【物理】2018届一轮复习人教版专题05天体运动与人造航天器学案

【物理】2018届一轮复习人教版专题05天体运动与人造航天器学案

专题5 天体运动与人造航天器 人们是怎么样发现新天体的：‎ ‎1.直接观察。当你对着天空观察时，在某区域若发现星表里没有的亮点，再观察一段时间，以便确定是一个新的天体，即发现了未知天体。此种情况一般是在新星诞生（或旧星消亡）时发出的光，经过遥远的太空，传到地球。‎ ‎2.借助仪器设备观察。当用眼睛直接发现困难是，你可以借助于仪器，如用大口径的望远镜可以发现较暗的未知天体，用射电望远镜可以发现不发可见光的天体。此种情况归功于技术进步，短时间内会发现一批未知天体。‎ ‎3.理论计算，观察验证。对已知星体运动的观察，发现与理论不吻合，可以假设它的附近有一未知的天体，用理论计算若干时间后（如1年后）它在天空出现的可能位置，然后由专业天文台在该时间进行实际观察，运气好的话会发现未知天体。如海王星、冥王星的发现过程。‎ ‎4.理论预言。广义相对论预言的一种特别致密的暗天体——黑洞。‎ 人造地球卫星：‎ 在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星，简称人造卫星。‎ ‎(1)人造卫星按运行轨道可分为低轨道卫星、中轨道卫星、高轨道卫星，以及地球同步轨道卫星、极地轨道卫星等。‎ ‎(2)按用途人造卫星可分为三大类：科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。‎ 人造地球卫星：‎ ‎1、若已知人造卫星绕地心做匀速率圆周运动的轨道半径为r，地球的质量为M，各物理量与轨道半径的关系：‎ ‎①由得卫星运行的向心加速度为：；‎ ‎②由得卫星运行的线速度为：；‎ ‎③由得卫星运行的角速度为：；‎ ‎④由得卫星运行的周期为：；‎ ‎⑤由得卫星运行的动能：；‎ 即随着运行的轨道半径的逐渐增大，向心加速度a、线速度v、角速度⒍蹺k 将逐渐减小，周期T将逐渐增大。‎ ‎2017年全国卷二 ‎（多选）如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经过M、Q到N的运动过程中： （ ）‎ A．从P到M所用的时间等于 B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大 C．从P到Q阶段，速率逐渐变小 D．从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功 ‎【答案】CD 答题思路 ‎【点拨】此题主要考查学生对开普勒行星运动定律的理解；关键是知道离太阳越近的位置行星运动的速率越大；远离太阳运动时，引力做负功，动能减小，引力势能增加，机械能不变。‎ ‎【命题意图】 本类题通常主要考查对描述圆周运动的基本参量——线速度、角速度、周期（频率）等概念的理解，以及对牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等规律的理解与应用。‎ ‎【命题方向】‎ ‎ 这类试题在考查题型上，通常以选择题的形式出现，极个别情况下会出现在计算题中，难度一般中等；在考查内容上一般考查对描述圆周运动参量间的关系、牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等基本概念和基本规律的理解与应用，有时还会涉及能量知识，同时还会考查运用控制变量法进行定性判断或定量计算的能力。‎ ‎【得分要点】在行星（卫星）运动中，所做匀速圆周运动的向心力由中心天体对它们的万有引力提供，即：＝Fn，设中心天体的质量为M，行星或卫星（即环绕天体）的质量为m，根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式有：＝Fn＝＝＝mrω2＝＝man，解得：‎ v＝∝ ①v、ω、T、an均与环绕天体本身质量m无关，与中心天体质量M有关；‎ ω＝∝ ②随着轨道半径r的增大，v、ω、an均变小，T变大；‎ T＝∝ ③在行星（卫星）环绕运动中，当涉及v、ω、T、an中某个参量变化，讨论 an＝∝ 量的变化情况时，应需注意轨道半径r的变化，并采用控制变量法予以讨论；‎ ‎＝Fn＝∝ ④或Fn与环绕天体本身质量m、中心天体质量M都有关。‎ ‎1. 【2017年北京卷】利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是：（ ）‎ A．地球的半径及重力加速度（不考虑地球自转）‎ B．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期 C．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离 D．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离 ‎【答案】D ‎【点拨】利用万有引力定律求天体质量时，只能求“中心天体”的质量，无法求“环绕天体”的质量。‎ ‎2． 【2017·江苏卷】（多选）“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空，与“天宫二号”空间实验室对接前，“天舟一号”在距离地面约380 km的圆轨道上飞行，则其： （ ）‎ ‎（A）角速度小于地球自转角速度 ‎（B）线速度小于第一宇宙速度 ‎（C）周期小于地球自转周期 ‎（D）向心加速度小于地面的重力加速度 ‎【答案】BCD ‎【点拨】卫星绕地球做圆周运动，考查万有引力提供向心力．与地球自转角速度、周期的比较，要借助同步卫星，天舟一号与同步卫星有相同的规律，而同步卫星与地球自转的角速度相同． ‎ ‎3．【2017·新课标Ⅲ卷】2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运行。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的： （ ）‎ A．周期变大 B．速率变大 C．动能变大 D．向心加速度变大 ‎【答案】C ‎【解析】根据万有引力提供向心力有，可得周期，速率，向心加速度，对接前后，轨道半径不变，则周期、速率、向心加速度均不变，质量变大，则动能变大，C正确，ABD错误。‎ ‎【点拨】万有引力与航天试题，涉及的公式和物理量非常多，理解万有引力提供做圆周运动的向心力，适当选用公式，是解题的关键。要知道周期、线速度、角速度、向心加速度只与轨道半径有关，但动能还与卫星的质量有关。‎ ‎4 【2017·天津卷】我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后，与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体。