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2018年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題04 天體運(yùn)動學(xué)案

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1、 專題04 天體運(yùn)動 構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò): 考情分析: 關(guān)于萬有引力定律及應(yīng)用知識的考查,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面: (1)天體質(zhì)量和密度的計(jì)算:主要考查對萬有引力定律、星球表面重力加速度的理解和計(jì)算 (2)人造衛(wèi)星的運(yùn)行和邊柜:主要是結(jié)合圓周運(yùn)動的規(guī)律、萬有引力定律,考查衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行的線速度、角速度、周期以及有關(guān)能量的變化 重點(diǎn)知識梳理: 一、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的平方成反比. 2.表達(dá)式:F=G G為引力常量:G=6.67×10-11N·m2/k

2、g2. 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)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是兩球心間的距離. 二、環(huán)繞速度 1.三個(gè)宇宙速度 (1)第一宇宙速度 v1=7.9km/s,衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度,又稱環(huán)繞速度. (2)第二宇宙速度 v2=11.2km/s,使衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小地面發(fā)射速度,又稱脫離速度. (3)第三宇宙速度 v3=16.7km/s,使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小地面發(fā)射速度,也叫逃逸速度. 2.第一宇宙速度的推導(dǎo) 方法一:由G=m得v1==7.9×1

3、03m/s. 方法二:由mg=m得 v1==7.9×103m/s. 第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度,也是人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度,此時(shí)它的運(yùn)行周期最短,Tmin=2π=5075s≈85min. 【名師提醒】 掌握“一模”“兩路”“三角”,破解天體運(yùn)動問題 (1)一種模型:無論是自然天體(如地球、月亮)還是人造天體(如宇宙飛船、人造衛(wèi)星)都可以看作質(zhì)點(diǎn),圍繞中心天體(視為靜止)做勻速圓周運(yùn)動。 (2)兩條思路: ①動力學(xué)思路。萬有引力提供向心力,即G=ma,a==ω2r=()2r,這是解題的主線索。 ②對于天體表面的物體:在忽略自轉(zhuǎn)時(shí)G=mg或GM=gR2(R、g分

4、別是天體的半徑、天體表面的重力加速度),公式GM=gR2稱為“黃金代換式”,這是解題的副線索。 (3)“三角等式”關(guān)系 典型例題剖析: 考點(diǎn)一:天體質(zhì)量和密度的估算 【典型例題1】假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體。已知地球表面重力加速度在兩極的大小為g0,在赤道的大小為g;地球自轉(zhuǎn)的周期為T,引力常量為G。地球的密度為(  ) A. B. C. D. 【答案】 B 【變式訓(xùn)練1】(多選)宇航員抵達(dá)一半徑為R的星球后,做了如下的實(shí)驗(yàn):取一根細(xì)繩穿過光滑的細(xì)直管,細(xì)繩的一端拴一質(zhì)量為m的砝碼,另一端連接在

5、一固定的拉力傳感器上,手捏細(xì)直管掄動砝碼,使它在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動.若該星球表面沒有空氣,不計(jì)阻力,停止掄動細(xì)直管,砝碼可繼續(xù)在同一豎直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動,如圖所示,此時(shí)拉力傳感器顯示砝碼運(yùn)動到最低點(diǎn)與最高點(diǎn)兩位置時(shí)讀數(shù)差的絕對值為ΔF.已知萬有引力常量為G,根據(jù)題中提供的條件和測量結(jié)果,可知(  ) A.該星球表面的重力加速度為 B.該星球表面的重力加速度為 C.該星球的質(zhì)量為 D.該星球的質(zhì)量為 【答案】BC 【變式訓(xùn)練2】(多選)(2017·上饒二模)某人造航天器在月球表面上空繞月球做勻速圓周運(yùn)動,經(jīng)過時(shí)間t

