专题02 万有引力与宇宙航行-高一物理下学期期末考点大串讲

GREEN

BUSINESS专题02万有引力与宇宙航行物理高一下期末大串讲·人教版01知识导图·思维引航知识导图·思维引航02核心精讲·题型突破精准划分题型以把握命题规律，深入掌握考试动态与趋势考点突破·考法探究核心精讲一、开普勒三定律1．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________，太阳处在________的一个焦点上椭圆椭圆考点突破·考法探究核心精讲面积三次方二次方考点突破·考法探究核心精讲二、万有引力定律及应用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___________________成正比，与_______________________成反比。2．公式：F＝_____________，其中G为引力常量，G＝6.67×10－11N·m2/kg2，其值由卡文迪什通过扭秤实验测得。公式中的r是两个物体之间的_______。3．适用条件：适用于两个_______或均匀球体；r为两质点或均匀球体球心间的距离。两物体质量的乘积两物体间距离的二次方距离质点考点突破·考法探究核心精讲三、天体或卫星运动问题分析1．将天体或卫星的运动看成___________运动，其所需向心力由___________提供。2．表达式匀速圆周万有引力考点突破·考法探究核心精讲四、宇宙速度1．第一宇宙速度(1)第一宇宙速度又叫_______速度，其数值为_______km/s。(2)第一宇宙速度是人造卫星在___________附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度。(3)第一宇宙速度是人造卫星的最小_______速度，也是人造卫星的最大_______速度。环绕7.9地球表面发射环绕考点突破·考法探究核心精讲2．第二宇宙速度(脱离速度)使物体挣脱_______引力束缚的最小发射速度，其数值为_________km/s。3．第三宇宙速度(逃逸速度)使物体挣脱_______引力束缚的最小发射速度，其数值为_________km/s。地球11.2太阳16.7考点突破·考法探究核心精讲五、相对论时空观与牛顿力学的局限性1．相对论时空观(1)爱因斯坦的两个假设：①在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是_______的。②真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_______的。(2)爱因斯坦假设的结果相同相同考点突破·考法探究核心精讲①时间延缓效应如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝____________。②长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l＝____________。考点突破·考法探究核心精讲2．牛顿力学的成就与局限性牛顿力学适用于宏观物体，低速运动。考点突破·考法探究考题研析考点1开普勒定律的应用1．行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理。考点突破·考法探究考题研析

答案

B考点突破·考法探究考题研析例2.2023年4月12日，水星抵达今年第一次东大距的位置。由于水星是地内行星，平时都在太阳附近难以观察，从地球看出去，水星和太阳的最大夹角θ(也称距角，即“大距”)时，观测时机最佳，如图所示。若将水星与地球的公转均视为圆周运动，地球公转周期约为水星公转周期的4倍，则水星东大距时的距角θ的正弦值sinθ为(

)答案

B考点突破·考法探究考题研析例3.(2025安徽合肥阶段练习)(多选)如图所示,“天问一号”探测器在M点制动后,成功进入近火点为N的椭圆轨道,探测器在椭圆轨道上环绕数圈后,在N点再次制动后顺利进入近火圆轨道。已知探测器在近火圆轨道上的周期为T,椭圆轨道的长轴为火星半径的3倍,忽略火星的自转,则(

)答案

BC考点突破·考法探究考题研析考点2天体质量和密度的计算考点突破·考法探究考题研析考点突破·考法探究考题研析考点突破·考法探究考题研析例4.中国新闻网宣布：在摩洛哥坠落的陨石被证实来自火星。某同学想根据平时收集的部分火星资料计算出火星的密度，再与这颗陨石的密度进行比较。下列计算火星密度的公式正确的是(引力常量G已知，忽略火星自转的影响)(

)答案

ACD考点突破·考法探究考题研析例5.科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示.科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1000AU(太阳到地球的距离为1AU)的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞.这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖.若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为(

B

)A.

4×104MB.

4×106MC.

4×108MD.

