【步步高】2017年高考物理(人教版浙江)一轮复习讲义：第4章 第4讲.doc

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1、考试标准知识内容必考要求加试要求行星的运动a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经典力学的局限性a考点一开普勒行星运动定律1.第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在这些椭圆的一个焦点上.2.第二定律：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.3.第三定律：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.其表达式为k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是行星绕太阳公转的周期，k是一个对所有行星都相同的常量.思维深化判断下列说法是否正确.(1)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.()(2)行星离太

2、阳较近时，运动速率比较快，行星离太阳比较远时运动速率比较慢.()(3)离太阳越远的行星，周期越长.()(4)地球绕太阳运动的k值与月球绕地球运动的k值相同.()1.对开普勒定律的理解关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是()A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处C.离太阳越近的行星的运动周期越长D.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等答案D解析所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，但不是同一轨道，太阳处在椭圆的一个焦点上，故A、B错；所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，离太阳越近的行星，其运动周期越短，故

3、C项错，D项对.2.对开普勒第三定律的理解及k值的认识(多选)关于开普勒行星运动的公式k，以下理解正确的是()A.k是一个与行星无关的量B.若地球绕太阳运动轨道的半长轴为R地，周期为T地；月球绕地球运动轨道的半长轴为R月，周期为T月，则C.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期答案AD解析k是指围绕太阳的行星或者围绕某一行星的卫星的周期与半径的关系，T是公转周期，k是一个与环绕星体无关的量，只与被环绕的中心天体有关，中心天体不同，其值不同，只有围绕同一天体运动的行星或卫星，它们半长轴的三次方与公转周期的二次方之比才是同一常数，故.3.开普勒定律的简单应用(多选)根据开普勒定律，我

4、们可以推出的正确结论有()A.人造地球卫星的轨道都是椭圆，地球在椭圆的一个焦点上B.卫星离地球越远，速率越小C.卫星离地球越远，周期越大D.同一卫星绕不同的行星运行，的值都相同答案ABC解析由开普勒三定律知A、B、C均正确，注意开普勒第三定律成立的条件是对同一行星的不同卫星，有常量.开普勒行星运动定律的理解1.开普勒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运动看成匀速圆周运动，太阳处在圆心，开普勒第三定律k中的a可看成行星的轨道半径R.3.表达式k中的常数k只与中心天体的质量有关.如研究行星绕太阳运动时，常数k只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，常

5、数k只与地球的质量有关.考点二万有引力定律的理解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，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的平方成反比.2.表达式：FGG为引力常量：G6.671011 Nm2/kg2.3.适用条件(1)公式适用于质点间的相互作用.当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点.(2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离.思维深化判断下列说法是否正确.(1)地面上的物体所受地球引力的大小均由FG决定，其方向总是指向地心.()(2)只有天体之间才存在万有引力.()(3)只要已知两个物体的质量和两个物体之

6、间的距离，就可以由FG计算物体间的万有引力.()(4)当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大.()4.对万有引力定律的理解地球半径为R，一物体在地球表面受到的万有引力为F，若高空某处受到的万有引力为，则该处距地面的高度为()A.R B.(1)R C.R D.3R答案B5.万有引力定律的简单应用地球质量大约是月球质量的81倍，一飞行器位于地球与月球之间，当地球对它的引力和月球对它的引力大小相等时，飞行器距月球球心的距离与月球球心距地球球心之间的距离之比为()A.19 B.91 C.110 D.101答案C解析设月球质量为m，则地球质量为81m，地月间距离为r，飞行器质量为m0，当飞行器

7、距月球为r时，地球对它的引力等于月球对它的引力，则GG，所以9，r10r，rr110，故选项C正确.6.万有引力和重力的关系设地球表面重力加速度为g0，物体在距离地心4R(R是地球的半径)处，由于地球的作用而产生的加速度为g，则为()A.1 B. C. D.答案D解析地球表面的重力加速度和在离地心4R处的重力加速度均由地球对物体的万有引力产生，所以在地面上：Gmg0离地心4R处：Gmg解两式得()2.7.万有引力与平抛的结合某星球的质量约为地球质量的9倍，半径约为地球半径的一半，若从地球表面高h处平抛一物体，射程为60 m，则在该星球上，从同样高度以同样的初速度平抛同一物体，射程应为()A.1