6、(t小于航天器的繞行周期),航天器運(yùn)動的弧長為s,航天器與月球的中心連線掃過的角度為θ,引力常量為G,則(  ) A.航天器的軌道半徑為   B.航天器的環(huán)繞周期為 C.月球的質(zhì)量為 D.月球的密度為 【答案】BC 【解析】 根據(jù)幾何關(guān)系得r=,故A錯(cuò)誤;經(jīng)過時(shí)間t,航天器與月球的中心連線掃過角度為θ,則=,得T=,故B正確;航天器由萬有引力充當(dāng)向心力而做圓周運(yùn)動,所以G=mr,得M===,故C正確;月球的體積V=πr3=π3,月球的密度ρ===,故D錯(cuò)誤。 【名師提醒】 1.利用天體表面的重力加速度g和天體的半徑R.---

7、這叫“自力更生”法 由G=mg,得M=,ρ==. 2.利用天體的衛(wèi)星:已知衛(wèi)星的周期T(或線速度v)和衛(wèi)星的軌道半徑r.—這叫“依靠外援”法 由G=m=mr,得M= 若測天體的密度,將天體的質(zhì)量M=ρπR3代入得 ρ= 說明 (1)此方法只能確定中心天體的質(zhì)量M和密度ρ,而不是環(huán)繞天體的質(zhì)量和密度(2)注意區(qū)分r和R的不同含義:r為軌道半徑,R為天體半徑,當(dāng)衛(wèi)星在天體表面運(yùn)行時(shí)才有r=R. 考點(diǎn)二:人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律 【典型例題2】(多選)如圖所示,兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓周運(yùn)動,用R、T、Ek、S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動能、與地心連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積

8、。下列關(guān)系式正確的有(  ) A.TA>TB        B.EkA>EkB C.SA=SB D.= 【答案】AD 【變式訓(xùn)練3】(多選)中國最新研制的“長征六號”運(yùn)載火箭2015年9月20日首次發(fā)射,成功將20顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道,締造了“一箭多星”發(fā)射的亞洲新紀(jì)錄.假設(shè)某顆衛(wèi)星運(yùn)行在同步軌道(衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍)上,由此可知(  ) A.該衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度大小是地表重力加速度的 B.該衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度大小是地表重力加速度的 C.該衛(wèi)星的運(yùn)行速度大小是第一宇宙速度大小

9、的 D.該衛(wèi)星的運(yùn)行速度大小是第一宇宙速度大小的 【答案】AD 【解析】 衛(wèi)星運(yùn)行在軌道半徑是地球半徑n倍的圓形軌道上,所受萬有引力F=G,F(xiàn)=ma,在地球表面,m0g=G,聯(lián)立解得=,選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤;由G=m,GM=gR2,解得v=,第一宇宙速度v1=,=,選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確. 【變式訓(xùn)練4】登上火星是人類的夢想.“嫦娥之父”歐陽自遠(yuǎn)透露:中國計(jì)劃于2020年登陸火星.地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運(yùn)動,忽略行星自轉(zhuǎn)影響.根據(jù)下表,火星和地球相比(  ) 行星 半徑/m 質(zhì)量/kg 軌道半徑/m 地球 6.4×106 6.0×1024 1.5×1011

10、 火星 3.4×106 6.4×1023 2.3×1011 A.火星的公轉(zhuǎn)周期較小 B.火星做圓周運(yùn)動的加速度較小 C.火星表面的重力加速度較大 D.火星的第一宇宙速度較大 【答案】B. 【名師提醒】 1.四個(gè)分析 “四個(gè)分析”是指分析人造衛(wèi)星的加速度、線速度、角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系。 G= 2.四個(gè)比較 (1)同步衛(wèi)星的周期、軌道平面、高度、線速度、角速度繞行方向均是固定不變的,常用于無線電通信,故又稱通信衛(wèi)星。 (2)極地衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)每圈都經(jīng)過南北兩極,由于地球自轉(zhuǎn),極地衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。 (3)近地衛(wèi)星是在地球

11、表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星,其運(yùn)行的軌道半徑可近似認(rèn)為等于地球的半徑,其運(yùn)行線速度約為7.9 km/s。 (4)赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)而做勻速圓周運(yùn)動,由萬有引力和地面支持力的合力充當(dāng)向心力(或者說由萬有引力的分力充當(dāng)向心力),它的運(yùn)動規(guī)律不同于衛(wèi)星,但它的周期、角速度與同步衛(wèi)星相等—因此比較空中衛(wèi)星和赤道地面上的物體必須引進(jìn)同步衛(wèi)星作為橋梁。 考點(diǎn)三:衛(wèi)星變軌問題分析 【典型例題3】(多選)2016年10月19日,“神舟十一號”與“天宮二號”成功實(shí)現(xiàn)交會對接。如圖所示,交會對接前“神舟十一號”飛船先在較低圓軌道1上運(yùn)動,在適當(dāng)位置經(jīng)變軌與在圓軌道2上運(yùn)動的“天宮二號”對接。M