4×1010M答案

B考点突破·考法探究考题研析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。考点突破·考法探究考题研析

答案

A考点突破·考法探究考题研析考点3万有引力与重力的关系(1)地球对物体的万有引力F表现为两个效果：一是重力mg，二是提供物体随地球自转的向心力F向，如图所示。考点突破·考法探究考题研析(2)万有引力与重力的定量关系：考点突破·考法探究考题研析不同位置处重力加速度的比较考点突破·考法探究考题研析

答案

BD考点突破·考法探究考题研析例8.由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同.

已知地球表面两极处的重力加速度大小为g0，在赤道处的重力加速度大小为g，地球

自转的周期为T，引力常量为G.

假设地球可视为质量均匀分布的球体，下列说法正

确的是(

BCD

)A.质量为m的物体在地球北极受到的重力大小为mgB.质量为m的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为mg0答案

BCD考点突破·考法探究考题研析

答案

A考点突破·考法探究考题研析考点4宇宙速度的理解和计算

1．第一宇宙速度的推导考点突破·考法探究考题研析注意：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。2．宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v发＝7.9km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动。(2)7.9km/s<v发<11.2km/s时，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。(3)11.2km/s≤v发<16.7km/s时，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆。(4)v发≥16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。考点突破·考法探究考题研析

例10.(2025湖北省联考)中国火星探测器“天问一号”成功发射后，沿地火转移轨道飞行七个多月，于2021年2月到达火星附近，要通过制动减速被火星引力俘获，才能进入环绕火星的轨道飞行。已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球半径约为火星半径的2倍，下列说法正确的是(

)A．若在火星上发射一颗绕火星运动的近地卫星，其速度至少需要7.9km/sB．“天问一号”探测器的发射速度一定大于7.9km/s，小于11.2km/s答案

C考点突破·考法探究考题研析例11.(2024陕西西安期末)我国航天事业的快速发展，充分体现了民族智慧、经济实力、综合国力，也大大促进了我国生产力的发展。下列关于我国航天器的发射速度、绕行速度的说法正确的是()A.火星探测器天问一号的发射速度大于第三宇宙速度B.探月工程中嫦娥五号的发射速度大于第二宇宙速度C.北斗卫星导航系统中地球静止轨道卫星的绕行速度小于第一宇宙速度D.中国空间站中天和核心舱的发射速度大于第一宇宙速度答案

CD考点突破·考法探究考题研析A64∶9 B8∶3C3∶8 D9∶64答案

C考点突破·考法探究考题研析考点5卫星参数的比较

1.卫星运动遵循的规律：卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心在椭圆的一个焦点上，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。2.卫星轨道的圆心：卫星绕地球沿圆形轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心是卫星圆轨道的圆心。考点突破·考法探究考题研析3.卫星的轨道：卫星的轨道平面可以在赤道平面内（如同步卫星），可以通过两极上空（如极地卫星），也可以和赤道平面成任意角度。考点突破·考法探究考题研析4.运行参量

考点突破·考法探究考题研析

考点突破·考法探究考题研析近地卫星、同步卫星与地球赤道上的物体的联系与区别项目近地卫星同步卫星地球赤道上的物体图示考点突破·考法探究考题研析项目近地卫星同步卫星地球赤道上的物体向心力万有引力万有引力万有引力的一个分力轨道半

径r同＞r物＝r近角速度同步卫星的角速度与地球自转

的角速度相同，故ω同＝ω物ω近＞ω同＝ω物考点突破·考法探究考题研析项目近地卫星同步卫星地球赤道上的物体线速度由v＝rω得v同＞v物v近＞v同＞v物向心加速度由a＝rω2得a同＞a物a近＞a同＞a物考点突破·考法探究考题研析

答案

D考点突破·考法探究考题研析

答案

D考点突破·考法探究考题研析例15.（2024山西怀仁一中校考）2023年8月25日，“吉林一号”宽幅02A星在酒泉卫星发射中心，搭乘谷神星一号遥八运载火箭发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得成功.如图所示为“吉林一号”星座在轨卫星示意图，卫星的轨道高度主要分为两种，一种以A星为代表，轨道高度535km；另一种以B星为代表，轨道高度650km，B卫星的运行轨道恰在地球赤道的正上方.下列说法正确的是(

