2016年高考物理母題題源系列專題05天體運(yùn)動(dòng)與人造航天器(含解析)

1、專題 05 天體運(yùn)動(dòng)與人造航天器母題呈現(xiàn)【母題來源一】20162016 年全國新課標(biāo)I卷【母題原題】【20162016 】利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通訊，目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為地球半徑的6.66.6 倍，假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為：（）A.A.1h1h B B . 4h4h C C . 8h8h D D . 16h16h【答案】B B【考點(diǎn)定位】萬有引力定律、開普勒第三定律、同步衛(wèi)星【名師點(diǎn)睛】本題主要考查萬有引力定律、開普勒第三定律、同步衛(wèi)星。重點(diǎn)是掌握同步衛(wèi)星的特點(diǎn)，知道同步衛(wèi)星的

2、周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期。本題關(guān)鍵是要知道地球自轉(zhuǎn)周期最小時(shí)，三個(gè)同步衛(wèi)星的位置?！灸割}來源二】20162016 年天津卷【母題原題】我國即將發(fā)射“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室，之后發(fā)生“神舟十一號(hào)”飛船與“天宮二號(hào)”對(duì)接。假設(shè)“天宮二號(hào)”與“神舟十一號(hào)”都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，下列措施可行的是：（）A.A.使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后飛船加速追上空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接2m根據(jù)萬有引力定律、牛頓第二定律和向心力公式有:Mm戸2=mrw =mr4n2=ma,解得:GMT、an均與環(huán)繞天體本身質(zhì)量m無關(guān)，與中心天體質(zhì)量B.B. 使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然

3、后空間實(shí)驗(yàn)室減速等待飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接C.C. 飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接D.D.飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接【答案】C C著使飛ifi與空間實(shí)驗(yàn)窒在辰 l 軌at上運(yùn)行，飛船加速會(huì)進(jìn)入*轄的軌道，空同實(shí)殮室減速會(huì)進(jìn)入較低 的軌道，都不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤頂想真觀對(duì)接，可使飛船在比空間實(shí)卷室半彳兼小瞞這上加速 然后飛船將進(jìn)入較高的空間實(shí)轉(zhuǎn)室軌道.逐翻K5空瞄后，兩者速度接迪按現(xiàn)對(duì)接.選項(xiàng)C正確，選J頁D錯(cuò)誤*【考點(diǎn)定位】變軌問題【命題意圖】本類題通常主要考查對(duì)描述圓

4、周運(yùn)動(dòng)的基本參量一一線速度、角速度、 周期（頻率）等概念的理解，以及對(duì)牛頓第二定律、向心力公式、萬有引力定律等規(guī)律的理解與應(yīng)用。 J, 1【考試方向】 這類試題在考查題型上， 通常以選擇題的形式出現(xiàn)， 極個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)在計(jì)算題中，難度一般中等；在考查內(nèi)容上一般考查對(duì)描述圓周運(yùn)動(dòng)參量間的關(guān)系、牛頓第vjA、）二定律、向心力公式、萬有引力定律等基本概念和基本規(guī)律的理解與應(yīng)用，有時(shí)還會(huì)涉及能量知識(shí)，同時(shí)還會(huì)考查運(yùn)用控制變量法進(jìn)行定性判斷或定量計(jì)算的能力。*飛尢孑頭丄【得分要點(diǎn)】 在行星（衛(wèi)星）運(yùn)動(dòng)中，所做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由中心天體對(duì)它們的萬有引力提供，即：尸萬=Fn,設(shè)中心天體的質(zhì)量為M行星或