12、、Q兩點(diǎn)在軌道1上,P點(diǎn)在軌道2上,三點(diǎn)連線過地球球心,把飛船的加速過程簡化為只做一次短時(shí)加速。下列關(guān)于“神舟十一號”變軌過程的描述,正確的有(  ) A.“神舟十一號”在M點(diǎn)加速,可以在P點(diǎn)與“天宮二號”相遇 B.“神舟十一號”在M點(diǎn)經(jīng)一次加速,即可變軌到軌道2 C.“神舟十一號”經(jīng)變軌后速度總大于變軌前的速度 D.“神舟十一號”變軌后的運(yùn)行周期總大于變軌前的運(yùn)行周期 【答案】AD 【變式訓(xùn)練5】(多選) 同步衛(wèi)星的發(fā)射方法是變軌發(fā)射,即先把衛(wèi)星發(fā)射到離地面高度為200 km~300 km的圓形軌道上,這條軌道叫停泊軌道,如圖所示,當(dāng)衛(wèi)星穿過赤道平面上的P點(diǎn)時(shí),末級火箭點(diǎn)

13、火工作,使衛(wèi)星進(jìn)入一條大的橢圓軌道,其遠(yuǎn)地點(diǎn)恰好在地球赤道上空約36 000 km處,這條軌道叫轉(zhuǎn)移軌道;當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí),再開動衛(wèi)星上的發(fā)動機(jī),使之進(jìn)入同步軌道,也叫靜止軌道。關(guān)于同步衛(wèi)星及發(fā)射過程,下列說法正確的是(  ) A.在P點(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開動發(fā)動機(jī)的目的都是使衛(wèi)星加速,因此,衛(wèi)星在靜止軌道上運(yùn)行的線速度大于在停泊軌道運(yùn)行的線速度 B.在P點(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開動發(fā)動機(jī)的目的都是使衛(wèi)星加速,因此,衛(wèi)星在靜止軌道上運(yùn)行的機(jī)械能大于在停泊軌道運(yùn)行的機(jī)械能 C.衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運(yùn)動的速度大小范圍為7.9~11.2 km/s  D.所有地球同步衛(wèi)星的靜止軌道都相同 【答案】B

14、CD 【名師提醒】(小軌道到大軌道切點(diǎn)瞬間加速;大軌道到小軌道切點(diǎn)瞬間減速—這樣就可以比較切點(diǎn)的速度大小;決定加速度的是力,瞬間加速或者減速時(shí)位置沒有來得及變化,故萬有引力瞬間不變,即加速度不變) 1.衛(wèi)星發(fā)射及變軌過程概述 人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌方可到達(dá)預(yù)定軌道,如圖所示。 (1)為了節(jié)省能量,在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道Ⅰ上。 (2)在A點(diǎn)點(diǎn)火加速,由于速度變大,萬有引力不足以提供向心力,衛(wèi)星做離心運(yùn)動進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ。 (3)在B點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道Ⅲ。 2.三個(gè)運(yùn)行物理量的大小比較 (1)速度:設(shè)衛(wèi)星在圓軌道Ⅰ和Ⅲ上運(yùn)行時(shí)的速

15、率分別為v1、v3,在軌道Ⅱ上過A點(diǎn)和B點(diǎn)速率分別為vA、vB。在A點(diǎn)加速,則vA>v1,在B點(diǎn)加速,則v3>vB,又因v1>v3,故有vA>v1>v3>vB。 (2)加速度:因?yàn)樵贏點(diǎn),衛(wèi)星只受到萬有引力作用,故不論從軌道Ⅰ還是軌道Ⅱ上經(jīng)過A點(diǎn),衛(wèi)星的加速度都相同,同理,經(jīng)過B點(diǎn)加速度也相同。 (3)周期:設(shè)衛(wèi)星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軌道上運(yùn)行周期分別為T1、T2、T3,軌道半徑分別為r1、r2(半長軸)、r3,由開普勒第三定律=k可知T1<T2<T3。 考點(diǎn)四:宇宙多星問題 【典型例題4】(多選)宇宙中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的三星系統(tǒng),通??珊雎云渌求w對它們的引力作用,三星質(zhì)量也相同?,F(xiàn)已

