專題05 天體運(yùn)動(dòng)四大熱門題型（原卷版）

1、2020年高考物理二輪溫習(xí)熱點(diǎn)題型與提分秘籍專題05 天體運(yùn)動(dòng)四大熱門題型題型一 中心天體質(zhì)量和密度的估算【題型解碼】1.考慮星球自轉(zhuǎn)時(shí)星球表面上的物體所受重力為萬(wàn)有引力的分力；忽略自轉(zhuǎn)時(shí)重力等于萬(wàn)有引力2.一定要區(qū)分研究對(duì)象是做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的天體,還是在星球表面上隨星球一塊自轉(zhuǎn)的物體做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的天體受到的萬(wàn)有引力全部提供向心力,星球表面上的物體受到的萬(wàn)有引力只有很少一部分用來(lái)提供向心力【典例分析1】(2019河南駐馬店高三檢測(cè))有一顆行星,其近地衛(wèi)星的線速度大小為v,假設(shè)宇航員在該行星表面上做實(shí)驗(yàn),宇航員站在正以加速度a勻加速上升的電梯中,用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛質(zhì)量為m的物體時(shí),看到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為

2、F.已知引力常量為G,則這顆行星的質(zhì)量是() A.B.C.D.【典例分析2】我國(guó)已經(jīng)發(fā)射了一百七十多個(gè)航天器。其中發(fā)射的貨運(yùn)飛船“天舟一號(hào)”與已經(jīng)在軌運(yùn)行的“天宮二號(hào)”成功對(duì)接形成組合體,如圖所示。假設(shè)組合體在距地面高度為h的圓形軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),周期為T1。如果月球繞地球的運(yùn)動(dòng)也看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑為R1,周期為T2。已知地球表面處重力加速度為g,地球半徑為R,引力常量為G,不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響,地球看成質(zhì)量分布均勻的球體。則()A月球的質(zhì)量可表示為 B組合體與月球運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度比值為 C地球的密度可表示為 D組合體的向心加速度可表示為2g【提分秘籍】估算中心天體質(zhì)量和密度的

3、兩條思路和三個(gè)誤區(qū)(1)兩條思路利用天體表面的重力加速度和天體半徑估算由Gmg天體得M,再由,VR3得。已知天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期,由Gmr得M,再結(jié)合,VR3得,在中心天體表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),rR,則。(2)三個(gè)常見(jiàn)誤區(qū)天體質(zhì)量和密度的估算是指中心天體的質(zhì)量和密度的估算,而非環(huán)繞天體的。注意區(qū)分軌道半徑r和中心天體的半徑R。在考慮自轉(zhuǎn)問(wèn)題時(shí),只有兩極才有mg天體?！就黄朴?xùn)練】1.(2019廣東深圳二模)(多選)2019年1月3日,“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器成功著陸在月球背面。著陸前的部分運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化如下：在距月面15 km高處繞月做勻速圓周運(yùn)動(dòng),然后減速下降至距月面100 m處懸停,再

4、緩慢降落到月面。已知萬(wàn)有引力常量和月球的第一宇宙速度,月球半徑約為1.7103 km。由上述條件可以估算出()A月球質(zhì)量 B月球表面的重力加速度C探測(cè)器在15 km高處繞月運(yùn)動(dòng)的周期 D探測(cè)器懸停時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力22018年12月8日凌晨,我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心利用長(zhǎng)征三號(hào)乙改進(jìn)型運(yùn)載火箭成功發(fā)射嫦娥四號(hào)探測(cè)器,對(duì)月球背面南極艾特肯盆地開(kāi)展著陸巡視探測(cè),實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察假設(shè)探測(cè)器在近月軌道上繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t(小于繞行周期),運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為s,探測(cè)器與月球中心連線掃過(guò)的角度為(弧度),引力常量為G,則()A探測(cè)器的軌道半徑為 B探測(cè)器的環(huán)繞周期為C月球的質(zhì)量

