2024屆高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)逐個(gè)擊破30天體運(yùn)動(dòng)的探索歷程 開普勒三大定律 萬有引力定律（原卷版）

專題30天體運(yùn)動(dòng)的探索歷程開普勒三大定律萬有引力定律考點(diǎn)一天體運(yùn)動(dòng)的探索歷程1．地心說(1)地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的；(2)太陽、月球以及其他星體都繞地球運(yùn)動(dòng)；(3)地心說的代表人物是古希臘科學(xué)家托勒密．2．日心說(1)太陽是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)；(2)日心說的代表人物是哥白尼．3．局限性(1)古人都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)．(2)開普勒研究了第谷的行星觀測記錄，發(fā)現(xiàn)如果假設(shè)行星的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所得的數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不符．1．許多科學(xué)家在物理學(xué)發(fā)展過程中做出了重要貢獻(xiàn)，下列表述正確的是（

）A．托勒密提出日心說，認(rèn)為太陽是宇宙的中心，所有的行星繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)B．第谷通過對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的長期研究，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三定律C．開普勒通過分析第谷的天文觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律D．牛頓通過月地檢驗(yàn)，證明了地面物體所受地球的引力和天體間引力遵循相同的規(guī)律2．物理學(xué)的發(fā)展充滿了傳奇色彩，期間涌現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的物理學(xué)家，以下說法符合史實(shí)的是（）A．牛頓首次給出了物理學(xué)正確的研究方法（發(fā)現(xiàn)問題—提出假說—邏輯推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—得出結(jié)論），他的工作標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端B．第谷接受了哥白尼的日心說觀點(diǎn)，并根據(jù)開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)觀察記錄的數(shù)據(jù)，應(yīng)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)運(yùn)算，得出了開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律C．牛頓通過比較月球公轉(zhuǎn)的向心加速度和地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度，對(duì)萬有引力定律進(jìn)行了“月—地檢驗(yàn)”D．卡文迪什在實(shí)驗(yàn)室里通過對(duì)幾個(gè)鉛球之間萬有引力的測量，得出了引力常量的數(shù)值。引力常量的普適性成了萬有引力定律正確性的有力證據(jù)3．下列說法不符合物理學(xué)史的是（）A．牛頓對(duì)萬有引力常量G進(jìn)行了準(zhǔn)確的測定B．卡文迪許通過實(shí)驗(yàn)測出了萬有引力常量G的數(shù)值C．牛頓通過月地檢驗(yàn)，證明了地面物體所受地球的引力和天體間引力遵循相同的規(guī)律D．開普勒認(rèn)真整理和研究第谷留下的觀測記錄最終確定行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓考點(diǎn)二開普勒三大定律定律內(nèi)容圖示或公式開普勒第一定律(軌道定律)所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上開普勒第二定律(面積定律)對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積開普勒第三定律(周期定律)所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等eq\f(a3,T2)＝k，k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量1.開普勒三大定律2.行星的軌道與圓十分接近，在中學(xué)階段的研究中可按圓軌道處理。這樣：3.開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律也適用于其他天體系統(tǒng)，例如月球、衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)。4.環(huán)繞體繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有eq\f(GmM,r2)＝mreq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)，化簡得eq\f(r3,T2)＝eq\f(G,4π2)M，可見環(huán)繞體繞不同的中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)eq\f(r3,T2)與中心天體的質(zhì)量成正比，當(dāng)環(huán)繞體做橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)eq\f(r3,T2)也與中心天體的質(zhì)量成正比，此時(shí)r對(duì)應(yīng)橢圓的半長軸。4．（2023·全國·高三專題練習(xí)）在人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程，開普勒作出了劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解，下列說法中正確的是（

