2020高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章曲線運(yùn)動(dòng)萬有引力與航天課時(shí)規(guī)范練14天體運(yùn)動(dòng)中的“四大難點(diǎn)”新人教版

1、【2019最新】精選高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章曲線運(yùn)動(dòng)萬有引力與航天課時(shí)規(guī)范練14天體運(yùn)動(dòng)中的“四大難點(diǎn)”新人教版基礎(chǔ)鞏固組1.（近地衛(wèi)星、赤道上物體及同步衛(wèi)星的運(yùn)行問題 ）（2017 南通模擬）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非 靜止軌道衛(wèi)星，具有定位、導(dǎo)航、授時(shí)等功能，如圖所示,A、B為“北斗”系統(tǒng)中的 兩顆工作衛(wèi)星，其中衛(wèi)星A是靜止軌道衛(wèi)星，C是地球赤道上某點(diǎn)，已知地球表面處的 重力加速度為g,不計(jì)衛(wèi)星的相互作用力，以下判斷中正確的是（）A.A、B、C三者的線速度大小關(guān)系為vC>vB>vAB.A、B、C三者的周期大小關(guān)系為

2、TA=TC>TBC.A、B、C三者的向心加速度大小關(guān)系為 aA<aB<aC=gD.A、B、C三者的向心加速度大小關(guān)系為 aA<aB<aC<g答案B 解析靜止軌道衛(wèi)星即地球同步衛(wèi)星，其周期（角速度）等于地球自轉(zhuǎn)周期（角速度），有TA=TC對(duì)衛(wèi)星A B:根據(jù)T=，因?yàn)閞A>rB,所以TA>TB所以有TA=TC>TBt衛(wèi)星A B:根 '47T2r3 IGM據(jù) v=，因?yàn)?rA>rB,所以 vA<vB,4 C對(duì)衛(wèi)星A C,根據(jù)v=(or,因?yàn)閞C<rA,所以vC<vA,所以vC<vA<vB故A錯(cuò)誤,B正確

3、；GM對(duì)衛(wèi)星 A B:根據(jù)a=,因?yàn)閞A>rB,所以aA<aB'對(duì)A、C具有相同的角速度，根據(jù)a=(o 2r,知aA>aC,因?yàn)槌嗟郎系奈矬w隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力很小，遠(yuǎn)小于重力，即maC<m(P aC<g，所以aC<aA<aB<g故C錯(cuò)誤,D 錯(cuò)誤。2.(近地衛(wèi)星、赤道上物體及同步衛(wèi)星的運(yùn)行問題 )(2018 湖南長郡中學(xué)月考)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 面附近近地軌道上正常運(yùn)動(dòng),c是地球同步衛(wèi)星,d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置 如圖，則有 ()A.a的向心加速度等于重力加速度g

4、B.c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是石C.b在相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長D.d的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20 h答案C 解析地球同步衛(wèi)星的周期必須與地球自轉(zhuǎn)周期相同，角速度相同，則知a與c的角速 度相同，根據(jù)a=（o 2r知,c的向心加速度大。由G=ma得a=G,衛(wèi)星的軌道半徑越大，向心加速度越小，則同步衛(wèi)星c的向心加 速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度約為g,故知a的向心加速度小于重力加速度g,故A錯(cuò)誤；”c是地球同步衛(wèi)星，周期是24 h,則c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是X 2兀=,故8錯(cuò)411 7T誤;：G=m解得v=,可知，衛(wèi)星的軌道半徑越大，速度越小,所以b的速度最大，在相同Mmv2 1G而時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)