5、衛(wèi)星（即環(huán)繞天體）的質(zhì)量為【名師點(diǎn)睛】此題考查了衛(wèi)星的變軌問題;受的萬有引力不足以提供向心力而做離心運(yùn)動(dòng)，關(guān)鍵是知道衛(wèi)星在原軌道上加速時(shí)，衛(wèi)星所衛(wèi)星將進(jìn)入較高軌道；同理如果衛(wèi)星速度減小，衛(wèi)星將做近心運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入較低軌道。3gA.A.飛船在P點(diǎn)的加速度大小- -定是9關(guān);coGM1r3用隨著軌道半徑r的增大，v、oan均變小，T變大;r在行星（衛(wèi)星）環(huán)繞運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)涉及v、3、T、an中某個(gè)參量變化，討論GM 1an= X孑量的變化情況時(shí)，應(yīng)需注意軌道半徑r的變化，并采用控制變量法予以討論；Mm mFG廠2 F卜萬=Fn=r2Xr2卜萬或Fn與環(huán)繞天體本身質(zhì)量m中心天體質(zhì)量M都有關(guān)?！灸割} 1 1】

6、（多選）如圖所示，地球表面的重力加速度為g,球心為Q半徑為R一宇 宙飛船繞地球無動(dòng)力飛行且沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，軌道上P P 點(diǎn)距地心最遠(yuǎn)，距離為 3 3 FlFl 為研究方便，假設(shè)地球自轉(zhuǎn)的影響忽略不計(jì)且忽略空氣阻力，則：（）4宀搏B.B. 飛船經(jīng)過P點(diǎn)的速度大小一定是1 1 3 3C.C. 飛船經(jīng)過P點(diǎn)的速度大小一定小于1 1 3 3D.D. 飛船經(jīng)過P點(diǎn)時(shí), ,對(duì)準(zhǔn)地心彈射出的物體一定沿PC直線落向地面【答案】ACAC5A、往地琲萩面畫力力口速度與萬有引力加速度相劉 根振牛頓第二定律有 鏗二地得加速度答而在地球表面有 =器，故P點(diǎn)的加速度Cp= - = |,故A正確；B、G在楠圓軌道上飛船從P

7、點(diǎn)開始將16近心運(yùn)動(dòng)，此時(shí)満足萬有引力大于P點(diǎn)所需冋心力，即：竝丐 A 粗話，由此可知足,故B錯(cuò)誤、C正確.D.從繞地球做関周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星上對(duì)準(zhǔn)地心萍射一物憶 翎體相對(duì)衛(wèi)星的速度方向是指向地心， 但物體相對(duì)地球的速度方向則偏離地心. 所以該物體在地球的 萬有引力作用下，將繞地球做軌跡為橢圓的曲線運(yùn)動(dòng)，地球在其中一個(gè)焦點(diǎn)故D D 錯(cuò)誤.故選 AC.AC.考點(diǎn)：考查萬有引力定律及其應(yīng)用.【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力提供向心力和萬有引力等于重力這兩個(gè)理論，并能熟練運(yùn)用.【母題 2 2】設(shè)宇宙中某一小行星自轉(zhuǎn)較快，但仍可近似看作質(zhì)量分布均勻的球體，半徑為艮宇航員用彈簧測力計(jì)稱量一個(gè)相對(duì)自己靜止

8、的小物體的重量，第一次在極點(diǎn)處，彈簧 測力計(jì)的讀數(shù)為Fi= =F。；第二次在赤道處，彈簧測力計(jì)的讀數(shù)為R-道平面內(nèi)深度為2的隧道底部，示數(shù)為F3；第四次在距星表高度為 運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中，示數(shù)為F4。已知均勻球殼對(duì)殼內(nèi)物體的引力為零,()【答案】B BF2今。假設(shè)第三次在赤R處繞行星做勻速圓周則以下判斷正確的是:A.A.= =F Fo-4-4C.C.F F3上0F F44 4 15F15Fo 4 4 F F4=0=0F F3二*7 7 F0F0F=FD.D. F F3=4F4FF4_ _ 4 4B B.F36設(shè)該行星的貢量為M,則康量為m的物俸在極點(diǎn)處受到的萬有引力：耳=攀=爲(wèi)由于球體的體枳公式