16、觀測到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式:一種是三顆星位于同一直線上,兩顆星圍繞中央星做圓周運(yùn)動,如圖甲所示;另一種是三顆星位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,并沿外接于等邊三角形的圓形軌道運(yùn)行,如圖乙所示。設(shè)兩種系統(tǒng)中三個(gè)星體的質(zhì)量均為m,且兩種系統(tǒng)中各星間的距離已在圖甲、圖乙中標(biāo)出,引力常量為G,則下列說法中正確的是(  ) A.直線三星系統(tǒng)中星體做圓周運(yùn)動的線速度大小為 B.直線三星系統(tǒng)中星體做圓周運(yùn)動的周期為4π C.三角形三星系統(tǒng)中每顆星做圓周運(yùn)動的角速度為2 D.三角形三星系統(tǒng)中每顆星做圓周運(yùn)動的加速度大小為 【答案】BD 【變式訓(xùn)練6】宇宙中存在一些質(zhì)量相等

17、且離其他恒星較遠(yuǎn)的四顆星組成的四星系統(tǒng),通??珊雎云渌求w對它們的引力作用。設(shè)四星系統(tǒng)中每個(gè)星體的質(zhì)量均為m,半徑均為R,四顆星穩(wěn)定分布在邊長為a的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上。已知引力常量為G。關(guān)于宇宙四星系統(tǒng),下列說法錯(cuò)誤的是(  ) A.四顆星圍繞正方形對角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動 B.四顆星的軌道半徑均為 C.四顆星表面的重力加速度均為 D.四顆星的周期均為2πa 【答案】 B 【解析】 四星系統(tǒng)中任一顆星體均在其他三顆星體的萬有引力作用下,合力方向指向?qū)蔷€的交點(diǎn),圍繞正方形對角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動,由幾何知識可得軌道半徑均為a,故A正確,B錯(cuò)誤;在

18、星體表面,根據(jù)萬有引力等于重力,可得G=m′g,解得g=,故C正確;由萬有引力定律和向心力公式得+=m,T=2πa ,故D正確。 【名師提醒】 1.宇宙雙星模型 (1)兩顆行星做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力是由它們之間的萬有引力提供的,故兩行星做勻速圓周運(yùn)動的向心力大小相等。 (2)兩顆行星均繞它們連線上的一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動,因此它們的運(yùn)行周期和角速度是相等的。 (3)兩顆行星做勻速圓周運(yùn)動的半徑r1和r2與兩行星間距L的大小關(guān)系:r1+r2=L。 2.宇宙三星模型 (1)如圖所示, 三顆質(zhì)量相等的行星,一顆行星位于中心位置不動,另外兩顆行星圍繞它做圓周運(yùn)動。這三顆行星始終位

19、于同一直線上,中心行星受力平衡。運(yùn)轉(zhuǎn)的行星由其余兩顆行星的引力提供向心力:+=ma。 兩行星轉(zhuǎn)動的方向相同,周期、角速度、線速度的大小相等。 (2)如圖所示, 三顆質(zhì)量相等的行星位于一正三角形的頂點(diǎn)處,都繞三角形的中心做圓周運(yùn)動。每顆行星運(yùn)行所需向心力都由其余兩顆行星對其萬有引力的合力來提供。 ×2×cos 30°=ma,其中L=2rcos 30°。 三顆行星轉(zhuǎn)動的方向相同,周期、角速度、線速度的大小相等。 3.宇宙四星模型 (1)如圖所示, 四顆質(zhì)量相等的行星位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上,沿外接于正方形的圓軌道做勻速圓周運(yùn)動。 ×2×cos 45°+=ma,其中r= L

