第4章 万有引力定律及航天 阶段质量检测(四)（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第二册（鲁科版 福建专用）

该高中物理课件聚焦天体运动规律，涵盖开普勒定律、万有引力定律及卫星、双星系统等核心知识点。通过神舟飞船对接、系外行星探测等实际情境导入，衔接开普勒定律应用、卫星周期与速度计算等内容，构建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，通过单选、双选及计算题设计问题链，如双星系统运动分析、卫星相遇时间计算等实例，深化运动和相互作用观念。学生能提升问题解决能力，教师可依托系统检测素材优化教学，落实核心素养培养。

阶段质量检测(四) (满分：100分) 一、单项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的.) 1.据开普勒定律可知，以下说法中正确的是 (　 ) A.开普勒定律只适用于行星绕太阳的运动，不适用于卫星绕地球的运动 B.若某一人造地球卫星的轨道是椭圆，则地球处在该椭圆的一个焦点上 √ C.开普勒第三定律=k中的k值，不仅与中心天体有关，还与绕中心天体运动的行星(或卫星)有关 D.在探究太阳对行星的引力规律时，得到了开普勒第三定律=k，它是可以在实验室中得到证明的 解析：开普勒定律既适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动，故A错误；根据开普勒第一定律知，人造地球卫星的轨道是椭圆时，地球处在椭圆的一个焦点上，故B正确；开普勒第三定律=k中的k值只与中心天体有关，与绕中心天体运动的行星(或卫星)无关，故C错误；开普勒第三定律是通过观测到的数据研究归纳出来的，它是无法在实验室中得到证明的，故D错误。 2.两个质量均为M的星体，其连线的垂直平分线为AB，O为两星体连线的中点，如图所示。一个质量为M的物体从O点沿OA方向运动，则它受到的万有引力大小变化情况是 (　 ) A.一直增大　　　　　 B.一直减小 C.先减小，后增大 D.先增大，后减小 √ 解析：物体在O点时，受到的万有引力的合力为零，在无穷远处，受到的万有引力的合力也接近零；在O、A之间的位置，其所受的万有引力的合力不为零，所以，物体从O点沿OA方向运动，它受到的万有引力先增大后减小，故D正确。 3.若某一系外行星的半径为R，公转半径为r，公转周期为T，宇宙飞船在以系外行星中心为圆心，半径为r1的轨道上绕其做圆周运动的周期为T1，不考虑其他星球的影响。(已知地球的公转半径为R0，公转周期为T0)则有 (　 ) A.= B.= C.该系外行星表面重力加速度为 D.该系外行星的第一宇宙速度为 √ 解析：开普勒第三定律=k，其中k与中心天体有关，系外行星、宇宙飞船、地球做圆周运动的中心天体均不同，故A、B错误；对宇宙飞船G=mr1=ma，解得a=，GM=，因飞船的运动半径大于星体的半径，可知星体表面的重力加速度不等于，故C错误；设系外行星的近地卫星的质量为m0，则G=m0，解得v1= = ，故D正确。 4.神舟二十号载人飞船与中国空间站完成自主交会对接后形成一个组合体。该组合体在距地面高约400 km(高于近地轨道高度)的轨道上运行，其轨道可近似视为圆。已知地球同步卫星位于地面上方高度约36 000 km处，则该组合体 (　 ) A.运行速度大于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期 B.运行速度大于7.9 km/s，运行周期大于地球同步卫星的周期 C.运行速度小于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期 D.运行速度小于7.9 km/s，运行周期大于地球同步卫星的周期 √ 解析：根据G=m=mr，可得v=，T=2π，组合体的轨道半径大于地球半径，可知组合体的运行速度小于7.9 km/s；组合体的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，可知组合体的运行周期小于地球同步卫星的周期。 二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有两项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。) 5.如图所示，在同一轨道平面上，有绕地球做匀速圆周运动的卫星A、B、C，某时刻在同一条直线上，则 (　 ) A.经过一段时间，A回到原位置时，B、C也可能同时回到原位置 B.卫星A的线速度最大 C.卫星A的角速度最小 D.