9、環(huán)心乎，由于在赤糾 飆測力計(jì)號(hào)數(shù)柿嶺禍卄斤欝診+旳瞬以半徑-R內(nèi)的制分的貢量知A 務(wù)S $物體在丄盤處受到的萬有引力:2/T 82號(hào)=器竺=2耳弓丄斥；物依霍要的問心力：吒尸嗣匕蘭=.嗣吹=2% 附在赤道平面內(nèi)漆JS少22224対乂的68遒底亂 示數(shù)為：耳二刃-耳尸磚？用希四*在距星表高度為R處幾行星做勻邃2244圜闔運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中時(shí)*物俸受到的萬有引力恰好提邨心力，所以整菩評(píng)的示數(shù)為0故選B.考點(diǎn)：萬有引力定律的應(yīng)用【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵知道在行星的兩極， 萬有引力等于重力，在赤道，萬有引 力的一個(gè)分力等于重力， 另一個(gè)分力提供隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力. 同時(shí)要注意在繞行星做 勻速圓周運(yùn)

10、動(dòng)的人造衛(wèi)星中時(shí)物體處于完全失重狀態(tài)。【母題 3 3】我國先后自行成功研制和發(fā)射了 “風(fēng)云I號(hào)”和“風(fēng)云n號(hào)”兩顆氣象衛(wèi) 星?！帮L(fēng)云I號(hào)”衛(wèi)星軌道（極地圓軌道）與赤道平面垂直且通過兩極，繞地做勻速圓周運(yùn)“風(fēng)云n號(hào)”衛(wèi)星軌道（地球同步軌道）平面在赤道平面內(nèi)，繞地做勻【答案】B B對(duì)于衛(wèi)星，萬有引力提供向心力故：G豈=讐r解得:衛(wèi)星的軌道半徑大，故A錯(cuò)誤根抿公式、，咽云】1號(hào) T 星比浪云【號(hào)”衛(wèi)星的線速度仮 故B正確J很據(jù)a =咽云【號(hào)T2星比諷云【號(hào)衛(wèi)星的角速侵小滬故C錯(cuò)i知根據(jù)歲,咽云.1【號(hào)衛(wèi)星比“風(fēng)云I號(hào)衛(wèi)星的加速度小故D錯(cuò)誤.朝選考點(diǎn)：萬有引力定律的應(yīng)用動(dòng)的周期為 1212 h h ,

11、速圓周2424 h h，則“風(fēng)云n號(hào)”衛(wèi)星比“風(fēng)云I號(hào)”衛(wèi)星:()A.A.軌道半徑小B線速度小 C.C.角速度大D D向心加速度大GAf fGMfWP-抿握T=H,諷云II號(hào)”7【名師點(diǎn)睛】此題是萬有引力定律的應(yīng)用問題；知道地球同步軌道衛(wèi)星的周期 T=24hT=24h, 然后根據(jù)萬有引力提供向心力的表達(dá)式進(jìn)行速度、 軌道以及向心加速度的討論，知向更高軌 道發(fā)射衛(wèi)星需要克服重力做更多的功，因此需要更大的發(fā)射速度。【母題 4 4】（多選）如果把水星和金星繞太陽的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從水星與金星 在一條直線上開始計(jì)時(shí)，如圖所示。若天文學(xué)家測得在相同時(shí)間內(nèi)水星轉(zhuǎn)過的角度為金星轉(zhuǎn)過的角度為02（01、

12、02均為銳角），則由此條件可求得：（）A.A.水星和金星繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期之比B.B.水星和金星的密度之比C.C.水星和金星到太陽的距離之比D.D.太陽的密度【答案】ACAC【解析】由2=n：t知，2R，又因?yàn)門Ti，所以T2刊，選項(xiàng) A A 對(duì);由于水星和金星的質(zhì)量、體積均未知，故密度之比不可求，選項(xiàng)2GMm42mTrB錯(cuò)。由rT知3GMT2r24，既然周期之比能求，貝 U U r r 之比同樣可求，選項(xiàng) C C 對(duì)；太陽體積未知，故太陽的密度不可求，選項(xiàng) D D 錯(cuò)；故選 AGAG考點(diǎn)：萬有引力定律的應(yīng)用【名師點(diǎn)睛】此題是萬有引力定律的應(yīng)用問題；解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力提供向心2GMm 4

