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文檔簡介
/一內容:醐引嬤i魁颯,與翻平方皈比
(1)定畸公W0-^^嚇:&(m)nv^(G=6_67xl(PN肝㈣?,頒涮)
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核心突破?靶向攻堅
考點一開普勒定律
?命Q勤
知識點開普勒行星運動定律
定律內容圖示或公式
所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在
開普勒第一定律3九
道定律)的一個焦點上
昌
對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間內
開普勒第二定律(面
積定律)掃過的面積相等
所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的
開普勒第三定律(周捻二〃,〃是一個與行星無關的
期定律)二次方的比值都相等常量
注意:
①行星繞太陽的運動通常按圓航道處理;
②而積定律是對同一個行星而言的,不同的行星相等時間內掃過的面積不等:
③該比值只與中心天體的質量有體不同的中心天體值不同o
考向開普勒行星運動定律的理解及應用
|w|(2022.福建廈門模擬預測)1970年4月24日,中國第I顆人造地球衛星東方紅一號發射成功,拉
開了中國人探索宇宙奧秘,和平利用太空、造福人類的序幕,因此4月24日定為“中國航天日”。52年過去
了,東方紅一號仍然在太空飛行,運行在近地點441千米,遠地點2286千米的橢圓軌道上,衛星質量173
千克,運行周期114分鐘。則()
A.東方紅一號在近地點的運行速率比遠地點小
B.東方紅一號在近地點受到地球的萬有引力比遠地點小
C.地球位于東方紅一號橢圓軌道的一個焦點上
D.東方紅一號的運行周期大于靜止衛星的運行周期
【變式訓練1?變載體】(2025?福建龍巖?二模)如圖為中國農歷二十四個節氣與地球在公轉橢圓軌道上對應
位置的示意圖。僅考慮太陽對地球的引力,則關于地球繞太陽公轉過程,()
C.經過近日點、遠日點兩位置的瞬時速度大小之比約為1.03
D.地球自轉周期的平方與公轉軌道半長軸三次方的比值是一個僅與太陽質最有關的常數
‘曠新情境【變式訓練2?時事熱點與學科知識結合】(2025?福建寧德?二模)某人造TI星繞地球運動,所
受地球引力隨時間變化如圖所示,假設衛星只受地球引力,下列說法正確的是()
A.衛星的周期為2%
B.衛星繞地球運行時機械能守恒
C.衛星在近地點與遠地點的速度之比為4:1
D.衛星在近地點與遠地點的加速度之比為4:1
考點二萬有引力定律
知識點1萬有引力定律
(D內容:自然界中任何兩個物體都相互吸引,引力的方向在它們的連線上,引力的大小與物體的質量⑶
和川的乘積成正比、與它們之間距離r的二次方成反比。
(2)表達式:尸=年,G是比例系數,叫作引力常量,6=6.67X10-“N-m'/kg"。
(3)適用條件:
①公式適用于質點間的相互作用。當兩個物體間的距離遠大于物體本身的大小時,物體可視為質點O
②質量分布均勻的球體可視為質點,r是兩球心間的距離。
知識點2萬有引力與重力的關系
地球對物體的萬有引力廠表現為兩個效果:一是重力mg,二是提供物體隨地球自轉的向心力打向,如圖
所示。
(1)在赤道上:
(2)在兩極上:
知識點3星體表面上的重力加速度
(1)在地球表面附近的重力加速度g(不考慮地球自轉):得產黑
GM
⑵在地球上空距離地心廣=2+方處的重力加速度為g',由加g'=—五7~3得g'=~nIA2
HInHIn
所以尸R+h'
F-0
(3)萬有引力的“兩個推論”
推論1:在勻質球殼的空腔內任意位置處,質點受到球殼的萬有引力的合力為零,即F弓仁0。
推論2:在勻質球體內部距離球心r處的質點(m)受到的萬有引力等于球體內半徑為r的同心球體(M')
對其的萬有引力,即F二G等。
Q知??
