高考物理二轮复习 专题05 万有引力定律与航天(讲)-人教版高三全册物理试题.doc
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1、专题05 万有引力定律与航天考试大纲要求考纲解读1. 万有引力定律及其应用1本章重点考查万有引力定律及其应用、环绕速度特别是我国近几年航天事业的飞速发展,使万有引力的应用成为近几年高考命题的热点2万有引力定律高考选择题每年都出,因本章知识较难与其他章串联,故计算题已被削弱.2. 环绕速度3. 第二宇宙速度和第三宇宙速度4.经典时空观和相对论纵观近几年高考试题,预测2018年物理高考试题还会考:1一般以选择题形出现,主要有天体运动中的基本参数求解与比较;双星问题的分析与计算2分析人造卫星的运行规律,是考试中的热点,一般以选择题的形式出现;从命题趋势上看,几乎年年有题,年年翻新,以近几年中国及世界
2、空间技术和宇宙探索为背景的题目备受青睐,对本部分内容的考查仍将延续与生产、生活以及科技航天相结合,形成新情景的物理题。考向01 万有引力定律 天体运动1.讲高考(1)考纲要求掌握万有引力定律的内容、公式(2)命题规律一般以选择题形出现,主要有天体运动中的基本参数求解与比较;双星问题的分析与计算案例1【2017北京卷】利用引力常量G和下列某一组数据,不能计算出地球质量的是: ( )A地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)B人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离【答案】D【考点定位】万有引力定
3、律的应用【名师点睛】利用万有引力定律求天体质量时,只能求“中心天体”的质量,无法求“环绕天体”的质量。案例2 【2017新课标卷】(多选)如图,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。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: ( )A从P到M所用的时间等于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【答案】CD【解析】从P到Q的时间为T0,根据开普勒行星运动第二定律可知,从P到M运动的速率大于从M到Q运动的速率,可知P到M所用的时间小于T0,选项
4、A错误;海王星在运动过程中只受太阳的引力作用,故机械能守恒,选项B错误;根据开普勒行星运动第二定律可知,从P到Q阶段,速率逐渐变小,选项C正确;从M到N阶段,万有引力对它先做负功后做正功,选项D正确;故选CD。【考点定位】开普勒行星运动定律;机械能守恒的条件【名师点睛】此题主要考查学生对开普勒行星运动定律的理解;关键是知道离太阳越近的位置行星运动的速率越大;远离太阳运动时,引力做负功,动能减小,引力势能增加,机械能不变。案例3 【2016全国新课标卷】关于行星运动的规律,下列说法符合史实的是: ( )A开普勒在牛顿定律的基础上,导出了行星运动的规律B开普勒在天文观测数据的基础上,总结出了行星运
5、动的规律C开普勒总结出了行星运动的规律,找出了行星按照这些规律运动的原因D开普勒总结出了行星运动的规律,发现了万有引力定律【答案】B【解析】开普勒在天文观测数据的基础上,总结出了开普勒天体运动三定律,找出了行星运动的规律,而牛顿发现了万有引力定律,ACD错误,B正确。【考点定位】考查了物理学史【方法技巧】平时学习应该注意积累对物理学史的了解,知道前辈科学家们为探索物理规律而付出的艰辛努力,对于物理学上的重大发现、发明、著名理论要加强记忆,这也是考试内容之一。2讲基础(1)开普勒行星运动定律(2)万有引力定律内容:表达式: ;引力常量G6.671011 Nm2/kg2.适用条件:(3)天体质量和
6、密度的计算利用天体表面的重力加速度g和天体半径R。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。(4)双星系统模型的特点:两星都绕它们连线上的一点做匀速圆周运动,故两星的角速度、周期相等两星之间的万有引力提供各自做匀速圆周运动的向心力,所以它们的向心力大小相等;两星的轨道半径之和等于两星间的距离,即r1r2L.3讲典例案例1 科学家经过深入观测研究,发现月球正逐渐离我们远去,并且将越来越暗。有地理学家观察了现存击中鹦鹉螺化石,发现其贝壳上的波状螺纹具有树木年轮一样的功能,螺纹分许多隔,每隔上波状生长线在30条左右,与现代农历一个月的天数完全相同。观察发现,鹦鹉螺的波状生长线每天长一条,
7、每月长一隔。研究显示,鹦鹉螺的贝壳上的生长线,现代是30条,中生代白垩纪是22条,侏罗纪是18条,奥陶纪是9条。已知地球表面的重力加速度为g,地球半径为,现在月球到地球的距离约为38万公里。始终将月球绕地球的运动视为圆周轨道,由以上条件可以估算奥陶纪月球到地球的距离约为( )A. B. C. D. 【答案】A【解析】解: 由题可知现代鹦鹉螺的贝壳上,生长线是30条,对应周期为30天;奥陶纪是9条,每一条对应1天,可知奥陶纪月球周期为9天;根据 ,可知,奥陶纪月球到地球的距离约为 。本题选A【趁热打铁】行星A和B都是均匀球体,其质量之比是1:3,半径之比是1:3,它们分别有卫星a和b,轨道接近各
8、自行星表面,则两颗卫星a和b的周期之比为 ( )A. 1:27 B. 1:9 C. 1:3 D. 3:1【答案】C【解析】:案例2(多选)天文学家发现某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运行周期,万有引力恒量为,由此可推算出( )A. 行星的质量B. 行星的加速度C. 恒星的质量D. 恒星的密度【答案】BC【解析】行星围绕恒星转动时,万有引力提供向心力: ,a= 当知道行星的轨道半径和运行周期时,可以求出恒星的质量及行星的加速度,无法求出行星的质量及恒星的密度,故BC正确,AD错误。 【趁热打铁】由三颗星体构成的系统,忽略其他星体对它们的作用,存在着一种运动形式:三颗
9、星体在相互之间的万有引力作用下,分别位于等边三角形的三个顶点上,绕某一共同的圆心O在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动(图为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况)若A星体质量为2m,B、C两星体的质量均为m,三角形的边长为a,则下列说法正确的是()A. A星体所受合力大小FAB. B星体所受合力大小FBC. C星体的轨道半径RCaD. 三星体做圆周运动的周期T【答案】D4讲方法(1)用万有引力定律解决天体问题的基本思路基本方法:把天体(或人造卫星)的运动看成是匀速圆周运动,其所需向心力由万有引力提供。基本公式: (M是中心天体的质量;m是环绕天体的质量;r是环绕天体的轨道半径,也是两
10、天体之间的距离)。(2)估算中心天体的质量和密度的两个思路利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.由于,故天体质量;天体密度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.由万有引力等于向心力,即,得出中心天体质量;天体密度(R为天体半径)(3)双星系统模型的三大规律:双星系统的周期、角速度相同轨道半径之比与质量成反比双星系统的周期的平方与双星间距离的三次方之比只与双星的总质量有关,而与双星个体的质量无关5讲易错【题目】如图所示,“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器于北京时间2011年11月3日凌晨实现刚性连接,形成组合体,使中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功若已知地球的自转周
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