5、為 D月球的密度為3(多選)(2019寧夏師大附中高三理綜)一宇航員在地球表面和某未知星球的表面上分別做高度和初速度相同的平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)：在離地面h高處讓小球以v0的初速度水平拋出,他測(cè)出在地球上小球落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)的水平距離為2x,在未知星球上小球落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)的水平距離為x,已知地球的半徑為R,未知星球的半徑為2R,萬(wàn)有引力常量為G,則()A地球表面的重力加速度是未知星球表面重力加速度4倍B未知星球的第一宇宙速度是地球的第一宇宙速度的2倍C未知星球的質(zhì)量約為 D未知星球的密度約為題型二 衛(wèi)(行)星運(yùn)行參量的分析【題型解碼】1.由v 得出的速度是衛(wèi)星在圓形軌道上運(yùn)行時(shí)的速度,而發(fā)射航天器的發(fā)射速

6、度要符合三個(gè)宇宙速度2.做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的向心力由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力提供,并指向它們軌道的圓心地心3.在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體不是衛(wèi)星,它隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力由萬(wàn)有引力和地面支持力的合力提供【典例分析1】(2019全國(guó)卷)金星、地球和火星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),它們的向心加速度大小分別為a金、a地、a火,它們沿軌道運(yùn)行的速率分別為v金、v地、v火。已知它們的軌道半徑R金R地a地a火 Ba火a地a金Cv地v火v金 Dv火v地v金【典例分析2】(2019廣東惠州二模)(多選)2018年7月27日出現(xiàn)了“火星沖日”的天文奇觀,火星離地球最近最亮。當(dāng)?shù)厍蛭挥谔?yáng)和火星之間且三者幾乎排成一條直

7、線時(shí),天文學(xué)稱之為“火星沖日”。火星與地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽(yáng)近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。不考慮火星與地球的自轉(zhuǎn),且假設(shè)火星和地球的軌道平面在同一個(gè)平面上,相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。則根據(jù)提供的數(shù)據(jù)可知()質(zhì)量半徑與太陽(yáng)間距離地球MRr火星約0.1M約0.5R約1.5rA在火星表面附近發(fā)射飛行器的速度至少為7.9 km/sB理論上計(jì)算可知下一次“火星沖日”的時(shí)間大約在2020年10月份C火星表面的重力加速度與地球表面的重力加速度之比約為25D火星運(yùn)行的加速度比地球運(yùn)行的加速度大【典例分析3】(2019甘肅武威六中二模)有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星,a還未發(fā)射,在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動(dòng),b處于地

8、面附近近地軌道上正常運(yùn)動(dòng),c是地球同步衛(wèi)星,d是高空探測(cè)衛(wèi)星,各衛(wèi)星排列位置如圖,則有()Aa的向心加速度等于重力加速度g Bc在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角是Cb在相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng) Dd的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20 h【提分秘籍】環(huán)繞天體繞中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(1)一種模型：無(wú)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)都可以看做質(zhì)點(diǎn),圍繞中心天體(視為靜止)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),萬(wàn)有引力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。(2)兩條思路萬(wàn)有引力提供向心力,即mmr2mr()2ma；天體對(duì)其表面物體的萬(wàn)有引力近似等于重力,即mg天體。(3)三點(diǎn)提醒a(bǔ)、v、T、r只要一個(gè)量發(fā)生變化,其他量也

9、發(fā)生變化；a、v、T與環(huán)繞天體的質(zhì)量無(wú)關(guān)；對(duì)于人造地球衛(wèi)星,當(dāng)rR地時(shí),v7.9 km/s為第一宇宙速度。(4)四點(diǎn)注意同步衛(wèi)星繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期。所有同步衛(wèi)星都在赤道上空相同的高度上。注意同步衛(wèi)星與地球赤道上物體的區(qū)別與聯(lián)系。區(qū)別軌道半徑與距天體表面的高度?！就黄朴?xùn)練】1.(2019江蘇常州高三期末)據(jù)報(bào)道,2018年我國(guó)發(fā)射了全球低軌衛(wèi)星星座“鴻雁星座”系統(tǒng)的首顆試驗(yàn)衛(wèi)星它將運(yùn)行在距離地球1 100公里的圓軌道上,則其()A向心加速度小于地面的重力加速度 B線速度大于第一宇宙速度C周期大于地球自轉(zhuǎn)周期 D角速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度2.(2019貴州安順市上學(xué)期質(zhì)量監(jiān)