考向1萬有引力與重力的關系
甌(2023福建廈門)已知地球兩極的重力加速度大小為赤道上的重力加速度大小為g.若將地球視
為質量均勻分布、半徑為R的球體,地球靜止衛星的軌道半徑為
A.R(——戶B.C.小配二與§D.穴(冬士工)3
go-g8o_8Sog
【變式訓練1?變載體】(2023?福建莆田?模擬)2020年8月13口,“嫦娥四號”著陸器結束月夜休眠,受光
照自主喚醒,進入第21月晝工作期,繼續月球背面的探索之旅,若在著陸器上安裝一個半徑為0.8m,光
滑的豎真圓軌道,將一質量為1kg的小球(視為質點)沿圓弧與圓心等高點由靜止滑下,小球到達最低點
時對圓軌道的壓力大小為4.8N,知月球的半徑約為1.7xlO-km。引力常量為6.67*10川用01%^2,下列說
法正確的是()
A.月球表面重力加速度大小為1.6m/s
B,著陸器在近月軌道做勻速圓周運動的周期約為3.2x1(ps
C.月求的第一宇宙速度約為1.65x10%!/$
D.月球的質量約為7.35xl(Pkg
新琴法【變式訓練2?變考法】(2025.福建.模擬預測)如圖,兩顆地球衛星A、B的軌道處于同一平面,
。為A衛星橢圓軌道的遠地點,兩衛星軌道相切于A的近地點QB為近地衛星,周期為7:A衛星的遠
地點P到地球中心的距離為凡,地球半徑為R,引力常量為G,求:
(1)地球表面的重力加速度g和地球質量M;
(2)A衛星的周期
考向2天體不同位置及其他星球重力加速度
酗如圖所示,在一半徑為R、質量分布均勻的大球內部挖去一半徑為專的小球,兩球相切于0點,。八
。2分別是大球和小球的球心。已知質量分布均勻的球殼對球殼內部物體的萬有引力為零,大球密度為〃,
引力常量為G。現將一質量為,〃的物體N(可視為質點)置于。/處,則大球剩余部分對N的萬有引力大小
2
B.—JtpGmR
4
C.TrpGmRD.—JtpGmR
’獷新考法【變式訓練I?多過程問題】半徑為R、質晟分布均勻且為M的兩個相同的球固定在水平面上,
兩個球球心之間的距離為4上它們間的萬有引力大小為凡現在兩球心的連線外側各挖掉一個直徑為R的
小球,剩余部分放在相同位置.,如圖所示。則剩余部分之間的萬有引力大小為()
73「7191519尸6581萬
A.----rB.——FD.
81810081008100
【變式訓練2?變載體】(2025?福建泉州?一模)月球繞地球公轉的同時也在自轉,月球的自轉周期恰好與公
轉周期相同,使得月球始終以同?面朝向地球,這種現象稱為“同步自轉月球公轉近似看成半徑為廣的圓
周運動。已知月球半徑為凡,地球半徑為R,地球極地處的重力加速度大小為月球表面各處的重力加速
度因自轉而不同,其極地與赤道處的重力加速度大小之差為()
A絆B.弊C.華D.嚶
【變式訓練3?變載體】(2023?福建?一模)在第73屆國際宇航大會上,我國“天問一號''火星探測任務團隊
被國際宇航聯合會授予2022年度“世界航天獎"。天問一號著陸器在著陸火星的動力減速階段,從火星表面
附近以%=96m/s的初速度豎直向下做勻減速運動,經f=80s速度減為0。已知著陸器質量約為m=1200kg,
火星表面重力加速度g火取4m/s2,忽略火星自轉,求:
(1)著陸器在動力減速階段下降的距離力;
(2)著陸器在動力減速階段所受阻力大小/;
(3)若火星的半徑是地球半徑的3,地球表面重力加速度g取lOm/s?,求火星與地球的質量之比。
考點三天體質量及密度的計算目
知識點1萬有引力定律的應用
基本方法:把天體的運動看成是勻速圓周運動,其所需向心力由萬有引力提供.即凡=F向得:
「Mmv24兀2
G——=m—=tn(i)2r=m——r=nut
r2rT2
知識點2在天體表面計算天體質量及密度(“自力更生〃法(g-R))
1.天體質量:由G"?="吆,得天體質量M=血.
