2025版高中物理：第五章 万有引力与宇宙航行第1讲　开普勒定律与万有引力定律

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第五章 万有引力与宇宙航行
核心素养 考点内容 高考真题 备考建议
物理观念 万有引力
宇宙速度
2023 全国新课标 T17(同步卫星)
2023 湖北 T2(天体运行参量)
2023 湖南 T3(宇宙速度)
2023 辽宁 T7(天体运行参量)
2023 广东 T7(天体运行参量)
2023 北京 T12(万有引力、宇宙速
度)
2022 全国甲 T18(开普勒定律)
2022 全国乙 T14(万有引力、重
力)
2022 河北 T2(天体运行参量)
2022 广东 T2(天体运行参量)
2022 山东 T6(天体运行参量)
2022 湖南 T8(追星问题)
2022 湖北 T2(天体运行参量)
2022 辽宁 T9(天体运行参量)
2023 江苏 T7(人造卫星)
高考主要考查开普勒定
律、万有引力定律在天
体运动、人造卫星中的
应用。主要考查题型是
选择题,难度中等偏易。
复习重点是掌握建立天
体运动圆周模型的方法,
知道任何天体做圆周运
动都是靠万有引力提供
向心力的,天体表面的万
有引力近似等于天体表
面的重力,通过表达式分
析天体运行参量,关注航
天科技的最新成果及应
用
科学思维
万有引力定律
圆周运动在天体
中应用
科学探究 航天器变轨
双星与多星运动
科学态度
与责任
开普勒定律
人造卫星
宇宙航行
第1讲
　
开普勒定律与万有引力定律
对应学生用书 P101
考点一
　
开普勒定律及应用
1.开普勒第一定律:所有的行星围绕太阳运动的轨道都是
①　　　　
,太阳处在所有椭圆的一个
②　　　　
上。ž
2.开普勒第二定律:行星与太阳的连线在相等的时间内
③　　　　　　
相等。ž
3.开普勒第三定律:所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的
④　　　　　　　　
的比都相等,即
a3
T2
=k(k是一个只与中心天体的质量有关的量,与行星的质量无关)。ž
　　
答案
　①
椭圆
　②
焦点
　③
扫过的面积
　④
公转周期的二次方
地球的公转轨道接近圆,但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆(如图)。天文学家哈雷成功预
言哈雷彗星的回归,哈雷彗星最近出现的时间是 1986 年,预测下次飞近地球将在 2061 年。哈雷
彗星轨道的半长轴约为地球公转半径的
　　　　
倍。(结果用根式表示)
　　
答案
　
5
3
√
45
解析
　
哈雷彗星和地球均绕太阳(中心天体)运动,哈雷彗星的周期 T=(2061-1986)年=75 年,
地球的周期 T0=1年,根据开普勒第三定律可知
a3
T2
=
r3
T0
2
,故
a
r
=
3
√
(
T
T0
)
2
=5
3
√
45
。
角度 1
　
开普勒三定律的理解
开普勒定律 描述方面 图示 理解
第一定律
(轨道定律)行星运动的轨道 不同行星绕太阳运动时的椭圆轨
道虽然不同,但有一个共同的焦点
第二定律
(面积定律)行星运动的线速度变化
行星靠近太阳运动时速度增大,在
近日点速度最大;行星远离太阳运
动时速度减小,在远日点速度最小
第三定律
(周期定律)
行星运动轨道与其公转
周期的关系
=k,其中 k是一个常量,与行星
无关,但与中心天体的质量有关
考向 1
　
开普勒定律的理解
对于开普勒行星运动定律的理解,下列说法正确的是(
　　
)。
A.开普勒通过自己长期观测,记录了大量数据,通过对数据研究总结出了开普勒行星运动定律
B.根据开普勒第一定律,行星围绕太阳运动的轨道是圆,太阳处于圆心位置
C.根据开普勒第二定律,行星距离太阳越近,其运动速度越大;距离太阳越远,其运动速度越小
D.根据开普勒第三定律,行星围绕太阳运动的轨道半径跟它的公转周期成正比
　　
答案
　
C
解析
　
开普勒在第谷的天文观测数据的基础上,总结出了行星运动的规律,A 项错误;行星围绕太
阳运动的轨道是椭圆,太阳处于椭圆的一个焦点上,B 项错误;根据开普勒第二定律,行星距离太阳
越近,其运动速度越大,距离太阳越远,其运动速度越小,C 项正确;根据开普勒第三定律,行星围绕
太阳运动的轨道的半长轴的三次方跟该行星的公转周期的二次方成正比,D 项错误。
1.第谷进行了长期观测并记录了大量数据,开普勒对第谷的天文观测数据进行总结概括得出了
开普勒行星运动定律。
2.开普勒三个定律均不是实验规律。
考向 2
　
开普勒第二定律的理解
(2024 届湖北模拟)如图所示,一颗卫星绕地球做椭圆运动,运动周期为 T,图中虚线为该卫
星的运行轨道,A、B、C、D是轨道上的四个位置,其中 A点距离地球最近,C点距离地球最远,B
点和 D点分别是弧线ABC 和ADC 的中点,下列说法正确的是(
　　
)。
A.卫星在 C点时的速度最大
B.卫星在 C点时的加速度最大
C.卫星从A点经D点到C点的运动时间为
T
2
D.卫星从B点经A点到D点的运动时间为
T
2
　　
答案
　
C
解析
　
卫星绕地球做椭圆运动,类似于行星绕太阳运转,卫星与地球的连线在相等时间内扫过的
面积相等,所以卫星在 A点速度最大,在C点速度最小,在B、D两点的速度大小相等,A 项错误;
在椭圆的各个点上都是引力提供向心力,有a=
GM
r2
,因A点与地球的距离最小,则卫星在 A点的
加速度最大,B 项错误;根据椭圆运动的对称性可知 tADC=tCBA=
T
2
,C 项正确;卫星在椭圆上 A点附
近的速度较大,C点附近的速度较小,则tBAD<
T
2
,tDCB>
T
2
,D 项错误。
1.开普勒行星运动定律也适用于其他天体,例如月球、人造卫星绕地球的运动。
2.由开普勒第二定律可得卫星在近日点速度最大,在远日点速度最小。
角度 2
　
开普勒第三定律的应用
1.行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理。
2.开普勒第三定律
a3
T2
=k 中的 k=
GM
4π2
(M为中心天体的质量)。
考向 1
　
开普勒第三定律的定性分析
(2024 届大连质检)从中国科学院紫金山天文台获悉,该台新发现一颗已飞掠地球的近地小
行星(编号 2020FD2)。根据观测确定的轨道:近日点在水星轨道以内,远日点在木星轨道之外,小
行星的半长轴远大于地球轨道半径,小于木星轨道半径。已知木星绕太阳公转的周期为 11.86
年,根据这些信息,可判断这颗小行星运动的周期最接近(
　　
)。
摘要：

第五章万有引力与宇宙航行核心素养考点内容高考真题备考建议物理观念万有引力宇宙速度2023全国新课标T17(同步卫星)2023湖北T2(天体运行参量)2023湖南T3(宇宙速度)2023辽宁T7(天体运行参量)2023广东T7(天体运行参量)2023北京T12(万有引力、宇宙速度)2022全国甲T18(开普勒定律)2022全国乙T14(万有引力、重力)2022河北T2(天体运行参量)2022广东T2(天体运行参量)2022山东T6(天体运行参量)2022湖南T8(追星问题)2022湖北T2(天体运行参量)2022辽宁T9(天体运行参量)2023江苏T7(人造卫星)高考主要考查开普勒定律、万有引力...

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