AB

)A.A星的运行速度比B星大B.B星绕地球做匀速圆周运动的周期比赤道上的物体小C.B星绕地球转动所需向心力比A星大D.“吉林一号”星座卫星中可以有卫星的轨道平面与北纬30度纬

线圈在同一平面内答案

AB考点突破·考法探究考题研析考点6卫星或天体的追及和相遇问题1．问题简述：天体运动中的“相遇”是指两天体运行过程中相距最近，如图甲所示，而图乙时刻，地球和行星相距最远。2．解题关键：从图甲开始分析两天体转过的角度或圈数。考点突破·考法探究考题研析3．卫星或天体相距最近或相距最远的条件考点突破·考法探究考题研析例16.2022年12月8日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”.火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为3∶2，如图所示.根据以上信息可以得出(

B

)A.火星与地球绕太阳运动的周期之比约为27∶8B.当火星与地球相距最远时，两者的相对速度最大C.火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为9∶4D.下一次“火星冲日”将出现在2023年12月8日之前答案

B考点突破·考法探究考题研析例17.(2024福建泉州模拟)2023年11月3日发生木星冲日现象,木星冲日是指木星、地球和太阳几乎排列成一线,地球位于太阳与木星之间。此时木星被太阳照亮的一面完全朝向地球,所以明亮而易于观察。地球和木星绕太阳公转的方向相同,轨迹都可近似为圆,地球一年绕太阳一周,木星11.84年绕太阳一周。则(图中其他行星轨道省略未画出)(

)A在相同时间内,木星、地球与太阳中心连线扫过的面积相等B木星的运行速度比地球的运行速度大C木星冲日现象时间间隔约为12年D下一次出现木星冲日现象是在2024年答案

D考点突破·考法探究考题研析[变式](1)再过大约多少年,地球和木星相距最远?

(1)0.55年(2)假设地球和木星绕太阳公转的方向相反,木星冲日现象的时间间隔约为多少年?(2)0.92年考点突破·考法探究考题研析例18.太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，称为“行星冲日”。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如表：行星名称地球火星木星土星天王星海王星轨道半径R/AU1.01.55.29.51930则相邻两次“冲日”时间间隔约为(

)A．火星365天 B．火星800天C．天王星365天 D．天王星800天答案

B考点突破·考法探究考题研析考点7人造卫星的变轨及对接问题1．卫星的两类变轨问题两类变轨离心运动近心运动示意图变轨起因卫星速度突然增大卫星速度突然减小考点突破·考法探究考题研析考点突破·考法探究考题研析两类变轨离心运动近心运动变轨结果新圆轨道上运动的速率比原轨道的小，周期比原轨道的大新圆轨道上运动的速率比原轨道的大，周期比原轨道的小动能减小、势能增大、机械能增大动能增大，势能减小、机械能减小2．卫星的对接问题在低轨道运行的卫星，加速后可以与高轨道的卫星对接。同一轨道的卫星，不论加速或减速都不能对接。考点突破·考法探究考题研析答案BCD考点突破·考法探究考题研析变轨过程各物理量比较考点突破·考法探究考题研析周期关系由开普勒第三定律判断周期关系TⅠ<TⅡ<TⅢ机械能由机械能的变化量等于除重力之外的其他力做的功判断机械能的关系为EⅠ<EⅡ<EⅢ考点突破·考法探究考题研析例20.北京时间2024年4月26日神舟十八号载人飞船与在轨飞行的天和核心舱顺利实现径向自主交会对接，整个交会对接过程历时约6.5小时。为实现神舟十八号载人飞船与空间站顺利对接，飞船安装有几十台微动力发动机，负责精确地控制它的各种转动和平动。对接前飞船要先到达和空间站很近的相对静止的某个停泊位置(距空间站200m)。为到达这个位置，飞船由惯性飞行状态转入发动机调控状态，下列说法正确的是(

