第5章 1.第1节 万有引力定律及其应用（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考物理大一轮复习学案

该高中物理高考复习课件聚焦万有引力定律及其应用专题，涵盖开普勒行星运动定律、万有引力定律、天体质量与密度计算等高考核心考点，依据高考评价体系分析近五年真题，明确“万有引力提供向心力”“黄金代换式应用”等高频考点权重，归纳天体运动参量比较、卫星变轨分析等常考题型。 课件亮点在于“教材母题+高考真题”的教考衔接设计，如以2024山东卷“鹊桥二号”中继星问题为载体，通过“万有引力与向心力方程联立”“比例法推导”等技巧，培养学生科学思维和物理观念。特设“易错点警示”如轨道半径与天体半径辨析，帮助学生掌握解题关键，教师可依托系统考点梳理和题型解析实现高效复习指导。

目 录 CONTENTS 第1 节　万有引力定律及其应用 微专题9 卫星的变轨问题　双星和多星问题 第2 节　人造卫星　宇宙速度 返回目录 第1节 万有引力定律及其应用 返回目录 2 考点1　开普勒行星运动定律 内容 解释 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 行星运动的轨道必有近日点和远日 点 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的面积相等  =  开普勒第三定律(周期定律) 所有行星轨道的半长轴的三次方跟 它的公转周期的二次方的比都相等, 即 =k 同一中心天体k值相同,不同中心天 体k值一般不同 返回目录 点拨提醒 由开普勒第二定律得 Δl1r1= Δl2r2,即 v1Δt·r1= v2Δt·r2,解得 = ,近日点速度最大,远 日点速度最小。 返回目录 典例1    (人教版必修二P48,T1改编)地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度 单位,叫作天文单位,用来量度太阳系内天体与太阳的距离。(这只是个粗略的说法,在 天文学中,“天文单位”有严格的定义,用符号AU表示) (1)(回归教材)已知火星公转的轨道半径是1.5 AU,根据开普勒第三定律,火星公转的 周期是多少个地球日? (2)(链接高考)(2024山东,5,3分)“鹊桥二号”中继星环绕月球运行,其24小时椭圆轨 道的半长轴为a。已知地球同步卫星的轨道半径为r,则月球与地球质量之比可表示为  (         ) A. 　　　    B. 　　　    C. 　　　    D.  ·········· 教考衔接 ·········· D 返回目录 答案 (1)671个    (2)D 解析 (1)已知r地=1 AU,r火=1.5 AU,T地=365 d,由开普勒第三定律可得 = 【点拨:圆轨道可 以认为是一种特殊的椭圆轨道,开普勒第三定律也适用于圆轨道】,解得T火= ≈ 671 d。 (2)由 =m r可知 = ,则开普勒第三定律 =k中的k= ,因中继卫星的周 期与地球同步卫星的周期相同,则 = ,D正确。 返回目录 考点2　万有引力定律 1.万有引力定律 表达式 F=G ,其中G为引力常量,G=6.67×10-11 N·m2/kg2,由英国物理学家卡文迪什(也称卡文迪许)利用扭秤测出 适用 条件 (1)两个质点间的相互作用 (2)对于两个质量分布均匀的球体,r为两球心间的距离 (3)对于质点与质量分布均匀的球体,r为质点到球心的距离 两条 推论 (1)推论1:在匀质球层的空腔内任意位置处,质点受到的万有引力的合力为0,即∑F=0 (2)推论2:在匀质球体内部距离球心r处,质点受到的万有引力等于半径为r的球体对 它的引力,如图所示,即F'=G ,而 = ,故F'=G r 返回目录 2.万有引力与重力的关系 关系 推导   F引产生两个效果:一是提供物体随地球自转所需的向心 力;二是产生物体的重力 特殊 位置 (1)在赤道上:G =mg1+mω2R (2)在两极上:G =mg2 返回目录 典例2　中国计划在2030年之前实现载人登月。