10、測(cè))如圖所示,A為地球表面赤道上的物體,B為一軌道在赤道平面內(nèi)的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,C為在赤道上空的地球同步衛(wèi)星,地球同步衛(wèi)星C和實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星B的軌道半徑之比為31,兩衛(wèi)星的環(huán)繞方向相同,那么關(guān)于A、B、C的說(shuō)法正確的是()AB、C兩顆衛(wèi)星所受地球萬(wàn)有引力之比為19BB衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)角速度大于地面上隨地球自轉(zhuǎn)的物體A的角速度C同一物體在B衛(wèi)星中對(duì)支持物的壓力比在C衛(wèi)星中小DB衛(wèi)星中的宇航員一天內(nèi)可看到9次日出3. (2019安徽省江南十校二模)2019年1月3日10時(shí)26分,嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功軟著陸在月球背面預(yù)選區(qū)域。發(fā)射后,嫦娥四號(hào)探測(cè)器經(jīng)過(guò)約110小時(shí)奔月飛行,到達(dá)月球附近,成功實(shí)施近月制動(dòng),順利完成“太空

11、剎車”,被月球捕獲,進(jìn)入距離月球表面高度為h的環(huán)月軌道。若忽略月球自轉(zhuǎn),月球的半徑為R,將嫦娥四號(hào)探測(cè)器的環(huán)月軌道視為圓形軌道,運(yùn)動(dòng)周期為T,引力常量為G,不計(jì)因燃料消耗而損失的質(zhì)量,則下列說(shuō)法正確的是()A嫦娥四號(hào)在軌道上的速度與月球的第一宇宙速度之比是B嫦娥四號(hào)在軌道上的速度與月球的第一宇宙速度之比是 C嫦娥四號(hào)在軌道上的加速度與月球表面的重力加速度之比是D嫦娥四號(hào)在軌道上的加速度與月球表面的重力加速度之比是 4.2018年10月15日12時(shí)23分,我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射兩顆中圓地球軌道衛(wèi)星,是我國(guó)“北斗三號(hào)”系統(tǒng)第十五、十六顆組網(wǎng)衛(wèi)星已知中圓軌道衛(wèi)星的周期為8 h,則下列判斷正確

12、的是()A中圓軌道衛(wèi)星的軌道半徑大于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑B中圓軌道衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力大于地球同步衛(wèi)星所需的向心力C中圓軌道衛(wèi)星的線速度大于地球同步衛(wèi)星的線速度D若中圓軌道衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星在同一軌道平面內(nèi)沿同一方向做圓周運(yùn)動(dòng),則二者兩次相距最近所需的時(shí)間間隔為12 h題型三 航天器（衛(wèi)星）的變軌問(wèn)題【題型解碼】1.衛(wèi)星在運(yùn)行中的變軌有兩種情況,即離心運(yùn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng)：當(dāng)v增大時(shí),所需向心力增大,衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng),軌道半徑變大,由v 知其運(yùn)行速度要減小,但重力勢(shì)能、機(jī)械能均增加；當(dāng)v減小時(shí),所需向心力減小,因此衛(wèi)星將做向心運(yùn)動(dòng),軌道半徑變小,由v知其運(yùn)行速度將增大,但重力勢(shì)能、機(jī)械能均減少

13、2.低軌道的衛(wèi)星追高軌道的衛(wèi)星需要加速,同一軌道后面的衛(wèi)星追趕前面的衛(wèi)星需要先減速后加速【典例分析1】(2019湖北荊州高三四月質(zhì)檢)2018年12月8日凌晨2點(diǎn)24分,中國(guó)長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心起飛,把嫦娥四號(hào)探測(cè)器送入地月轉(zhuǎn)移軌道,“嫦娥四號(hào)”經(jīng)過(guò)地月轉(zhuǎn)移軌道的P點(diǎn)時(shí)實(shí)施一次近月調(diào)控后進(jìn)入環(huán)月圓形軌道,再經(jīng)過(guò)系列調(diào)控使之進(jìn)入準(zhǔn)備“落月”的橢圓軌道,于2019年1月3日上午10點(diǎn)26分,最終實(shí)現(xiàn)人類首次在月球背面軟著陸。若繞月運(yùn)行時(shí)只考慮月球引力作用,下列關(guān)于“嫦娥四號(hào)”的說(shuō)法正確的是()A“嫦娥四號(hào)”的發(fā)射速度必須大于11.2 km/sB沿軌道運(yùn)行的速度大于月球的第一宇宙速度

