22ω2ω12mm21rr2324LGT21rr规律总结比值关系类问题解法此类题目的通用解法是依据相对应的原理、规律、关系列出必要的方程组,解出相应关系表达式,结合题目的已知条件及常数,判断相应的关系和结果。5.(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= ,得其密度ρ= = kg/m3=5×1015kg/m3,故选项C正确。2GMmR224T343MR23GT113233.146.6710(5.1910)方法技巧万有引力定律及天体质量和密度的求解方法(1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R。由于 =mg,故天体质量M= ,天体密度ρ= = = 。(2)通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r。①由万有引力提供向心力,即G =m r,得出中心天体质量M= ;②若已知天体半径R,则天体的平均密度ρ= = = ;③若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动,可认为其轨道半径r等于天体半径R,则天体密度ρ= 。可见,只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T,就可估算出中心天体的密度。2GMmR2gRGMV343MR34gGR2Mmr224T2324rGTMV343MR3233rGTR23GT6.(2018课标Ⅲ,15,6分)为了探测引力波,“天琴计划”预计发射地球卫星P,其轨道半径约为地球半径的16倍;另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为()A.2∶1B.4∶1C.8∶1D.16∶1答案C本题考查万有引力定律、向心力公式、周期公式。卫星P、Q围绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,即G =m R,则T= , = = ,选项C正确。2MmR224T234RGMPQTT33PQRR81一题多解卫星P、Q围绕地球做匀速圆周运动,满足开普勒第三定律, = ,解得 = = ,选项C正确。32PPRT32QQRTPQTT33PQRR817.(2019北京理综,18,6分)2019年5月17日,我国成功发射第45颗北斗导航卫星,该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星 ()A.入轨后可以位于北京正上方B.入轨后的速度大于第一宇宙速度C.发射速度大于第二宇宙速度D.若发射到近地圆轨道所需能量较少答案D本题考查了有关人造卫星、宇宙航行的知识以及万有引力定律在航天中的应用,体现了对考生综合分析能力和科学推理能力的考查。因地球静止轨道卫星(同步卫星)的运行轨道在地球赤道正上方,故该北斗导航卫星入轨后不能位于北京正上方,选项A错误;第一宇宙速度在数值上等于地球近地卫星的线速度,由万有引力提供向心力 = ,可得v= ,同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径,则同步卫星入轨后的速度小于第一宇宙速度,故选项B错误;地球卫星的发射速度应大于等于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度,选项C错误;近地卫星的高度小,发射时所需的能量较少,故选项D正确。2GMmr2mvrGMr疑难突破由 = 可知卫星在轨道上所具有的动能Ek= mv2= ,而卫星在轨道上的势能Ep=- ,故卫星在轨道上的机械能E=Ek+Ep=- ,因此相同质量卫星的运行轨道半径越大,发射时所需能量就越大。2GMmr2mvr122GMmrGMmr2GMmr8.(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