人教版高中物理必修第二册第七章万有引力与宇宙航行专题强化5天体运动的分析与计算万有引力和重力的关系课件（39页PPT）

(共39张PPT)
[学习目标]
1.会分析星体绕中心天体做圆周运动的物理量与轨道半径的关系。
2.明确地球表面的万有引力和重力的关系。
1.基本思路
一般行星(或卫星)的运动可看作匀速圆周运动，所需向心力由中心天体对它的万有引力提供，即F引＝F向。
[例1]　人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，关于其各物理量间的关系，下列说法正确的是(　　)
A.半径越大，速度越小，周期越小
B.半径越大，速度越小，周期越大
C.所有卫星的线速度均是相同的，与半径无关
D.所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关
B
A
[例3]　(2025·湖北卷)甲、乙两行星绕某恒星做圆周运动，甲的轨道半径比乙的小。忽略两行星之间的万有引力作用，下列说法正确的是(　　)
A.甲运动的周期比乙的小 B.甲运动的线速度比乙的小
C.甲运动的角速度比乙的小 D.甲运动的向心加速度比乙的小
A
1.物体在地球表面上所受万有引力与重力的关系
除两极以外，地面上其他点的物体，都围绕地轴做圆周运动，这就需要一个垂直于地轴的向心力。地球对物体万有引力的一个分力F′提供向心力，另一个分力为重力G，如图所示。
[例4]　(多选)关于万有引力和重力的关系，下列说法正确的是(　　)
A.地面附近的物体所受到的重力就是万有引力
B.若地球自转角速度变大，则赤道上物体所受重力变小
C.物体所受重力方向总是与万有引力方向相同
D.在地球上，万有引力等于重力与向心力的矢量和
BD
[例5]　质量分布均匀、半径为R的球状星云，其表面重力加速度为g。由于热膨胀的发生导致该星云半径变为2R，若此过程中质量保持不变且质量仍分布均匀。忽略星云自转，则变化后的星云表面的重力加速度为(　　)
A
B
1.(天体运动参量的分析)木卫一和木卫二都绕木星做匀速圆周运动。它们的周期分别为42 h 46 min和85 h 22 min，它们的轨道半径分别为R1和R2，线速度分别为v1和v2，则(　　)
A.R1＜R2，v1＜v2 B.R1＞R2，v1＜v2
C.R1＞R2，v1＞v2 D.R1＜R2，v1＞v2
D
2.(天体运动参量的计算)中国的空间站项目是一个重要的航天工程项目，展示了中国在航天技术领域的显著进步。空间站的环绕半径为某卫星环绕半径的，则下列说法正确的是(　　)
C
3.(万有引力和重力的关系)(多选)已知地球半径为R，自转周期为T，卫星近地面环绕速度为v，在南极点附近，从距地面高h处的位置，以某初速度水平抛出一物体，经时间t后物体落回地面，h远小于R，物体的运动可看作平抛运动。地球赤道上的重力加速度可表示为(　　)
CD
4.(万有引力和重力的关系)设地球质量为M，半径为R，引力常量为G，重力加速度为g，地球上的物体质量为m，关于地球表面上万有引力与重力的关系，考虑地球的自转，把地球看作质量均匀分布的球体，下列说法正确的是(　　)
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[基础巩固练]
C
1.(2023·江苏卷)设想将来发射一颗人造卫星，能在月球绕地球运动的轨道上稳定运行，该轨道可视为圆轨道。该卫星与月球相比，一定相等的是(　　)
A.质量
B.向心力大小
C.向心加速度大小
D.受到地球的万有引力大小
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2.已知中国空间站处于距地面高度为h的近地轨道处，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，则此时航天员在该轨道处的加速度为(　　)
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3.据报道，在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，设其质量为地球质量的k倍，其半径为地球半径的p倍，由此可推知该行星表面的重力加速度与地球表面重力加速度之比为(　　)
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4.北斗卫星导航系统是我国实施的自主发展，独立运行的卫星导航系统。如图，两颗可视为质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，所受万有引力大小分别为FA、FB；角速度大小分别为ωA、ωB；周期分别为TA、TB；线速度大小分别为vA、vB。下列关系正确的是(　　)
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6.(2025·北京海淀区高一期末)(多选)如图所示，当太阳、水星、地球在一条直线上时，我们可以看到一个小黑圆点在日面缓慢移动，这种现象被称为“水星凌日”。假设水星和地球均沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，且二者的运动轨迹在同一平面内。下列说法正确的有(　　)
BD
A.水星的公转周期大于地球的公转周期
B.水星的公转周期小于地球的公转周期
C.水星的线速度小于地球的线速度
D.水星的向心加速度大于地球的向心加速度
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[能力提升练]
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7.(多选)如图所示，P、Q是质量均为m的两个质点，分别置于地球表面不同的纬度上。如果把地球看成一个质量分布均匀的球体，P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(　　)
A.P、Q所受地球引力大小相等
B.P、Q做圆周运动的向心力大小相等
C.P、Q做圆周运动的角速度大小相等
D.P、Q两质点的重力大小相等
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8.如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　)
A
A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的运行周期比乙的小
C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大
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9.(多选)韦伯望远镜发现一颗代号为K2－18B的类地行星，已知它的公转周期和地球相同，它的公转轨道半径为地球和太阳间距的0.2倍。K2－18B和地球均围绕各自中心天体做匀速圆周运动，则K2－18B和地球的(　　)
A.中心天体质量之比为1∶125 B.中心天体质量之比为1∶25
C.线速度大小之比为1∶5 D.线速度大小之比为5∶1
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10.“天问一号”是我国首个火星探测器，其名称来源于我国著名爱国主义诗人屈原的长诗《天问》。2021年2月我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星。在“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时，周期为T，轨道半径为r，已知火星的半径为R，引力常量为G，不考虑火星的自转。求：
(1)“天问一号”环绕火星运动的线速度的大小v；
(2)火星的质量M；
(3)火星表面的重力加速度g的大小。
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[拓展培优练]
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11.(2023·浙江1月选考)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下表：
行星名称 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
轨道半
径R/AU 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30
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
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