第五章 第1课时 万有引力定律及其应用-2023高考物理【直击双1流】一轮复习讲义

第五章 　 万有引力与航天 课时 真题 题设情景 能力要求 素养要求 考情预测 万 有 引 力 定 律 及 其 应 用 2021 全国卷甲,18 天问一号距离火星表面 的最远距离 理解能力、推理能力 科学推理 2021 全国卷乙,18 黑洞质量的求解 推理能力 科学推理 2021 河北卷,4 飞船和地球同步卫星的 轨道半径之比 推理能力、分析综合能力 科学推理 2021 湖南卷,7 天和核心舱的速度、 周 期、轨道半径、万有引力 推理能力、分析综合能力 科学推理 2020 课标 Ⅰ,15 同一物体在火星表面和 地球表面的引力之比 理解能力 科学推理、物质观念 2020 课标 Ⅱ,15 卫星绕匀质星球做圆周 运动的周期 理解能力、分析综合能力 科学推理 2020 山东卷,7 着陆器匀减速登陆火星 时的受力情况 理解能力、分析综合能力 运动观念、相互作用 观念、科学推理 2019 课标 Ⅱ,14 嫦娥 四 号 探 测 器 奔 月 过程 推理能力、应用数学处理物理 问题的能力 科学论证 2019 课标 Ⅲ,15 金星、地球和火星绕太阳 公转的 a、v、R 关系 推理能力 科学推理、科学论证 万有引力定律及其应用是 高考的命题热点,几乎每年 高考都会涉及,主要是应用 万有引力定律计算重力加 速度、天体质量、天体密度 等,其次是应用万有引力定 律对天体的运动规律进行 分析,预测今后还会从这两 个方面进行考查 人 造 卫 星 ︑宇 宙 速 度 2021 广东卷,2 可以求出地球质量的天 和核心舱参数 推理能力 科学推理 2020 课标 Ⅲ,16 嫦娥四号绕月球做圆周 运动的速率 推理能力、分析综合能力 运动观念、相互作用 观念、科学推理 2020 北京卷,5 火星探测器的发射速度 和第一宇宙速度 理解能力、分析综合能力 科学推理、科学论证 2020 浙江 7 月,7 火星、地球绕太阳运行的 相关物理量之比 理解能力、分析综合能力 科学推理 2020 江苏卷,7 人造卫星的速度、 加速 度、向心力、周期 理解能力、分析综合能力 科学推理、科学论证 2017 课标 Ⅲ,14 天舟一号与天宫二号交 会对接 推理能力、分析综合能力 运动观念、相互作用 观念、科学推理 本课时易与最新的航空航 天信息相结合进行考查,涉 及卫星变轨问题时会与功 能关系相结合,主要以选择 题的形式考查 第 1 课时 　 万有引力定律及其应用 一、开普勒三定律的内容 1. 开普勒第一定律(轨道定律):所有行星绕太阳运动的轨 道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上. 如图甲所示. 2. 开普勒第二定律(面积定律):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. 如图乙所示. 3. 开普勒第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴 的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等. 二、开普勒三定律的理解和应用 1. 行星绕太阳的运行轨道为椭圆,但一般都接近于圆,通 常按圆轨道处理,认为行星绕太阳做匀速圆周运动. 2. 开普勒行星运动定律也适用于其他天体,例如月球、卫 星绕地球的运动. 3. 行星在近日点的速率大于其在远日点的速率. 4. 开普勒第三定律中,a 3 T2 = k,其中 k 值只与中心天体的质量 有关,不同的中心天体,k 值不同.该定律只能用在同一中心天体的 两星体之间. 例 1 (2021·江西省上饶市铅山一中期中) 火星和木星沿 各自的椭圆轨道绕太阳运动,根据开普勒行星运动定律可知, 下列说法正确的是 (　 　 ) A. 太阳位于木星轨道的中心 B. 火星和木星绕太阳运动时速度的大小始终不变 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,火星与太阳的连线扫过的面积等于木星与 太阳的连线扫过的面积 太阳位于木星轨道的一个焦点上,A 错误;根据开普 勒第二定律可知,火星和木星绕太阳运动时速度的大小一直在 变,离太阳较近时速度较大,较远时速度较小,B 错误;根据开普 勒第三定律可知, 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,C 正确;根据开普勒第二定律可知,相同 时间内,火星与太阳的连线扫过的面积相等,但是不等于木星 与太阳的连线扫过的面积,D 错误. C 1. (2020·石家庄市精英中学月考) 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,则 P 与 Q 的角速度之比约为 (　 　 ) A. 1 ∶ 4 B. 4 ∶ 1 C. 1 ∶ 8 D. 8 ∶ 1 三、万有引力定律及其应用 1. 万有引力定律 (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