20、。 四顆行星轉(zhuǎn)動的方向相同,周期、角速度、線速度的大小相等。 (2)如圖所示, 三顆質(zhì)量相等的行星位于正三角形的三個(gè)頂點(diǎn),另一顆恒星位于正三角形的中心O點(diǎn),三顆行星以O(shè)點(diǎn)為圓心,繞正三角形的外接圓做勻速圓周運(yùn)動。 ×2×cos 30°+=ma。其中L=2rcos 30°。 外圍三顆行星轉(zhuǎn)動的方向相同,周期、角速度、線速度的大小均相等。 專題四 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練 單項(xiàng)選擇題 1.(2017·西安高三檢測)理論上已經(jīng)證明:質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的萬有引力為零?,F(xiàn)假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的實(shí)心球體,O為球心,以O(shè)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)軸Ox,如圖所示。一個(gè)質(zhì)量一

21、定的小物體(假設(shè)它能夠在地球內(nèi)部移動)在x軸上各位置受到的引力大小用F表示,則選項(xiàng)圖所示的四個(gè)F隨x的變化關(guān)系圖像正確的是(  ) 【答案】A 2.(2017·哈爾濱三中模擬)宇航員站在某一星球上,將一個(gè)小球距離星球表面h高度處由靜止釋放,使其做自由落體運(yùn)動,經(jīng)過t時(shí)間后小球到達(dá)星球表面,已知該星球的半徑為R,引力常量為G,則下列選項(xiàng)正確的是(  ) A.該星球的質(zhì)量為 B.該星球表面的重力加速度為 C.該星球的第一宇宙速度為 D.通過以上數(shù)據(jù)無法確定該星球的密度 【答案】A 【解析】 小球做自由落體運(yùn)動,則有h=gt2,解得該

22、星球表面的重力加速度g=,故B錯(cuò)誤;對星球表面的物體,萬有引力等于重力,即G=mg,可得該星球的質(zhì)量M=,故A正確;該星球的第一宇宙速度v== ,故C錯(cuò)誤;該星球的密度ρ==,故D錯(cuò)誤。 3.(2017·黃岡中學(xué)模擬)已知某星球的第一宇宙速度與地球相同,其表面的重力加速度為地球表面重力加速度的一半,則該星球的平均密度與地球平均密度的比值為(  ) A.1∶2    B.1∶4    C.2∶1    D.4∶1 【答案】B 4. 國務(wù)院批復(fù),自2016年起將4月24日設(shè)立為“中國航天日”.1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號,目前仍然在橢圓軌道

23、上運(yùn)行,其軌道近地點(diǎn)高度約為440 km,遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2 060 km;1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35 786 km的地球同步軌道上.設(shè)東方紅一號在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為a1,東方紅二號的加速度為a2,固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3,則a1、a2、a3的大小關(guān)系為(  ) A.a(chǎn)2>a1>a3 B.a(chǎn)3>a2>a1 C.a(chǎn)3>a1>a2 D.a(chǎn)1>a2>a3 【答案】D 【解析】 衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行時(shí),萬有引力提供向心力,對于東方紅一號,在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)有G=m1a1,即a1=,對于東方紅二號,有

24、G=m2a2,即a2=,由于h2>h1,故a1>a2,東方紅二號衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相等,由于東方紅二號做圓周運(yùn)動的軌道半徑大于地球赤道上物體做圓周運(yùn)動的半徑,根據(jù)a=ω2r,故a2>a3,所以a1>a2>a3,選項(xiàng)D正確,選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤. 5. 2014年10月24日,“嫦娥五號”探測器發(fā)射升空,為計(jì)劃于2017年左右發(fā)射的“嫦娥五號”探路,并在8天后以“跳躍式返回技術(shù)”成功返回地面。“跳躍式返回技術(shù)”指航天器在關(guān)閉發(fā)動機(jī)后進(jìn)入大氣層,依靠大氣升力再次沖出大氣層,降低速度后再進(jìn)入大氣層。如圖所示,虛線為大氣層的邊界。已知地球半徑R,地心到d點(diǎn)距離r,地球表面重力加速度為g。下列說法