R~G
2天體密度:由天體質量及球體體積公式V=E,得天體密度”急
知識點3利用環繞天體計算天體質量及密度(“借助夕耀”法(T?r))
Miri4兀2r3
1.天體質量:由G等■丁廣,得天體質量M=
rTGT2
43口’
2.天體密度:由天體質量及球體體積公式V=三次,得天體密度夕=
6T2H3
3.若衛星繞天體表面運行,可認為軌道半徑r等于天體半徑",則天體密度0=券,故只要測出衛星
環繞天體表面運動的周期T,就可估算出中心天體的密度.
Q命Q?
考向1在天體表面計算天體質量及密度
甌(2024?福建福州?模擬預測)某星系中有一顆質量分布均勻的行星,其半徑為R,將一質量為機的物塊
懸掛在彈簧測力計上,在該行星極地表面靜止時,彈簧測力計的示數為擔在赤道表面靜止時,彈簧測力計
3
的示數為亍幾已知引力常量為G。下列說法正確的是()
A.該行星的自轉周期為J型竺B.該行星的質量為生
VF4G〃?
C.該行星赤道處的重力加速度為/?加D.該行星的密度為
4;rRG,n
【變式訓練1?解決實際問題】(2025?福建福州?模擬預測)設想在將來的某一天,一位航天員乘坐中國航天
集團的飛行器,成功地降落在火星上。他在離火星地面表面高/?(〃遠小于火星的半徑)處無初速釋放一小
球,認為小球在火星表面做初速度為零的勻加速直線運動,即火星上的自由落體運動,并測得小球落地時
速度為-(不計阻力),已知引力常量為G,火星半徑為R,下列正確的是()
A.小球下落所用的時間f=g
B.火星表面的重力加速度g=L
2h
C.火星的質量加=這
2Gh
D.若火星可視為質量均勻分布的球體,則火星的密度夕=冷_
AGImR
考向2利用環繞天體計算天體質量及密度
甌(2024.福建漳州.一模)“嫦娥七號”探測器將于2026年前后發射,準備在月球南極登陸,登陸月球前
假設探測器繞月球做周期為刀的勻速圓周運動,軌道半徑可認為等于月球半徑。月球繞地球做周期為《的
勻速圓周運動,其軌道半徑為月球半徑的k倍。引力常量為G,則()
A.根據題中所給信息可求出地球的質量B.根據題中所給信息可求出月球的質量
721MT2k3
C.周期工和心滿足a=/D.地球質量與月球質量之比工仔=十=
【變式訓練1】(2023?福建福州?模擬預測)2022年7月14FI下午,長征五號B火箭成功將我國空間站的
首個實驗艙“問天”實驗艙送入太空與天和核心艙進行對接,隨后神舟十四號乘組順利進入問天實驗艙,開
啟了太空實驗的新階段。如圖所示,已知空間站在距地球表面高約400km的近地軌道上做勻速圓周運動,
地球半徑約為6400km,萬有引力常量為G,則下列說法正確的是()
A.空間站繞地球運行的速度大于第一宇宙速度
B.若已知空間站的運行周期則可以計算出地球的質量
C.“問大”實驗艙需先進入核心艙所在的坑道,再加速追上核心艙完成對接
D.核心艙在軌運行時,艙內宇航員的加速度為0
【變式訓練2】(2024?福建?一模)三位科學家因在銀河系中心發現一個超大質量的黑洞而獲得了諾貝爾物
理學獎,他們對銀河系中心附近的恒星S2進行了多年的持續觀測,給出1994年到2002年間S2的位置如
圖所示。科學家認為S2的運動軌跡是半長軸約為I000AU(太陽到地球的距離為1AU)的橢醫1,若認為S2
所受的作用力主要為該大質量黑洞的引力,設太陽的質量為M,可以推測出()
B.黑洞質量約為4X1()6M
C.恒星S2質量約為4x"MD.恒星S2質量約為4x10*3
04
真題溯源?考向感知
1.(2025?云南?高考真題)國際編號為192391的小行星繞太陽公轉的周期約為5.8年,該小行星與太陽系
內八大行星幾乎在同?平面內做圓周運動。規定地球繞太陽公轉的軌道半徑為1AU,八大行星繞太陽的公
轉軌道半徑如下表所示。忽略其它行星對該小行星的引力作用,則該小行星的公轉軌道應介于()
行星水星金星地球火星木星土星天王星海王星
軌道半徑R/AU0.390.721.01.55.29.51930