已知月球的质量是地球质量的k倍(0<k <1),半径是地球半径的k'倍(0<k'<1)。试求月球表面的自由落体加速度有多大?若航天 员在地球表面上最多能举起质量为m的物体,他在月球表面最多能举起质量是多少的 物体?(已知地球表面的自由落体加速度为g,引力常量为G,忽略星球自转) ·········· 能力进阶 ·········· 答案  g     m 返回目录 解析 在月球表面有G =g月,在地球表面有G =g,可得g月= g。则m月maxg月=mg【点拨:无 论是在月球表面还是在地表,航天员能提供的最大的支持力都是一样的】,故m月max=  m= m。 返回目录 A. 　　　    B.  C. 　　　    D.  (进阶1·从星球外部到星球内部)若地球半径(地球中心到平均海平面的距离)为R,把 地球看成质量分布均匀的球体。“蛟龙号”下潜深度为d,“天宫一号”轨道距离地面 高度为h,“蛟龙号”所在处与“天宫一号”所在处的重力加速度大小之比为(忽略星 球自转)(       ) C 返回目录 解析　　设地球的密度为ρ,对“天宫一号”有G =m天g1,解得g1= ,由于地 球的质量M=ρ· πR3,故“天宫一号”所在处的重力加速度g1= 。对下潜深度为d 的“蛟龙号”有m'g2=G ,半径等于R-d的球体的质量M'=ρ· π(R-d)3,故“蛟龙 号”所在处的重力加速度g2= πGρ(R-d),解得 = ,C正确。 返回目录 A.月球两极的重力加速度为g0=  B.月球的第一宇宙速度为v1=  C.当飞船停在月球赤道的水平面上时,受到的支持力为F=π2m飞R月  D.当飞船停在月球纬度60°的区域时,其随月球自转所需的向心加速度为a=  (进阶2·考虑星球自转)假设质量为m飞的飞船到达月球时,在距离月球表面的高度等 于月球半径的 处先绕着月球做匀速圆周运动,其周期为T1,已知月球的自转周期为T2, 月球的半径为R月,引力常量为G,下列说法正确的是(         ) C 返回目录 解析　    飞船做匀速圆周运动时有G =m飞 ·(1.5R月);在月球两极表面处有G  =mg0,联立解得g0= ,A错误。月球的第一宇宙速度v1满足mg0=m ,可得v1=  ,B错误。当飞船停在月球赤道的水平面上时,对飞船受力分析,由牛顿第二定律 可得G -F=m飞 R月,解得F=π2m飞R月 ,C正确。当飞船停在月球纬度60° 的区域时,飞船随月球自转的运动半径为r=R月 cos 60°,随月球自转所需的向心加速度a = r,解得a= ,D错误。 返回目录 考点3　天体质量和平均密度的计算 返回目录 点拨提醒 (1)利用万有引力提供向心力估算天体质量时,估算的只是中心天体的质量。 (2)区别中心天体半径R和轨道半径r,只有在中心天体表面附近做圆周运动时,才有r ≈R;V= πR3中的“R”只能是中心天体的半径。 返回目录 典例3    (多选)(2025届云南联考)随着科学技术的发展,星际旅行终将成为现实。若航 天员在某球形行星上将一小球从斜坡上的A点以初速度v0水平抛出,小球落到B点,测得 A、B连线长度为L、连线与水平方向的夹角θ=45°,如图所示。航天员还观测到环绕该 行星表面运行的卫星运行周期为T。引力常量为G,忽略该行星自转,不计阻力,下列说 法正确的是 (         ) ACD A.该行星表面的重力加速度大小为  B.该行星的半径为  C.该行星的平均密度为  D.该行星的质量为  返回目录 解析　　设该行星重力加速度为g,小球被抛出后做平抛运动,有L cos θ=v0t、L sin θ=  gt2,解得g= ,A正确。对环绕该行星表面运行的卫星,有mg=m R,代入g值,解得该 行星的半径R= ,B错误。对环绕该行星表面运行的卫星,有G =m R,解得该 行星的质量M= ,代入R值得,M= ,该行星的平均密度ρ= = = ,C、 D正确。 返回目录 $