13、二2m r力：rT.以及知道要求某一天體的質(zhì)量，要把該天體放在中心天體位置，放在環(huán)繞天 體位置，被約去，求不出來；【母題 5 5】（多選）火星是太陽系中唯一的類地行星，可能適合人類居住。我國計(jì)劃在20202020 年實(shí)現(xiàn)火星著陸巡視，在 20302030 年實(shí)現(xiàn)火星采樣返回。已知火星表面的重力加速度為g火，火星的平均密度為p，火星可視為球體?；鹦翘綔y器離火星表面的高度為h,繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T。根據(jù)以上信息能求出的物理量是：（8碉火星神知為咅r盞,由可刪引力粗 6 故人正跆祕(mì)逍火星採測器的康量，所以不能得出火星探測器與火星間的萬有引力，故C錯(cuò)慎火星的驚一宇宙速度*=忌真，d能得出火星

14、的第一字宙速度，故D正確；故選砂一考點(diǎn)：萬有引力定律的應(yīng)用【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力等于重力和萬有引力提供向心力兩個(gè)理論，根據(jù)萬有引力等于重力列出等式，根據(jù)密度的定義式表示出密度；火星探測器離火星表面的高度為 h h，繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T T,根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式求解?！灸割} 6 6】如圖，一宇宙飛船在軌道半徑為R的近地圓軌道I上圍繞地球運(yùn)行，經(jīng)變軌后進(jìn)入橢圓軌道n運(yùn)行。已知橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)到地球球心的距離為3.53.5R下列說法正確的是：（）A.A. 飛船在軌道n運(yùn)行周期比在軌道I運(yùn)行周期小B.B.飛船在橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率是近地點(diǎn)的3.53.5 倍c.c.飛

15、船從軌道I變軌進(jìn)入到軌道n的過程中機(jī)械能變大D.D.飛船從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中機(jī)械能不斷增大【答案】C CA.A.引力常量火星探測器的質(zhì)量C.C.火星探測器與火星間的萬有引力D D.火星表面的第一宇宙速度【答案】ADAD逢火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周開為T,根據(jù)萬有引力提俱向心力歹灶等式9根據(jù)幵普勒行星運(yùn)動(dòng)第三定律可知?jiǎng)t飛船在軌這【I運(yùn)行周期比在軌道1運(yùn)行周期大，迭頃AT2暮知很擔(dān)幵普勒第二定律，有：訕-v炸貳故乃二聶，即飛船在福圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率是近地點(diǎn)的1B5倍，故B錯(cuò)誤飛船從軌道I變軌逬入到軌道1【的過程中慕問后噴氣加速，故機(jī)械能變大，選項(xiàng)C正5ft.飛船從近地克向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，只

16、有引力做功，故其機(jī)誡能保持不變，故D錯(cuò)i期故選C肴點(diǎn)：開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律；機(jī)械能守恒定律【名師點(diǎn)睛】此題主要是考查開普勒行星運(yùn)動(dòng)第二及第三定律；要知道在橢圓軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，其與地球連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面積相同，也就是連線長與速率的乘積相等；飛船由低軌道進(jìn)入高軌道要向后噴氣進(jìn)行加速 【母題 7 7】假設(shè)月球半徑為R,月球表面的重力加速度為go.如圖所示，“嫦娥三號(hào)”飛船沿距月球表面高度為 3 3R的圓形軌道I運(yùn)動(dòng)，到達(dá)軌道的A點(diǎn)，點(diǎn)火變軌進(jìn)入橢圓軌道Cn,到達(dá)軌道n的近月B點(diǎn)再次點(diǎn)火進(jìn)入近月軌道川繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)下列判斷正確的 是：（）|*-V1i )A/A.A. .飛船在A點(diǎn)點(diǎn)火變軌前后相