假设组合体在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，已知地球的半径为R，地球表面处重力加速度为g，且不考虑地球自转的影响。则组合体运动的线速度大小为__________，向心加速度大小为___________。‎ ‎【答案】 ‎ ‎【解析】在地球表面附近，物体所受重力和万有引力近似相等，有：，航天器绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，有：，解得：线速度，向心加速度。‎ ‎【点拨】本题难度不大，应知道在地球表面附近物体所受重力和万有引力近似相等，即“黄金代换”。‎ ‎5【2016·北京卷】如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。下列说法正确的是： （ ）‎ A．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的速度都相同 B．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同 C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度 D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量 ‎【答案】B ‎【点拨】在万有引力这一块，涉及的公式和物理量非常多，掌握公式 ，在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后弄清楚各个物理量表示的含义，最后选择合适的公式分析解题，另外这一块的计算量非常大的，所以需要细心计算。‎ ‎6【2016·四川卷】国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”。1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上。设东方红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为： （ ）‎ A．a2＞a1＞a3 B．a3＞a2＞a1 C．a3＞a1＞a2 D．a1＞a2＞a3‎ ‎【答案】D ‎【解析】东方红二号和固定在地球赤道上的物体转动的角速度相同，根据a=ω2r可知，a2＞a3；根据可知a1＞a2；故选D。‎ ‎【点拨】此题主要考查同步卫星的特点及万有引力定律的应用；要知道同步卫星与地球具有相同的角速度和周期；这里放到赤道上的物体和卫星两者受力情况是不同的，要区别对待，不能混淆.‎ ‎7 【2016·天津卷】我国即将发射“天宫二号”空间实验室，之后发生“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是： （ ）‎ A．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接 B．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接 C．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 D．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 ‎【答案】C ‎【点拨】此题考查了卫星的变轨问题；关键是知道卫星在原轨道上加速时，卫星所受的万有引力不足以提供向心力而做离心运动，卫星将进入较高轨道；同理如果卫星速度减小，卫星将做近心运动而进入较低轨道。‎ ‎8 【2016·全国新课标Ⅰ卷】利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯，目前，地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍，假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为： （ ）‎ A．1h B．4h C．8h D．16h ‎【答案】B ‎【点拨】本题主要考查万有引力定律、开普勒第三定律、同步卫星。重点是掌握同步卫星的特点，知道同步卫星的周期等于地球的自转周期。本题关键是要知道地球自转周期最小时，三个同步卫星的位置。‎ ‎9 【2015·江苏·3】过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径为1/20，该中心恒星与太阳的质量比约为： （ ）‎ A．1/10 B．1 C．5 D．10‎ ‎【答案】B ‎【解析】由题意知，根据万有引力提供向心力，，可得恒星质量与太阳质量之比为81:80，所以B正确。‎ ‎【点拨】 本题主要是公式，在天体运动中，万有引力提供向心力可求中心天体的质量。‎ ‎10．【2015·福建·14】如图，若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心O的距离分别为r1、r2，线速度大小分别为v1、v2。则： （ ）‎ ‎ ‎ ‎【答案】 A ‎【解析】由题意知，两颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据，得：，所以，故A正确，B、C、D错误。‎ ‎【点拨】本题主要是公式，卫星绕中心天体做圆周运动，万有引力提供向心力，由此得到线速度与轨道半径的关系 ‎11． 【2015·重庆·2】宇航员王亚平在“天宫1号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象。若飞船质量为，距地面高度为，地球质量为，半径为，引力常量为，则飞船所在处的重力加速度大小为： （ ）‎ A．0 B． C． D．‎ ‎【答案】B ‎【点拨】掌握万有引力定律求中心天体的质量和密度、环绕天体的线速度、角速度、周期、加速度；主要利用。‎ ‎12． 【2015·山东·15】如图，拉格朗日点L1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此，科学家设想在拉格朗日点L1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动。以、分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是： （ ）‎ 地球 月球 A． B． C． D．‎ ‎【答案】D ‎【解析】 因空间站建在拉格朗日点，故周期等于月球的周期，根据可知，a2＞‎ a1；对空间站和地球的同步卫星而言，因同步卫星周期小于空间站的周期则，同步卫星的轨道半径较小，根据可知a3＞a2，故选项D正确。‎ ‎【点拨】此题考查了万有引力定律的应用；关键是知道拉格朗日点与月球周期的关系以及地球同步卫星的特点. ‎