25、正確的是(  ) A.“嫦娥五號”在b點(diǎn)處于完全失重狀態(tài) B.“嫦娥五號”在d點(diǎn)的加速度小于 C.“嫦娥五號”在a點(diǎn)速率大于在c點(diǎn)的速率 D.“嫦娥五號”在c點(diǎn)速率大于在e點(diǎn)的速率 【答案】C 二、多項(xiàng)選擇題 6.(多選)2016年10月19日,“神舟十一號”與“天宮二號”成功實(shí)現(xiàn)交會對接。如圖所示,交會對接前“神舟十一號”飛船先在較低圓軌道1上運(yùn)動,在適當(dāng)位置經(jīng)變軌與在圓軌道2上運(yùn)動的“天宮二號”對接。M、Q兩點(diǎn)在軌道1上,P點(diǎn)在軌道2上,三點(diǎn)連線過地球球心,把飛船的加速過程簡化為只做一次短時(shí)加速。下列關(guān)于“神舟十一號”變軌過程的描述,正確的有(  ) A

26、.“神舟十一號”在M點(diǎn)加速,可以在P點(diǎn)與“天宮二號”相遇 B.“神舟十一號”在M點(diǎn)經(jīng)一次加速,即可變軌到軌道2 C.“神舟十一號”經(jīng)變軌后速度總大于變軌前的速度 D.“神舟十一號”變軌后的運(yùn)行周期總大于變軌前的運(yùn)行周期 【答案】AD 7.(2017·蘇州三模)如圖所示,兩星球相距為L,質(zhì)量比為mA∶mB=1∶9,兩星球半徑遠(yuǎn)小于L。從星球A沿A、B連線向B以某一初速度發(fā)射一探測器。只考慮星球A、B對探測器的作用,下列說法正確的是(  ) A.探測器的速度一直減小 B.探測器在距星球A為處加速度為零 C.若探測器能到達(dá)星球B,其速度可能恰好為零 D.若探測器

27、能到達(dá)星球B,其速度一定大于發(fā)射時(shí)的初速度 【答案】BD 【解析】 探測器從A向B運(yùn)動,所受的萬有引力合力先向左再向右,則探測器的速度先減小后增大,故A錯(cuò)誤;當(dāng)探測器合力為零時(shí),加速度為零,則有:G=G,因?yàn)閙A∶mB=1∶9,則rA∶rB=1∶3,知探測器距離星球A的距離為x=,故B正確;探測器到達(dá)星球B的過程中,由于B的質(zhì)量大于A的質(zhì)量,從A到B萬有引力的總功為正功,則動能增加,所以探測器到達(dá)星球B的速度一定大于發(fā)射時(shí)的初速度,故C錯(cuò)誤,D正確。 8. 如圖1是2015年9月3日北京天安門大閱兵我軍展示的東風(fēng)-41洲際彈道導(dǎo)彈,它是目前我國軍方對外公布的戰(zhàn)略核導(dǎo)彈系統(tǒng)中的最先進(jìn)系統(tǒng)之

28、一。如圖2所示,從地面上A點(diǎn)發(fā)射一枚中遠(yuǎn)程地對地導(dǎo)彈,在引力作用下沿ACB橢圓軌道飛行擊中地面目標(biāo)B,C為軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn),距地面高度為h。已知地球半徑為R,地球質(zhì)量為M,引力常量為G,不計(jì)空氣阻力。下列結(jié)論中正確的是(  ) A.導(dǎo)彈在運(yùn)動過程中只受重力作用,做勻變速曲線運(yùn)動 B.導(dǎo)彈在C點(diǎn)的加速度等于 C.地球球心為導(dǎo)彈橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn) D.導(dǎo)彈從A點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間可能比近地衛(wèi)星的周期小 【答案】BCD 9.(多選)如圖所示是我國發(fā)射的“嫦娥三號”衛(wèi)星被月球俘獲的示意圖,“嫦娥三號”衛(wèi)星先繞月球沿橢圓軌道Ⅲ運(yùn)動,在P點(diǎn)經(jīng)兩次制動后最終沿月球表面的圓軌道Ⅰ做勻速圓周運(yùn)動,已知

