高考物理二轮复习核心考点总动员专题04天体运动与人造航天器学案

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1、考点04天体运动与人造航天器【命题意图】本类题通常主要考查对描述圆周运动的基本参量——线速度、角速度、周期（频率）等概念的理解，以及对牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等规律的理解与应用。【专题定位】高考命题方式为选择题，2热点为天体质量（密度）的计算，人造卫星的运行规律的特点，卫星的发射及变轨问题。【考试方向】这类试题在考查题型上，通常以选择题的形式出现，极个别情况下会出现在计算题中，难度一般中等；在考查内容上一般考查对描述圆周运动参量间的关系、牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等基本概念和基本规律的理解与应用，有时还会涉及能量知识，同时还会考查运用控制变量法进行定性判断或定量计

2、算的能力。【应考策略】(1)本考点高考命题角度为万有引力定律的理解，万有引力与牛顿运动定律的应用．(2)正确理解万有引力及万有引力定律，掌握天体质量(密度)的估算方法，熟悉一些天体的运行常识是前提．【得分要点】在行星（卫星）运动中，所做匀速圆周运动的向心力由中心天体对它们的万有引力提供，即：＝Fn，设中心天体的质量为M，行星或卫星（即环绕天体）的质量为m，根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式有：＝Fn＝＝＝mrω2＝＝man，解得：v＝∝①v、ω、T、an均与环绕天体本身质量m无关，与中心天体质量M有关；ω＝∝②随着轨道半径r的增大，v、ω、an均变小，T变大；T＝∝③在行星（卫星）

3、环绕运动中，当涉及v、ω、T、an中某个参量变化，讨论an＝∝量的变化情况时，应需注意轨道半径r的变化，并采用控制变量法予以讨论；＝Fn＝∝④或Fn与环绕天体本身质量m、中心天体质量M都有关。【2017年高考选题】【2017·新课标Ⅲ卷】2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运行。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的A．周期变大B．速率变大C．动能变大D．向心加速度变大【答案】C【考点定位】万有引力定律的应用、动能【名师点睛】万有引力与航天试题，涉及的公式和物理量非常多，理解万有引力提供

4、做圆周运动的向心力，适当选用公式，是解题的关键。要知道周期、线速度、角速度、向心加速度只与轨道半径有关，但动能还与卫星的质量有关。【知识精讲】1.在处理天体的运动问题时，通常把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需要的向心力由万有引力提供.其基本关系式为G＝m＝mω2r＝m()2r＝m(2πf)2r.在天体表面，忽略自转的情况下有G＝mg.2.卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系(1)由G＝m，得v＝，则r越大，v越小.(2)由G＝mω2r，得ω＝，则r越大，ω越小.(3)由G＝mr，得T＝，则r越大，T越大.3.卫星变轨(1)由低轨变高轨，需增大速度，稳定在高轨道上时速度比

5、在低轨道小.(2)由高轨变低轨，需减小速度，稳定在低轨道上时速度比在高轨道大.4.宇宙速度(1)第一宇宙速度：推导过程为：由mg＝＝得：v1＝＝＝7.9km/s.第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小发射速度.(2)第二宇宙速度：v2＝11.2km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.(3)第三宇宙速度：v3＝16.7km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.【高频考点】高频考点一：万有引力定律及天体质量和密度求解【解题方略】1.利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.由于G＝mg，故天体质量M＝，天体密度ρ＝＝＝.2.通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周

6、期T和轨道半径r.(1)由万有引力等于向心力，即G＝mr，得出中心天体质量M＝；(2)若已知天体半径R，则天体的平均密度ρ＝＝＝；(3)若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为其轨道半径r等于天体半径R，则天体密度ρ＝.可见，只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T，就可估算出中心天体的密度.3．解题的常见误区及提醒(1)不能正确区分万有引力和万有引力定律．万有引力普遍存在，万有引力定律的应用有条件．(2)对公式F＝，应用时应明确“r”的意义是距离；m1和m2间的作用力是一对作用力与反作用力．(3)天体密度估算时，易混淆天体半径和轨道半径．【例题1】2016年8月16日，墨子号量子科学实

7、验卫星成功发射升空，这标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。已知卫星在距地球表面高度为h的圆形轨道上运动，运行周期为T，引力常量为G，地球半径为R，则地球的质量可表示为（）A.B.C.D.【答案】B【解析】根据万有引力提供向心力有：解得：M= ，故B正确，ACD错误。故选：B.高频考点二：卫星运行参量的比较【解题方略】1．高考考查特点(1)高考的命题角度为人造卫星的运行参数，卫星的变轨及变轨前后的速度、能量变化．(2)解