A.金星與地球的公轉軌道之間B.地球與火星的公轉軌道之間
C.火星與木星的公轉軌道之間D.天王星與海王星的公轉軌道之間
2.(2024.海南?高考真題)嫦娥六號進入環月圓軌道,周期為7,軌道高度與月球半徑之比為七引力常最
為G,則月球的平均密度為()
A3"(l+k)3二(1+k)D.至(l+k)3
G產公'3GT2kGT2
3J2025?安徽?高考真題)2025年4月,我國已成功構建國際首個基于DRO(遠距離逆行軌道)的地月空間
三星星座,DRO具有“低能進入、穩定停泊、機動轉移''的特點。若衛星甲從DRO變軌進入環月橢圓軌道,
該軌道的近月點和遠月點距月球表面的高度分別為。和仇衛星的運行周期為丁:衛星乙從DRO變軌進入
半徑為,?的環月圓形軌道,周期也為兀月球的質量為M,半徑為上引力常量為G。假設只考慮月球對甲、
乙的引力,則()
a+b+Ra+b4n2r3門〃4TI2/?3
A.r=-------B.r=----+RC.M=——-D.M=....—
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2.邠運麻泌(林屯居好)⑺畸蹴
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同步理鍬困--幽1:屣*響恤磔)(黔黃鰥)
3.軸充(髓庭疑生:o——蝴自尊信:謔啊赤=G-MmyR,mMUg豕瞰);就叫段:隼所部
⑴雨豳孤:2sM.7xlGm*5,4x1%和
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-⑴憫相例關系Y二管?;w)
2續游船折(就遒)
-②硼aY普普黑含意66
?二2鍍摘(短高罐)
一施:麓礁z?1r卯力,利油6.6
-ym:湍7a
就:削口酶,(“)
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羯:劇?鼬,歌蟠比r?fa
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核心突破?靶向攻堅
考點一開普勒定律
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知識點開普勒行星運動定律
定律內容圖示或公式
所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在
開普勒第一定律3九
道定律)的一個焦點上
昌
對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間內
開普勒第二定律(面
積定律)掃過的面積相等
所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的
開普勒第三定律(周捻二〃,〃是一個與行星無關的
期定律)二次方的比值都相等常量
注意:
①行星繞太陽的運動通常按圓航道處理;
②而積定律是對同一個行星而言的,不同的行星相等時間內掃過的面積不等:
③該比值只與中心天體的質量有體不同的中心天體值不同o
考向開普勒行星運動定律的理解及應用
|w|(2022.福建廈門模擬預測)1970年4月24日,中國第I顆人造地球衛星東方紅一號發射成功,拉
開了中國人探索宇宙奧秘,和平利用太空、造福人類的序幕,因此4月24日定為“中國航天日”。52年過去
了,東方紅一號仍然在太空飛行,運行在近地點441千米,遠地點2286千米的橢圓軌道上,衛星質量173
千克,運行周期114分鐘。則()
A.東方紅一號在近地點的運行速率比遠地點小
B.東方紅一號在近地點受到地球的萬有引力比遠地點小
C.地球位于東方紅一號橢圓軌道的一個焦點上
D.東方紅一號的運行周期大于靜止衛星的運行周期
【答案】C
【詳解】A.根據開普勒第二定律知東方紅一號與地球的連線在相等時間內掃過的面積相等,則東方紅一號
衛星在近地點的速率大于在遠地點的速率,A錯誤;