)考点突破·考法探究考题研析A．飞船先到空间站同一圆周轨道上同方向运动，在合适位置减速靠近即可B．飞船先到与空间站圆周轨道垂直的同半径轨道上运动，在合适位置减速靠近即可C．飞船先到空间站轨道下方圆周轨道上同方向运动，在合适的位置减速即可D．飞船先到空间站轨道上方圆周轨道上同方向运动，在合适的位置减速即可答案

D考点突破·考法探究考题研析例21.（2024湘豫名校联考）2023年5月30日，神舟十六号在酒泉卫星发射中心发射升空，成功将航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮顺利送入太空.发射入轨后，神舟十六号与天宫空间站进行交会对接，停靠于空间站核心舱的径向端口，对接后的组合体仍在空间站原轨道上运行.对接前，天宫空间站与神舟十六号的轨道

如图所示，则下列说法正确的是(

BC

)A.对接前，神舟十六号与天宫空间站绕地球做圆周运动的方向相反B.对接前，神舟十六号绕地球做圆周运动的线速度大小比天宫

空间站的大C.神舟十六号需要运动到天宫空间站后下方变轨才能实现对接D.神舟十六号需要运动到天宫空间站正下方变轨才能实现对接答案

BC考点突破·考法探究考题研析考点8双星及多星系统问题

1．定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统。如图所示。考点突破·考法探究考题研析2．特点考点突破·考法探究考题研析考点突破·考法探究考题研析三星模型考点突破·考法探究考题研析考点突破·考法探究考题研析例22.(2024安徽芜湖阶段检测)人类首次发现的引力波来源于距地球之外13亿光年的两个黑洞互相绕转最后合并的过程。如图所示,设两个黑洞A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动,黑洞A的轨道半径大于黑洞B的轨道半径,两个黑洞的总质量为M,两个黑洞中心间的距离为L,则(

)B黑洞A的线速度一定小于黑洞B的线速度C两个黑洞的总质量M一定,L越大,角速度越大D黑洞A的质量一定大于黑洞B的质量答案

A考点突破·考法探究考题研析答案

(1)1(2)设想将黑洞A上的矿藏不断地搬运到黑洞B上,假设经过长时间搬运后,两黑洞仍可以看作均匀球体且之间的距离保持不变,则两黑洞之间的引力如何变化?两黑洞运动的周期如何变化?答案

(2)减小不变考点突破·考法探究考题研析答案

C考点突破·考法探究考题研析

答案

AC考点突破·考法探究命题预测1.（2024四川眉山模拟)北京冬奥会开幕式采用二十四节气倒计时，最后

定格于立春节气，惊艳全球，二十四节气，代表着地球在公转轨道上的二十四个不

同的位置.如图所示，从天体物理学可知地球沿椭圆轨道绕太阳运行所处的四个位

置，分别对应我国的四个节气，以下说法正确的是(

D

)A.地球绕太阳运行方向(正对纸面)是顺时针方向B.地球绕太阳做匀速率椭圆轨道运动C.地球从夏至至秋分的时间小于地球公转周期的四分之一D.冬至时地球公转速率最大答案

D考点突破·考法探究命题预测

答案

B考点突破·考法探究命题预测

答案

D考点突破·考法探究命题预测4.万有引力定律揭示了天体运行规律与地上物体运动规律具有内在的一致性.(1)用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重力，随称量位置的变化可能会

有不同的结果.已知地球质量为M，自转周期为T，引力常量为G.

将地球视为半径为

R、质量均匀分布的球体，不考虑空气的影响.设在地球北极地面称量时，弹簧秤的

读数是F0.

考点突破·考法探究命题预测(2)设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径r、太阳的半径RS和地球的半径R三者均减

小为现在的1.0％，而太阳和地球的密度均匀且不变.仅考虑太阳和地球之间的相互

作用，以现实地球的1年为标准，计算“设想地球”的1年将变为多长.答案

“设想地球”的1年与现实地球的1年时间相同考点突破·考法探究命题预测

答案

D考点突破·考法探究命题预测6.(2025陕晋青宁高考适应性考试)神舟十九号载人飞船与中国空间站在