17、比較，變軌后動(dòng)能減小B.飛船在n軌道上由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，動(dòng)能減小.飛船在軌道川跟軌道I的線速度大小之比為1 1 : 2 2【答案】A A【解析】飛船在 A A 點(diǎn)處點(diǎn)火時(shí),是通過向行進(jìn)方向噴火， 做減速運(yùn)動(dòng)，向心進(jìn)入橢圓軌道，所以點(diǎn)火瞬間是動(dòng)能減小的，故A A 正確；飛船在n軌道上由 A A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 B B 點(diǎn)的過程中,萬有引力做正功，動(dòng)能增大，故 B B 錯(cuò)誤；根據(jù)環(huán)繞速度公式川跟軌道I的軌道半徑之比為1 1: 4 4，故線速度之比為 2 2 : 1 1，故 C C 錯(cuò)誤；船在軌道I繞月球1 1 : 2 2D.D.飛船在軌道I繞月球運(yùn)動(dòng)一周10考點(diǎn)：萬有引力定律的應(yīng)用變換要能根據(jù)萬

18、有引力提供向心力，選擇恰當(dāng)?shù)南蛐牧Φ谋磉_(dá)式；注意黃金代換式GMm盹_R2的應(yīng)用；此題是中等題，考查基本規(guī)律的運(yùn)用【母題 8 8】我國航天事業(yè)取得了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，航天技術(shù)位于世界前列，在航天控制中心對(duì)其正上方某衛(wèi)星測控時(shí)， 測得從發(fā)送“操作指令”到接受到衛(wèi)星“已操作”的信息需要的時(shí)間為 2t2t （設(shè)衛(wèi)星接收到“操作指令”后立即操作，并立即發(fā)送“已操作”的信息到控制中心），測得該衛(wèi)星運(yùn)行周期為 T T,地球半徑為 R,R,電磁波的傳播速度為 c c,由此可以求出地球的質(zhì)量為：（）234二(R ct)2-(8R ct)23二(2R ct)23二(4R - ct)A A、GT2B B 、2GT2C

19、 C 、2GT2D D 、2GT2【答案】A A汩驚商） 人正確$考點(diǎn)：考査了萬有引力罡律的應(yīng)用【名師點(diǎn)蹈】在萬育引力這一規(guī)，涉及的公式和物理量非第多，皐握公武=在做16的時(shí)倏，管先明確過程中的問心力，然后弄滑釐各個(gè)物理量衰r rT示的含義，最后選擇合適的公武分析解題，另外這一塊的計(jì)算量一是非常大的，所次需要細(xì)心計(jì)算_I【母題 9 9】雙星系統(tǒng)由兩顆恒星組成，兩恒星在相互引力的作用下，分別圍繞其連線上的某一點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，雙星系統(tǒng)演化過程中，兩星的總質(zhì)量、距離和周期均可能發(fā)生變化。若某雙星系統(tǒng)中兩星做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T,經(jīng)過一段時(shí)間演化后，兩星總質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼膋倍，兩星之

20、間的距離變?yōu)樵瓉淼膎倍，運(yùn)動(dòng)的周期為：（）運(yùn)動(dòng)，萬有引力等于向心力，故:(R 3R)2mR 3RT在月球表面，重力等于GMm mg =-萬有引力，故：R聯(lián)立解得:T =16g, ,故 D D 錯(cuò)誤；故選 A.A.【名師點(diǎn)睛】此題是萬有引力定律的應(yīng)用問題,主要考查圓周信號(hào)一去一回，故可得衛(wèi)星的軌道半徑廠Mm11F =GMm2r，可得太陽對(duì)小行星的引力不同,2小Mm4Gp =mrA A 錯(cuò)誤；根據(jù)公式rT可得【答案】B B考點(diǎn)：考查了萬有引力定律的應(yīng)用ma在做題的時(shí)候，首先明確過程中的向心力，然后弄清 楚各個(gè)物理量表示的含義，最后選擇合適的公式分析解題，另外這一塊的計(jì)算量一是非常大 的，所以需要細(xì)心計(jì)算L【母題 1010】如圖所示，在火星與木星軌道之間有一小行