B.根據
因為近地點到地心的距離小于遠地點到地心的距離,則東方紅一號在近地點受到地球的萬有引力比遠地點
大,B錯誤;
C.東方紅一號繞地球在橢圓軌道上,則地球位于東方紅一號橢圓軌道的一個焦點上,C正確;
D.根據開普勒第三定律,東方紅一號軌道的半長軸小于靜止衛星軌道的半徑,則東方紅一號的運行周期小
于靜止衛星的運行周期,D錯誤。
故選C。
【變式訓練1?變載體】(2025?福建龍巖?二模)如圖為中國農歷二十四個節氣與地球在公轉橢圓軌道上對應
則關于地球繞太陽公轉過程,()
B.冬至時地球的加速度比夏至時大
C.經過近日點、遠口點兩位置的瞬時速度大小之比約為1.03
D.地球自轉周期的平方與公轉軌道半長軸三次方的比值是一個僅與太陽質量有關的常數
【答案】BC
【詳解】AB.地球冬至時距離太陽最近,夏至時距離太陽最遠,根據開普勒第二定律可知,冬至時地球的
線速度比夏至時大,根據G^=〃心,
r廣
冬至時地球的加速度比夏至時大,選項A錯誤B正確;
C.根據開普勒第二定律可知,經過近日點、遠日點兩位置也△"遠=也△"近
可暇號翳
a1.03
選項C正確;
D.根據開普勒第三定律,地球公轉周期的平方與公轉軌道半長軸三次方的比值是一個僅與太陽質量有關的
常數,選項D錯誤。
故選BCo
’虢新情境【變式訓練2?時事熱點與學科知識結合】(2025?福建寧德?三模)某人造衛星繞地球運動,所
A.衛星的周期為4
B.衛星繞地球運行時機械能守恒
C.衛星在近地點與遠地點的速度之比為4:1
D.衛星在近地點.與遠地點的加速度之比為4:1
【答案】BD
【詳解】A.由圖可知,衛星的盾期為7=6,選項A錯誤;
B.衛星繞地球運行時,只有地球引力做功,則機械能守恒,選項B正確;
C.衛星在近點時8尸=6"
^min
cl八Mm
遠點時=G—
'max
可知土嘰=;
*x2
根據開普勒第二定律,衛星在近地點與遠地點時匕4%「=△△化a
P2
可知近地點與遠地點的速度之比為;二1
選項C錯誤;
D.根據G-5-=",?=—r
rr-
可知衛星在近地點與遠地點的加速度之比為4:1,選項D正確。
故選BDO
考點二萬有引力定律
知識點i萬有引力定律
(D內容:自然界中任何兩個物體都相互吸引,引力的方向在它們的連線上,引力的大小與物體的質量G
和劭的乘枳成正比、與它們之間距離r的二次方成反比。
U2
(2)表達式:尸=詈,G是比例系數,叫作引力常量,G=6.67XW~N?m7kgo
(3)適用條件:
①公式適用于質電間的相互作用。當兩個物體間的距離遠大于物體本身的大小時,物體可視為質點。
②質量分布均勻的球體可視為質點,廠是兩球心間的距離。
知識點2萬有引力與重力的關系
地球對物體的萬有引力廠表現為兩個效果:一是重力mg,二是提供物體隨地球自轉的向心力F2如圖
所示。
^=mgy-\-ma)2R
⑴在赤道上:o
(2)在兩極上:專=.。
知識點3星體表面上的重力加速度
MmGM
(1)在地球表面附近的重力加速度g(不考慮地球自轉):mg=午得產7°
律,_____竺
⑵在地球上空距離地心廣=9+2處的重力加速度為g',E)mg'=-2,
t\\n何g.R+h
..g/?+h
所以「一
(3)萬有引力的“兩個推論”
推論1:在勻質球殼的空腔內任意位置處,質點受到球殼的萬有引力的合力為零,即F弓1二0。
推論2:在勻質球體內部距離球心r處的質點(m)受到的萬有引力等于球體內半徑為r的同心球體(M,)
對其的萬有引力,即F二d詈。
考向1萬有引力與重力的關系
甌(2023福建廈門)己知地球兩極的重力加速度大小為R。,赤道上的重力加速度大小為g.若將地球視
為質量均勻分布、半徑為R的球體,地球靜止衛星的軌道半徑為
A.B.R(—戶C.R(&■衛)3D./?(8■一&"
8o~88o~8Sog
【答案】A
【分析】地球靜止衛星公轉周期等于地球自轉的周期,根據萬有引力提供向心力及在地球兩極表面萬有引
力等于重力,列式即可解題.