）A．此定律不僅適用于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)，也適用于宇宙中其他衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)B．牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，開普勒整理牛頓的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律C．行星繞太陽做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度方向時(shí)刻在變，但大小始終不變D．由開普勒第三定律r3T2=k，月亮繞地球運(yùn)動(dòng)的5．開普勒定律指出，行星繞太陽運(yùn)行的軌道都是橢圓。太陽與這些橢圓的關(guān)系是（）A．太陽處在所有橢圓的中心上B．在相等時(shí)間內(nèi)，太陽與每一顆行星的連線掃過相等的的面積C．所有行星軌道半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期二次方的比值都相等，且該比值與太陽無關(guān)D．所有行星軌道半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期二次方的比值都相等，且該比值與行星無關(guān)6．（2022·山東煙臺(tái)·高一期末）關(guān)于開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，下列說法正確的是（）A．所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓B．行星軌道的半長軸越長，其公轉(zhuǎn)周期越大C．行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)，離太陽越遠(yuǎn)運(yùn)行速度越大D．火星繞太陽運(yùn)行時(shí)，它與太陽的連線在任意相等的時(shí)間內(nèi)所掃過的面積不相等7．關(guān)于開普勒行星運(yùn)動(dòng)的公式R3A．所有行星的軌道都是圓，R是圓的半徑B．若地球繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長軸為R地，周期為T地；月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的長半軸為R月，周期為C．k與R3成正比、與TD．k只與中心天體有關(guān)8．（2022·吉林通化·高一期末）月球運(yùn)行軌道為如圖所示的繞地球E運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道，地球E位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。軌道上標(biāo)記了月球經(jīng)過相等時(shí)間間隔（Δt=T14A．面積S1>S2B．月球在軌道A點(diǎn)的速度小于B點(diǎn)的速度C．T2＝Ca3，其中C為常數(shù)，a為橢圓半長軸D．T2＝Cb3，其中C′為常數(shù)，b為橢圓半短軸9．(多選)我國古代為區(qū)分季節(jié)有節(jié)氣之說，二十四節(jié)氣準(zhǔn)確的反映了自然節(jié)律變化，在人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮了極為重要的作用。它不僅是指導(dǎo)農(nóng)耕生產(chǎn)的時(shí)節(jié)體系，更是包含有豐富民俗事象的民俗系統(tǒng)。二十四節(jié)氣蘊(yùn)含著悠久的文化內(nèi)涵和歷史積淀，是中華民族悠久歷史文化的重要組成部分。如圖所示，為地球沿橢圓形軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)所處的四個(gè)位置，分別對(duì)應(yīng)我國的四個(gè)節(jié)氣。以下說法正確的是（）A．地球做勻速橢圓軌道運(yùn)動(dòng)B．太陽在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上C．冬至?xí)r地球公轉(zhuǎn)速度最大D．秋分時(shí)地球公轉(zhuǎn)速度最小10．太陽系八大行星繞太陽運(yùn)行的軌道可粗略地視為圓，表格是各行星的軌道半徑，從表中所列數(shù)據(jù)可以估算出海王星的公轉(zhuǎn)周期最接近（）行星名稱水星金星地球火星木星土星天王星海王星軌道半徑/×0.5791.081.502.287.7814.328.745.0A．80年 B．120年 C．165年 D．200年11.(2021·高考全國卷乙)科學(xué)家對(duì)銀河系中心附近的恒星S2進(jìn)行了多年的持續(xù)觀測，給出1994年到2002年間S2的位置如圖所示?？茖W(xué)家認(rèn)為S2的運(yùn)動(dòng)軌跡是半長軸約為1000AU(太陽到地球的距離為1AU)的橢圓，銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞。這項(xiàng)研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。若認(rèn)為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力，設(shè)太陽的質(zhì)量為M，可以推測出該黑洞質(zhì)量約為()A．4×104M B．4×106MC．4×108M D．4×1010M考點(diǎn)三萬有引力定律1．內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)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(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。2．表達(dá)式：F＝Geq\f(m1m2,r2)，G為引力常量，其值為G＝6.67×10－11N·m2/kg2。3．適用條件(1)公式適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)。(2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn)，r是兩球球心間的距離。12．兩個(gè)質(zhì)量均勻的球形物體，兩球心相距r時(shí)它們之間的萬有引力為F，若將兩球的半徑都加倍，兩球心的距離也加倍，它們之間的作用力為()A．2FB．4FC．8F D．16F13．(2021·山東等級(jí)考)從“玉兔”登月到“祝融”探火，我國星際探測事業(yè)實(shí)現(xiàn)了由地月系到行星際的跨越。已知火星質(zhì)量約為月球的9倍，半徑約為月球的2倍，“祝融”火星車的質(zhì)量約為“玉兔”月球車的2倍。在著陸前，“祝融”和“玉兔”都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)由著陸平臺(tái)支撐的懸停過程。懸停時(shí)，“祝融”與“玉兔”所受著陸平臺(tái)的作用力大小之比為()A．9∶1 B．9∶2C．36∶1 D．72∶114.(2020·高考全國卷Ⅰ)火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的eq\f(1,10)，半徑約為地球半徑的eq\f(1,2)，則同一物體在火星表面與在地球表面受到的引力的比值約為()A．0.2 B．0.4C．2.0 D．2.515.（2022·全國乙卷·T14）2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約的“天宮二號(hào)”空間站上通過天地連線，為同學(xué)們上了一堂精彩的科學(xué)課。通過直播畫面可以看到，在近地圓軌道上飛行的“天宮二號(hào)”中，航天員可以自由地漂浮，這表明他們（）A.所受地球引力的大小近似為零B.所受地球引力與飛船對(duì)其作用力兩者的合力近似為零C.所受地球引力的大小與其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小近似相等D.在地球表面上所受引力的大小小于其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力