14、C沿軌道運(yùn)行至P點(diǎn)的加速度小于沿軌道運(yùn)行至P點(diǎn)的加速度D經(jīng)過(guò)地月轉(zhuǎn)移軌道的P點(diǎn)時(shí)必須進(jìn)行減速后才能進(jìn)入環(huán)月圓形軌道【典例分析2】(2019山西省太原市第五中學(xué)高三模擬)(多選)已知某衛(wèi)星在赤道上空軌道半徑為r1的圓形軌道上繞地運(yùn)行的周期為T,衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同,赤道上某城市的人每?jī)商烨『萌慰吹叫l(wèi)星掠過(guò)其正上方。如圖所示,假設(shè)某時(shí)刻,該衛(wèi)星在A點(diǎn)變軌進(jìn)入橢圓軌道,近地點(diǎn)B到地心距離為r2。設(shè)衛(wèi)星由A到B運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,地球自轉(zhuǎn)周期為T0,不計(jì)空氣阻力。則()ATT0 BTC衛(wèi)星在圖中橢圓軌道由A到B時(shí),機(jī)械能不變 D衛(wèi)星由圖中A點(diǎn)變軌進(jìn)入橢圓軌道,機(jī)械能增大【提分秘籍】航天器（衛(wèi)星

15、）變軌應(yīng)注意的五個(gè)問(wèn)題(1)若衛(wèi)星由高軌道變軌到低軌道,即軌道半徑(半長(zhǎng)軸)減小時(shí),需要在高軌道變軌處減速；反之,若衛(wèi)星由低軌道變軌到高軌道,即軌道半徑(半長(zhǎng)軸)增大時(shí),需要在低軌道變軌處加速。(2)衛(wèi)星變軌時(shí)速度的變化情況,可根據(jù)軌道半徑(半長(zhǎng)軸)的變化情況判斷；穩(wěn)定的新軌道上運(yùn)行速度的變化情況可由開(kāi)普勒第二定律判斷。(3)同一衛(wèi)星在不同軌道上運(yùn)行時(shí)機(jī)械能不同,軌道半徑(半長(zhǎng)軸)越大,機(jī)械能越大。(4)衛(wèi)星經(jīng)過(guò)不同軌道相交的同一點(diǎn)時(shí)加速度相等。外軌道的速度大于內(nèi)軌道的速度。(5)同一中心天體的不同圓軌道或橢圓軌道的周期均滿足開(kāi)普勒第三定律k?！就黄朴?xùn)練】1.(2019四川自貢高三一診)(多選

16、)如圖是發(fā)射的一顆人造衛(wèi)星在繞地球軌道上的幾次變軌圖,軌道是圓軌道,軌道和軌道是依次在P點(diǎn)變軌后的橢圓軌道。下列說(shuō)法正確的是()A衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行速度大于7.9 km/sB衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),在P點(diǎn)和Q點(diǎn)的速度大小相等C衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的加速度等于衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的加速度D衛(wèi)星從軌道的P點(diǎn)加速進(jìn)入軌道后機(jī)械能增加2.(2019湖南省懷化市高三二模)2018年12月8日,嫦娥四號(hào)發(fā)射升空。實(shí)現(xiàn)人類歷史上首次月球背面登月。隨著嫦娥奔月夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn),我國(guó)不斷刷新深空探測(cè)的中國(guó)高度。嫦娥衛(wèi)星整個(gè)飛行過(guò)程可分為三個(gè)軌道段：繞地飛行調(diào)相軌道段、地月轉(zhuǎn)移軌道段、繞月飛行軌道段。我們用如圖所示

17、的模型來(lái)簡(jiǎn)化描繪嫦娥衛(wèi)星飛行過(guò)程,假設(shè)調(diào)相軌道和繞月軌道的半長(zhǎng)軸分別為a、b,公轉(zhuǎn)周期分別為T1、T2。關(guān)于嫦娥衛(wèi)星的飛行過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是()A.B嫦娥衛(wèi)星在地月轉(zhuǎn)移軌道上運(yùn)行的速度應(yīng)大于11.2 km/sC從調(diào)相軌道切入到地月轉(zhuǎn)移軌道時(shí),衛(wèi)星在P點(diǎn)必須減速D從地月轉(zhuǎn)移軌道切入到繞月軌道時(shí),衛(wèi)星在Q點(diǎn)必須減速3.(多選)(2019黑龍江哈爾濱第三中學(xué)高三第二次調(diào)研)2016年9月15日,我國(guó)的空間實(shí)驗(yàn)室天宮二號(hào)在酒泉成功發(fā)射.9月16日,天宮二號(hào)在橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)A開(kāi)始變軌,變軌后在圓軌道上運(yùn)行,如圖所示,A點(diǎn)離地面高度約為380 km,地球同步衛(wèi)星離地面高度約為36 000 km.若天