8、0 m B.15 m C.90 m D.360 m答案A解析由平抛运动公式可知，射程xv0tv0，即v0、h相同的条件下x.又由g，可得()2()2，所以，得x星10 m，选项A正确.万有引力的三点理解1.万有引力定律适用于两质点，质量均匀的球体可以看成质量集中于球心的质点，如求地球对卫星的万有引力时，r指卫星至地心的距离，即rRh，R为地球半径.2.在地球表面万有引力近似等于重力，即mg，所以地球表面重力加速度g；而在距地面高h处的重力加速度g.3.万有引力定律和自由落体、平抛运动的结合点是星球表面的重力加速度g，g.考点三万有引力定律的应用1.解决天体(卫星)运动问题的基本思路(1)天体运

9、动的向心力来源于天体之间的万有引力，即Gmanmm2rm.(2)在中心天体表面或附近运动时，万有引力近似等于重力，即Gmg(g表示天体表面的重力加速度).2.天体质量和密度的估算(1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.由于Gmg，故天体质量M，天体密度.(2)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Gmr，得出中心天体质量M；若已知天体半径R，则天体的平均密度.3.卫星的各物理量随轨道半径变化的规律规律8.天体质量的估算已知地球绕太阳公转周期为T，公转半径为r，万有引力常量为G，则由此可求出()A.地球的质量 B.太阳的质量C.地球的密度 D.太阳的

10、密度答案B9.卫星运动参量的比较2015年9月20日“长征六号”火箭搭载20颗小卫星成功发射，如图1所示.在多星分离时，小卫星分别在高度不同的三层轨道被依次释放.假设释放后的小卫星均做匀速圆周运动，则下列说法正确的是()图1A.20颗小卫星的轨道半径均相同B.20颗小卫星的线速度大小均相同C.同一圆轨道上的小卫星的周期均相同D.不同圆轨道上的小卫星的角速度均相同答案C10.卫星运动参量的比较据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行的圆形工作轨道距月球表面分别约为200 km和100 km，运行速率分别为v1和v2.那么，v1和v2的比值为(月球半径取1 700 km)()A. B. C. D

11、.答案C解析根据卫星运动的向心力由万有引力提供，有Gm，那么卫星的线速度跟其轨道半径的平方根成反比，则有 .11.中心天体质量的求解过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕.“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的，该中心恒星与太阳的质量比约为()A. B.1 C.5 D.10答案B解析根据万有引力提供向心力，有Gmr，可得M，所以恒星质量与太阳质量之比为()3()21，故选项B正确.应用万有引力定律时注意的问题1.估算天体质量和密度时应注意的问题(1)利用万有引力提供天

12、体做圆周运动的向心力估算天体质量时，估算的只是中心天体的质量，并非环绕天体的质量.(2)区别天体半径R和卫星轨道半径r，只有在天体表面附近的卫星才有rR；计算天体密度时，VR3中的R只能是中心天体的半径.2.运动参量a、v、T均与卫星质量无关，只由轨道半径r和中心天体质量共同决定.所有参量的比较，最终归结到半径的比较.考点四宇宙航行1.三个宇宙速度(1)第一宇宙速度v17.9 km/s，卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，又称环绕速度.(2)第二宇宙速度v211.2 km/s，使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，又称脱离速度.(3)第三宇宙速度v316.7 km/s，使卫星挣脱

13、太阳引力束缚的最小地面发射速度，也叫逃逸速度.2.第一宇宙速度的推导方法一：由Gm得v1 7.9103 m/s.方法二：由mgm得v17.9103 m/s.第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin25 075 s85 min.3.宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v发7.9 km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动.(2)7.9 km/sv发11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆.(3)11.2 km/sv发16.7 km/s，卫星绕太阳做椭圆运动.(4)v发16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间.思维深化判断

14、下列说法是否正确.(1)第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度.()(2)第一宇宙速度的大小与地球质量有关.()(3)月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s.()(4)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度.()(5)若物体的速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体可绕太阳运行.()12.对宇宙速度的理解下列关于绕地球运行的卫星的运行速度的说法中正确的是()A.一定等于7.9 km/sB.一定小于7.9 km/sC.大于或等于7.9 km/s，而小于11.2 km/sD.只需大于7.9 km/s答案B解析卫星在绕地球运行时，万有引力提供向心力，由此可得v，所以轨道半径r越大