卫星C受到的向心力最小 √ √ 解析：卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，得：G=mr=m=mrω2，式中M是地球的质量，r是卫星的轨道半径，m是卫星的质量，可得卫星的周期T=2π ，所以TC>TB>TA，若从此刻起经历的时间是三者周期的公倍数，三者就可以同时回到原位置，故A正确；由线速度v= 可知，卫星A的线速度最大，故B正确；由角速度ω=可知，卫星A的角速度最大，故C错误；向心力为F=G，由于质量关系未知，所以不能比较卫星的向心力大小，故D错误。 6.宇宙恒星中有许多双星系统，非常美丽，如图所示为某星系的某一双星系统。质量分别为m1、m2的恒星绕着中心一点旋转。两颗恒星分别相距x1和x2，两颗恒星距离为L，下列说法正确的是 (　 ) A.两颗恒星的周期各不相同 B.质量越大的恒星距离中心点越近 C.恒星的质量和距中心的距离满足m1x2=m2x1 D.两颗恒星的速度之和满足v1+v2=ωL √ √ 解析：两颗恒星运动周期相同，故A错误；根据G=m1x1，G=m2x2，联立解得m1x1=m2x2，可知质量越大，恒星距离中心点越近，故B正确，C错误；由于两颗恒星运动周期相同，则角速度相同，根据v=ωr，可得v1=ωx1，v2=ωx2，则v1+v2=ω(x1+x2)=ωL，故D正确。 7.某卫星轨道半径约为地球同步卫星(静止轨道卫星)轨道半径的，该卫星轨道与同步卫星轨道共面。t时刻该卫星经过a城市的正上方，下列分析正确的是(　 ) A.该卫星的运转周期约为4 h B.该卫星运转的向心加速度大于a城市地面上静止物体随地球自转的向心加速度 C.a城市有可能是武汉 D.t时刻之后的一天内该卫星经过a城市正上方7次 √ √ 解析：根据万有引力提供向心力可得=mr，解得T= ∝，地球同步卫星周期跟地球自转周期相同，为T0=24 h，可得该卫星的运转周期与同步卫星周期之比为==，解得该卫星的运转周期约为T=T0=×24 h=3 h，A错误；根据万有引力提供向 心力可得=ma，解得a=∝，可知该卫星运转的向心加速度大于同步卫星的向心加速度，而同步卫星的角速度等于地球自转角速度， 则同步卫星的向心加速度大于a城市地面上静止物体随地球自转的向心加速度，故该卫星运转的向心加速度大于a城市地面上静止物体随地球自转的向心加速度，B正确；根据题意可知a城市位于赤道上，而武汉位于北半球，所以a城市不可能是武汉，C错误；该卫星从经过a城市到下一次经过a城市所用时间为t0，则有t0-t0=2π，解得t0== h= h，t时刻之后的一天内该卫星经过a城市正上方的次数为n==7，D正确。 8.月球是离地球最近的天体，已知月球质量为M，半径为R，引力常量为G，若忽略月球的自转，则关于在月球表面所做的实验，下列叙述正确的是 (　 ) A.把质量为m的物体竖直悬挂在弹簧测力计下，静止时弹簧测力计的示数为 B.以初速度v0竖直上抛一个物体，则物体经时间2π落回原处 √ C.把羽毛和铁锤从同一高度同时释放，则铁锤先落地 D.用长为l的细绳拴一质量为m的小球在竖直平面内做完整的圆周运动，则小球的最小动能为 √ 解析：在月球表面，月球对物体的引力等于物体的重力，可知静止时弹簧测力计的示数为F=mg=，A正确；在月球表面则有重力加速度为g=，以初速度v0竖直上抛一个物体，由运动学公式可得物体经时间t=2=，落回原处，B错误；月球周围没有空气，把羽毛和铁锤从同 一高度同时释放，在下落中羽毛和铁锤只受月球的引力作用，下落的加速度相等，羽毛和铁锤同时落地，C错误；用长为l的细绳拴一质量为m的小球在竖直平面内做圆周运动，在最高点时月球的引力恰好提供向心力，则此时小球的速度最小，由牛顿第二定律可得mg=m，v2=gl=，则小球的最小动能为Ek=mv2=，D正确。 三、非选择题(共60分，其中9、10、11题为填空题，12、13、14、15题为计算题) 9.（4分）极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极(轨道可视为圆轨道)。如图所示，若某极地卫星从北纬30°的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°正上方，所用时间为t，已知地球半径为R(地球可看作球体)，地球表面的重力加速度为g， 引力常量为G，由以上条件可知卫星运行的角速 度为 ，地球的质量为 。 答案： 解析：卫星运行的角速度为ω==；根据mg=G，可知地球的质量为M=。 10.（4分）设想在赤道上建造的“太空电梯”，航天员可通过竖直的电梯直通太空站，图中r为航天员到地心的距离，R为地球半径，曲线A为地球引力对航天员产生的加速度大小与r的关系；直线B为航天员由于地球自转而产生的向心加速度大小与r的关系。