专题06 万有引力及航天-【口袋书】2024年高考物理一轮复习知识清单（全国通用）

专题06 万有引力及航天 考点内容 要求 考情 行星的运动 a 2023·湖北卷·2、2021·全国甲卷·18 2020·全国卷Ⅰ·15、2023·山东卷·3 2023·辽宁卷·7、2022·河北卷·2 2021·浙江1月选考·7 2023·海南卷·9、2022·广东卷·2 2020·浙江7月选考·7、2023·天津卷·3 2019·北京卷·18、2022·浙江6月选考·6 2023·浙江1月选考·8、2023·广东卷·7 2018·全国卷Ⅰ·20、2018·全国卷Ⅱ·16 太阳与行星间的引力 a 万有引力定律 c 万有引力理论的成就 c 宇宙航行 c 学 习 目 标 1.理解开普勒行星运动定律和万有引力定律，并会用来解决相关问题. 2.掌握计算天体质量和密度的方法. 3.知道卫星轨道的特点，会比较卫星运行的各物理量之间的关系． 4.理解三种宇宙速度，并会求解第一宇宙速度的大小. 5.知道同步卫星的运行规律. 6.会处理人造卫星的变轨和对接问题． 知识点01 开普勒三定律 2 一、开普勒第一定律(轨道定律) 2 二、开普勒第二定律(面积定律) 3 三、开普勒第三定律(周期定律) 3 知识点02 万有引力定律 5 一、万有引力定律 5 二、万有引力与重力的关系 6 三、万有引力定律的应用 7 四、天体质量及密度的计算 7 知识点03 人造地球卫星与宇宙航行 8 一、卫星轨道 8 二、天体及卫星运动的规律 8 三、宇宙速度 11 四、特殊卫星 11 五、同步卫星、近地卫星和赤道上物体比较 13 六、卫星的超重和失重 14 七、卫星变轨 14 八、卫星追及问题 16 九、双星问题 17 十、星球“瓦解”问题及黑洞 18 知识点01 开普勒三定律 一、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． 二、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． 三、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，即,k是一个与行星无关的常量，其值与中心天体的质量有关，不同的中心天体k值不同．但该定律只能用于绕同一中心天体运动的星体． 【技巧点拨】 ①开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运转,也适用于卫星绕地球的运转 ②中学阶段一般把行星的运动看成匀速圆周运动,太阳处在圆心,开普勒第三定律中的a可看成行星的轨道半径R． ③由开普勒第二定律可得v1·Δt·r1＝v2·Δt·r2，解得＝，即行星在两个位置的速度之比与到太阳的距离成反比，近日点速度最大，远日点速度最小． ④当比较一个行星在椭圆轨道不同位置的速度大小时，选用开普勒第二定律；当比较或计算两个行星的周期问题时，选用开普勒第三定律． 【实战演练】 (2023·湖北卷·2)年月日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为：，如图所示。根据以上信息可以得出(    ) A. 火星与地球绕太阳运动的周期之比约为： B. 当火星与地球相距最远时，两者的相对速度最大 C. 火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为： D. 下一次“火星冲日”将出现在年月日之前 【答案】B  【解析】解：、根据开普勒第三定律可得，火星与地球的公转轨道半径之比约为：，火星与地球绕太阳运动的周期之比约为：，故A错误； B、当火星与地球相距最远时，二者的速度方向相反，所以两者的相对速度最大，故B正确； C、根据题中条件无法求解火星与地球表面的自由落体加速度大小之比，故C错误； D、根据选项可知，火星与地球绕太阳运动的周期之比约为：，已知地球的公转周期为年，则火星的公转周期为：年。 设经过时间出现下一次“火星冲日”，则有： 解得：年 所以下一次“火星冲日”将出现在年月日之后，故D错误。 【实战演练】 (2021·全国甲卷·18)2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105 s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105 m．已知火星半径约为3.4×106 m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为(　　) A．6×105 m B．6×106 m C．6×107 m D．6×108 m 【答案】C 【解析】忽略火星自转，则在火星表面有＝mg，可知GM＝gR2，设与运行周期为1.8×105 s的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为r，由万有引力提供向心力可知＝m