15、，卫星的环绕速度越小，实际的卫星轨道半径大于地球半径R，所以环绕速度一定小于第一宇宙速度，即vR1.根据以上信息可知()A.甲的质量大于乙的质量B.甲的周期大于乙的周期C.甲的速率大于乙的速率D.甲所受行星的引力大于乙所受行星的引力答案C6.“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星.若测得“嫦娥二号”在月球(可视为密度均匀的球体)表面附近圆形轨道运行的周期T，已知引力常量为G，半径为R的球体体积公式为VR3，则可估算月球的()A.密度 B.质量C.半径 D.自转周期答案A解析“嫦娥二号”在月球表面做匀速圆周运动，已知周期T，有GmR，故无法求出月球半径R及质量M，但结合球体体积公式可估算出

16、月球的密度，选项A正确.7.如果我们能测出月球表面的重力加速度g、月球的半径R和月球绕地球运转的周期T，就能根据万有引力定律“称量”月球的质量了.已知引力常量为G，用M表示月球的质量，则下列各式正确的是()A.M B.MC.M D.M答案A8.当卫星绕地球运动的轨道半径为R时，线速度为v，周期为T.下列情形符合物理规律的是()A.若卫星轨道半径从R变为2R，则卫星运动周期从T变为2TB.若卫星轨道半径从R变为2R，则卫星运行线速度从v变为C.若卫星运行周期从T变为8T，则卫星轨道半径从R变为4RD.若卫星运行线速度从v变为，则卫星运行周期从T变为4T答案C解析由T2 知，卫星轨道半径变为原来的

17、2倍时，周期变为原来的2倍，卫星轨道半径变为原来的4倍时，周期变为原来的8倍，A错误，C正确.由v 知，卫星轨道半径变为原来的2倍时，速度变为原来的，卫星轨道半径变为原来的4倍时，速度变为原来的，周期变为原来的8倍，B、D错误.9.假设地球质量不变，而地球半径增大到原来的2倍，那么从地球上发射人造卫星的第一宇宙速度变为原来的()A.倍 B. C. D.2倍答案B10.a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星.其中a、c的轨道相交于P，b、d在同一个圆轨道上，b、c的轨道在同一平面上.某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图1所示，下列说法中正确的是()图1A.a、c的加速度大小相

18、等，且大于b的加速度B.b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度C.a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度D.a、c存在P点相撞的危险答案A解析由Gmm2rmrma可知，选项A正确，B、C错误；因a、c的轨道半径相同，周期相同，只要图示时刻不撞，以后就不可能相撞了.11.如图2，若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心O的距离分别为r1、r2，线速度大小分别为v1、v2，则()图2A.B.C.()2D.()2答案A解析由题意知，两颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据Gm，得v ，所以，故A正确，B、C、D错误.12.如图3，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分

19、别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是()图3A.甲的向心加速度比乙的小B.甲的运行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大D.甲的线速度比乙的大答案A解析由万有引力提供向心力得Gmm2rmamr，变形得：a，v ， ，T2 ，只有周期T和M成减函数关系，而a、v、和M成增函数关系，故选A.能力提升题组13.据报道，天文学家新发现了太阳系外的一颗行星.这颗行星的体积是地球的a倍，质量是地球的b倍.已知近地卫星绕地球运动的周期约为T，引力常量为G.则该行星的平均密度为()A. B. C. D.答案C解析万有引力提供近地卫星绕地球运动的向心力Gm，且地，由以上两式得地.而，因而星.14

20、.研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时.假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比()A.距地面的高度变大 B.向心加速度变大C.线速度变大 D.角速度变大答案A解析地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大.由m(Rh)，得h R，T变大，h变大，A正确.由ma，得a，r增大，a减小，B错误.由，得v ，r增大，v减小，C错误.由可知，角速度减小，D错误.16 误错减角，) 误误减，) ( ， 误 减大 得 ) 确正大， ) 得 ) ) ( ( 变周公同则变转的变变角 变变速向 变地的与卫地射人，件其的下会势假.为期

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