关于相对地面静止在不同高度的航天员随着r增大，航天员的线速度 （选填“增大”“减小”或“不变”）， 航天员在r=R处的线速度 （选填“大于”“小于”或“等于”）第一宇宙速度，随 着r增大，航天员感受到“重力”越来越 （选 填“大”或“小”）。 答案：增大 小于 小 解析：航天员的线速度v=rω，地球自转角速度不变，随着r增大，线速度v增大；航天员在地面上并非卫星，除了受到万有引力还受到地面的支持力，故速度远小于第一宇宙速度；根据重力和万有引力相等可得G=mg'，随着r增大，其重力mg'越来越小。 11.（4分）渐台二是天琴座中的一个密近双星系统，系统内的两颗恒星A、B相距较近，巨大的引力作用使原本较重的A星上的物质不断流向B星，部分流失的物质飞向星际空间。现阶段A星质量已不足太阳质量的3倍，B星质量已达太阳质量的15倍。若演变过程中A、B两星间距保持不变，现阶段A星轨道半径 B星轨道半径，A星线速度 B星线速度。（选填“大于”“小于”或“等于”） 答案：大于 大于 解析：因双星是围绕其质量中心而转动，假定A、B两星轨道半径分别为rA、rB，所以有mArA=mBrB，依题意有mB>mA，则有rA>rB；双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度，A星的半径比较大，根据v=ωr，可知，现阶段A星的线速度大于B星的线速度。 12.(10分)一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，已知地球的第一宇宙速度为v1=7.9 km/s，g取9.8 m/s2，这颗卫星运行的线速度为多大?(结果保留两位有效数字) 答案：5.6 km/s 解析：卫星近地运行时，有G=m 卫星离地面的高度为R时， 有G=m 由以上两式得v2== km/s≈5.6 km/s。 13.(12分)假设航天员驾驶宇宙飞船到达月球，他在月球表面做了一个实验：在离月球表面高度为h处，将一小球以初速度v0水平抛出，水平射程为x。已知月球的半径为R，引力常量为G。不考虑月球自转的影响。求： (1)月球表面的重力加速度大小g0 ；(4分) 答案：(1)　 解析：(1)设飞船质量为m，设小球落地时间为t，根据平抛运动规律 水平方向：x=v0t，竖直方向：h=g0t2， 解得：g0=。 (2)月球的质量M；(4分) 解析： (2)在月球表面忽略月球自转时，有：=mg0 解得月球质量： M=。 答案： (2) (3)飞船在近月圆轨道绕月球做匀速圆周运动的速度v。(4分) 答案： (3) 解析： (3)由万有引力定律和牛顿第二定律：=m 解得： v=。 14.(12分)两颗卫星在同一轨道平面绕地球做匀速圆周运动，两卫星同向飞行，已知地球半径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面高度为3R，则： (1)a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少?(5分) 答案： (1)∶4 解析：(1)根据万有引力定律和牛顿第二定律有： G=mr，解得T=2π 所以a、b两卫星周期之比为=== 则Ta∶Tb=∶4。 (2)若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则经过多长时间两卫星再次相遇?(7分) 答案： (2) 解析：(2)设经过t时间两卫星再次相遇， 则有t-t=2π 解得t=，联立解得t= 。 15.(14分)2025年4月25日，神舟二十号三位航天员陈冬、陈中瑞、王杰顺利进驻中国空间站。已知地球半径为R，空间站距离地面高度为h，地球表面重力加速度为g，引力常量为G。 (1)求地球的平均密度；(4分) 答案： (1)　 　 解析：(1)假设地球表面一质量为m的物体，其受到的万有引力等于重力，所以有=mg，解得地球质量为M= 则地球的平均密度为ρ===。 (2)求空间站绕地球做匀速圆周运动的周期；(5分) 答案：(2)2π 解析：(2)空间站绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，所以有=m·(R+h) 解得周期为T=2π。 (3)若已知空间站的高度h=，地球同步卫星距离地面的高度为空间站距地面高度的90倍，试计算空间站的运行周期约为多少小时。(已知地球自转周期为24小时)(5分) 答案： (3)1.5小时 解析：(3)设空间站与同步卫星的轨道半径分别为r1和r2，运行周期分别为T1和T2，由开普勒第三定律可得= 则根据题意可知，空间站与同步卫星的轨道半径分别为r1=R+=R=17h r2=R+×90=R=106h 所以可以得到空间站的周期为 T1== h≈1.5 h。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $