2019版高考物理大一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天第13讲万有引力与航天学案

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1、第13讲　万有引力与航天考纲要求考情分析命题趋势1.万有引力定律及其应用Ⅱ2．环绕速度Ⅱ3．卫星的变轨问题Ⅱ2016·全国卷Ⅰ，17本节知识点在高考中主要以选择题题型考查．要深刻理解天体问题的两个基本思路，熟练掌握卫星各参量与半径的关系，会求解天体质量和密度1．开普勒三定律的内容、公式定律内容图示或公式开普勒第一定律(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)所有行星的轨道的半长轴的__三次方__跟它的公转周期的__二次方_

2、_的比值都相等＝k，k是一个与行星无关的常量2.万有引力定律(1)内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与__两物体的质量的乘积__成正比，与__两物体间的距离的二次方__成反比．(2)公式：F＝__G__，其中G为万有引力常量，G＝6.67×10－11N·m2/kg2，其值由卡文迪许通过扭秤实验测得．(3)使用条件：适用于两个__质点__或均匀球体；r为两质点或均匀球体球心间的距离．3．宇宙速度(1)第一宇宙速度①第一宇宙速度又叫__环绕__速度，其数值为__7.9__km/s.②第一宇宙速度是人造卫星在__地面__附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度．③第一宇宙速度

3、是人造卫星的最小__发射__速度，也是人造卫星的最大__环绕__速度．④第一宇宙速度的计算方法．由G＝m得v＝____；由mg＝m得v＝____.(2)第二宇宙速度使物体挣脱__地球__引力束缚的最小发射速度，其数值为__11.2__km/s.(3)第三宇宙速度使物体挣脱__太阳__引力束缚的最小发射速度，其数值为__16.7__km/s.1．判断正误(1)只有天体之间才存在万有引力．(　×　)(2)只要知道两个物体的质量和两个物体之间的距离，就可以由F＝来计算物体间的万有引力．(　×　)(3)牛顿发现了万有引力定律并第一个测出了地球的质量．(　×　)(4)不同的同步卫星的质量可以不同

4、，但离地面的高度是相同的．(　√　)(5)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度．(　√　)(6)发射探月卫星发射速度必须大于第二宇宙速度．(　×　)2．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程．关于物理学史，下列说法正确的是(　C　)A．经过长期的天文观测，天文学家第谷总结出行星运动三定律B．开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因C．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许用扭秤实验测出了万有引力常量的数值D．开普勒经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点解析　开普勒在第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，但并未找出行星

5、按照这些规律运动的原因，选项A、B均错误；牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许用扭秤实验测出了万有引力常量的数值，从而使万有引力定律有了真正的实用价值，选项C正确；哥白尼提出了“日心说”的观点，开普勒发现了行星运动的三大规律，即开普勒三定律，选项D错误．3．关于环绕地球运动的卫星，下列说法正确的是(　C　)A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期B．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同C．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道上两个不同位置可能具有相同的速率D．某个卫星绕地球的自转轴做圆周运动且经过北京的上空解析　根据＝(式中r为圆轨道半径，a为椭圆的

6、半长轴)，若r＝a时，两颗卫星的周期相同，选项A错误；所有的同步卫星的轨道半径均相同，选项B错误；沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道对称的不同位置具有相同的速率，选项C正确；卫星绕地球运行时，仅受万有引力作用，且由万有引力提供向心力，而万有引力总是指向地心，所以所有绕地球做圆周运动的卫星，轨道的圆心一定与地心重合，选项D错误．　一　万有引力定律的理解与应用1．地球表面的重力与万有引力地面上的物体所受地球的吸引力产生两个效果，其中一个分力提供了物体绕地轴做圆周运动的向心力，另一个分力等于重力．(1)在两极，向心力等于零，重力等于万有引力；(2)除两极外，物体的重力都比万有引力小；(3)在赤

7、道处，物体的万有引力分解为两个分力F向和mg刚好在一条直线上，则有F＝F向＋mg，所以mg＝F－F向＝－mRω.2．地球表面附近(脱离地面)的重力与万有引力物体在地球表面附近(脱离地面)时，物体所受的重力等于地球表面处的万有引力，即mg＝，R为地球半径，g为地球表面附近的重力加速度，此处也有GM＝gR2.3．距地面一定高度处的重力与万有引力物体在距地面一定高度h处时，mg′＝，R为地球半径，g′为该高度处的重力加速度．[例1](2018·河南郑