【詳解】設地球質量為M,地球赤道上物體的質量為如地球靜止衛星的軌道半徑為小地球的自轉周期為
T,則地球兩極的物體受到引力等于其重力,即為G粵=〃陪。,而赤道上物體受到引力與支持力差值提供
A
向心力,即為G誓-mg=〃[將R,靜止H星所受萬有引力等于向心力G等二山苓/,故地球靜止衛星
I
軌道半徑為r=故A正確.
【變式訓練1?變載體】(2023?福建莆田?模擬)2020年8月13日,“嫦娥四號”著陸器結束月夜休眠,受光
照自主喚醒,進入笫21月晝工作期,繼續月球背面的探索之旅。若在著陸器上安裝一個半徑為0.8m、光
滑的豎真圓軌道,將一質量為1kg的小球(視為質點)沿圓弧與圓心等高點由靜止滑下,小球到達最低點
時對圓軌道的壓力大小為4.8N,己知月球的半徑約為1.7x103km。引力常量為6.67x10"NmVkg?,下列說
法正確的是()
A.月球表面重力加速度大小為l.6m/s
B.著陸器在近月軌道做勻速圓周運動的周期約為3.2x10%
C.月求的第一宇宙速度約為1.65xlO3m/s
D.月球的質量約為7.35X為19kg
【答案】AC
【詳解】A.球(視為質點)沿圓弧與圓心等高點由靜止滑下,由動能定理得
12
mgr=-im。
在最低點,由牛頓第二定律得
2
N-mg=m——
r
根據牛頓第三定律可知
N=4.8N
解得
g=1.6m/s2
A正確:
BC.著陸器在近月軌道,由重力提供向心力,有
242V?
mg="7(——yR=///—
解得
3
7=6.5x10%,v(?1.65x10m/s
B錯誤,C正確;.
D.在月球表面,有
Mm
mg=G
解得
A/?6.9xl022kg
D錯誤。
故選AC。
‘巧躊法【變式訓練2?變考法】(2025?福建?模擬預測)如圖,兩顆地球衛星A、B的軌道處于同一平面,
戶為A衛星橢圓軌道的遠地點,西衛星軌道相切于A的近地點。;B為近地衛星,周期為T;A衛星的遠
地點P到地球中心的距離為與,地球半徑為R,引力常量為G,求:
(1)地球表面的重力加速度g和地球質量M;
(2)A衛星的周期
【答案】(]心=等,知=穿
⑵…國7
【詳解】(1)對于近地衛星B,由萬有引力提供磁場力可得半=〃?筆?/?
解得地球質量為例=
GT2
...2T.r-/GMm',
在地球表面有n,=mg
解得地球表面的重力加速度為g=攀=警
R、+R
(2)A衛星軌道半長軸為以=
2
根據開普勒第三定律可得
T2T:
解得A衛星的周期為7;=7
考向2天體不同位置及其他星球重力加速度
陋如圖所示,在一半徑為心質量分布均勻的大球內部挖去一半徑為9的小球,兩球相切于P點,0八
。2分別是大球和小球的球心。已知質量分布均勻的球殼對球殼內部物體的萬有引力為零,大球密度為P,
引力常量為G。現將一質量為小的物體N(可視為質點)置于。處,則大球剩余部分對N的萬有引力大小
C.TrpGmRD.-TrpGinR
【答案】B
【詳解】物體N受到的大球剩余部分的引力為大球對物體N的引力減去小球對物體N的引力,未挖去前,
大球對物體N引力為零,所以大球剩余部分的引力等于小球對物體N的引力,根據萬有引力定律可得
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