18、宮二號(hào)變軌前后質(zhì)量不變,則下列說(shuō)法正確的是()A天宮二號(hào)在軌道上運(yùn)行通過(guò)遠(yuǎn)地點(diǎn)A點(diǎn)的速度一定小于7.9 km/sB天宮二號(hào)在軌道上運(yùn)行的周期可能大于在軌道上運(yùn)行的周期C天宮二號(hào)在軌道上運(yùn)行通過(guò)近地點(diǎn)B的速度一定大于在軌道上運(yùn)行的速度D天宮二號(hào)由軌道變軌到軌道機(jī)械能減少題型四 雙星與多星問(wèn)題【題型解碼】1.核心問(wèn)題是“誰(shuí)”提供向心力的問(wèn)題2.“雙星問(wèn)題”的隱含條件是兩者的向心力相同、周期相同、角速度相同；雙星中軌道半徑與質(zhì)量成反比；3.多星問(wèn)題中,每顆行星做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由它們之間的萬(wàn)有引力的合力提供,即F合m,以此列向心力方程進(jìn)行求解【典例分析1】(2019貴陽(yáng)一模)2017年,人類第

19、一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波信號(hào)。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過(guò)程,在兩顆中子星合并之前,它們繞二者連線上的某點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),且二者越轉(zhuǎn)越近,最終碰撞在一起,形成新的天體。若將兩顆中子星都看做是質(zhì)量均勻分布的球體,則此過(guò)程中兩中子星的()A線速度逐漸變小 B角速度保持不變C周期逐漸變大 D向心加速度逐漸變大【典例分析2】(2020安徽省蚌埠市教育局高三月考)(多選)宇宙中存在一些質(zhì)量相等且離其他恒星較遠(yuǎn)的三顆星組成的三星系統(tǒng)。設(shè)三星系統(tǒng)中每個(gè)星體的質(zhì)量均為m,半徑均為R,三顆星的球心穩(wěn)定分布在邊長(zhǎng)為a的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。三顆星圍繞等邊三角形的重心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知引力常量為G。關(guān)于三星系

20、統(tǒng),下列說(shuō)法正確的是()A三顆星的軌道半徑均為a B三顆星表面的重力加速度均為 C一顆星的質(zhì)量發(fā)生變化,不影響其他兩顆星的運(yùn)動(dòng) D三顆星的周期均為2a【提分秘籍】1.雙星系統(tǒng)(1)各自所需的向心力由彼此間的萬(wàn)有引力提供,即m1r1,m2r2。(2)兩顆星的周期及角速度都相同,即T1T2,12。(3)兩顆星的運(yùn)行半徑與它們之間的距離關(guān)系為：r1r2L。(4)兩顆星到環(huán)繞中心的距離r1、r2與兩星體質(zhì)量成反比,即,兩星體的質(zhì)量與兩星體運(yùn)動(dòng)的線速度成反比,即。(5)雙星的運(yùn)動(dòng)周期T2 。(6)雙星的總質(zhì)量公式m1m2。2多星系統(tǒng)(1)一般都在同一平面內(nèi)繞同一圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),它們的周期都相等。(2)星體所需的向心力由其他星體對(duì)它的萬(wàn)有引力的合力提供。【突破訓(xùn)練】1.(2019湖南湖北八市十二校高三第二次調(diào)研聯(lián)考)宇宙中存在一些質(zhì)量相等且離其他恒星較遠(yuǎn)的四顆星組成的四星系統(tǒng),通?？珊雎云渌求w對(duì)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(zhǎng)為a的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上。已知引力常量為G。關(guān)于四星系統(tǒng),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A四顆星圍繞正方形對(duì)角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B四顆星的軌道半徑均為C四顆星表面的重力加速度均