29、圓軌道半徑為r,橢圓Ⅲ的半長軸為4r,衛(wèi)星沿圓軌道Ⅰ運(yùn)行的周期為T,則下列說法中正確的是(  ) A.“嫦娥三號”衛(wèi)星在軌道Ⅱ上運(yùn)行的機(jī)械能大于在軌道Ⅲ上運(yùn)行的機(jī)械能 B.“嫦娥三號”衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時(shí),在M點(diǎn)的速度大小大于在P點(diǎn)的速度大小 C.“嫦娥三號”衛(wèi)星在三個(gè)軌道上運(yùn)行時(shí),在P點(diǎn)的加速度總是相同的 D.“嫦娥三號”衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時(shí),從M點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為4T 【答案】CD 【解析】 因“嫦娥三號”衛(wèi)星從軌道Ⅲ變軌到軌道Ⅱ上運(yùn)行時(shí),必須在P點(diǎn)進(jìn)行減速,即在軌道Ⅱ上運(yùn)行的機(jī)械能小于在軌道Ⅲ上運(yùn)行的機(jī)械能,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由開普勒行星運(yùn)動第二定律知“嫦娥三號”衛(wèi)星在近

30、月點(diǎn)速度大,即“嫦娥三號”衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時(shí),在M點(diǎn)的速度大小小于在P點(diǎn)的速度大小,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由G=ma知衛(wèi)星離中心天體高度相同時(shí),運(yùn)行的加速度相同,C項(xiàng)正確;令“嫦娥三號”衛(wèi)星從M點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為t,則由開普勒行星運(yùn)動第三定律得=,即t=4T,D項(xiàng)正確. 10. 已知地球質(zhì)量為M,半徑為R,自轉(zhuǎn)周期為T,地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m,引力常量為G.有關(guān)同步衛(wèi)星,下列表述正確的是(  ) A.衛(wèi)星距地面的高度為 B.衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度 C.衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)受到的向心力大小為G D.衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度小于地球表面的重力加速度 【答案】BD 三、計(jì)算題 11.(20

31、17·江西臨川月考)(1)開普勒行星運(yùn)動第三定律指出:行星繞太陽運(yùn)動的橢圓軌道的半長軸a的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期T的二次方成正比,即=k,k是一個(gè)對所有行星都相同的常量.將行星繞太陽的運(yùn)動按圓周運(yùn)動處理,請你推導(dǎo)出太陽系中該常量k的表達(dá)式.已知引力常量為G,太陽的質(zhì)量為M太. (2)開普勒定律不僅適用于太陽系,它對一切具有中心天體的引力系統(tǒng)(如地月系統(tǒng))都成立.經(jīng)測定地月距離為3.84×108 m,月球繞地球運(yùn)動的周期為2.36×106 s,試計(jì)算地球的質(zhì)量M地.(G=6.67×10-11 N·m2/kg2,結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 【答案】 (1)k=M太 (2)6×1024 kg 【解

32、析】:(1)因行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動,于是軌道的半長軸a即為軌道半徑r.根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律有G=m行2r,于是有=M太,即k=M太. (2)在地月系統(tǒng)中,設(shè)月球繞地球運(yùn)動的軌道半徑為R,周期為T,由(1)問可得=M地,解得M地=6×1024 kg. 12.由三顆星體構(gòu)成的系統(tǒng),忽略其他星體對它們的作用,存在著一種運(yùn)動形式,三顆星體在相互之間的萬有引力作用下,分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,繞某一共同的圓心O在三角形所在的平面內(nèi)做相同角速度的圓周運(yùn)動(圖示為A、B、C三顆星體質(zhì)量不相同時(shí)的一般情況).若A星體質(zhì)量為2m,B、C兩星體的質(zhì)量均為m,三角形的邊長為a,求: (1)A星體所受合力大小FA; (2)B星體所受合力大小FB; (3)C星體的軌道半徑RC; (4)三星體做圓周運(yùn)動的周期T. 【答案】 (1)2G (2)G. (3)a. (4)π 【解析】:(1)由萬有引力定律,A星體所受B、C星體引力大小為FBA=G=G=FCA,方向如圖所示, 則合力大小為FA=2G. (3)通過分析可知,圓心O在中垂線AD的中點(diǎn),則RC=,可得RC=a. =,得RC= (4)三星體運(yùn)動周期相同,對C星體,由FC=FB=G=m2RC,可得T=π . 19

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