5、過的弧長最長，故C正確；材由開普勒第三定律=k知，衛(wèi)星的軌道半徑越大，周期越大，所以d的運(yùn)動(dòng)周期大于c的周期24 h,故D錯(cuò)誤。產(chǎn)3.（多選）（衛(wèi)星變軌問題分析）在早期的反衛(wèi)星試驗(yàn)中，攻擊攔截方式之一是快速上升式攻擊，即“攔截器”被送入與“目標(biāo)衛(wèi)星”軌道平面相同而高度較低的追趕軌道，然后通過機(jī)動(dòng)飛行快速上升接近目標(biāo)將“目標(biāo)衛(wèi)星”摧毀。圖為追趕過程軌道示意圖。下列敘述正確的是（）A.圖中A是“目標(biāo)衛(wèi)星” ，B是“攔截器”B. “攔截器”和“目標(biāo)衛(wèi)星”的繞行方向?yàn)閳D中的順時(shí)針方向C. “攔截器”在上升的過程中重力勢能會(huì)增大D. “攔截器”的加速度比“目標(biāo)衛(wèi)星”的加速度小答案bC解析攔截衛(wèi)星的高度要

6、比目標(biāo)衛(wèi)星的高度低，所以A是“攔截器”舊是“目標(biāo)衛(wèi)星”，A錯(cuò)誤；由于“攔截器”軌道低，速度大，應(yīng)落后于“目標(biāo)衛(wèi)星”，繞行方靛為 圖中的順時(shí)針方向，B正確；“攔截器”在上升過程中要克服重力做功，所以重力勢能|增大,C正確；根據(jù)公式a=可知“攔截器”的加速度比“目標(biāo)衛(wèi)星”的加速度大 ，D錯(cuò)GM口產(chǎn)4 .發(fā)射地球同步通信衛(wèi)星的基本方法是先用火箭將衛(wèi)星送入一近地橢圓軌道a運(yùn)行,然后開動(dòng)星載火箭變軌，將其送入與地球自轉(zhuǎn)同步的軌道 b,變軌點(diǎn)選在軌道a與軌道b內(nèi)切的Q點(diǎn)，如圖所示。下列說法正確的是（）A.衛(wèi)星在變軌后通過Q點(diǎn)的加速度大于變軌前通過 Q點(diǎn)的加速度B.衛(wèi)星變軌后在Q點(diǎn)的機(jī)械能比變軌前的大C.衛(wèi)

7、星在軌道b運(yùn)行速度小于在軌道a運(yùn)行時(shí)的最小速度精品D.衛(wèi)星在Q點(diǎn)變軌時(shí)星載火箭噴射氣體的方向與衛(wèi)星線速度方向相同 ？導(dǎo)學(xué)號(hào)06400301?答案B；解析衛(wèi)星受地球的萬有引力就是衛(wèi)星的合力。根據(jù)牛頓第二定律得a二,M為地球質(zhì)量,r為衛(wèi)星到地球中心的距離，所以衛(wèi)星在“同步軌道”與在“轉(zhuǎn)移軌道”的遠(yuǎn)地 點(diǎn)相比，加速度不變，故A錯(cuò)誤。在橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)實(shí)施變軌成圓軌道是做逐漸遠(yuǎn)離 圓心的運(yùn)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)運(yùn)動(dòng)必須萬有引力小于衛(wèi)星所需向心力，所以應(yīng)給衛(wèi)星加速 增加所需的向心力。即衛(wèi)星在“同步軌道”與在“轉(zhuǎn)移軌道”的遠(yuǎn)地點(diǎn)相比速度變大，衛(wèi)星在“同步軌道”與在“轉(zhuǎn)移軌道”的遠(yuǎn)地點(diǎn)相比重力勢能不變，動(dòng)能較

8、3;?所以機(jī)械能較大，故B正確。在橢圓軌道上，衛(wèi)星在Q點(diǎn)速度最小，衛(wèi)星在軌道b運(yùn) 行速度大于在軌道a上Q點(diǎn)速度，故C錯(cuò)誤。衛(wèi)星在Q點(diǎn)變軌時(shí)星載火箭噴射氣體GM的方向與衛(wèi)星線速度方向相反，給衛(wèi)星加速，故D錯(cuò)誤。|產(chǎn)5 .（多選）（天體運(yùn)動(dòng)中的能量問題）目前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn) 轉(zhuǎn)，其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓，且軌道半徑逐漸變小。若衛(wèi)星在軌道半徑逐漸 變小的過程中，只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用，則下列判斷正確的是（）A.衛(wèi)星的動(dòng)能逐漸減小B.由于地球引力做正功，引力勢能一定減小C.由于氣體阻力做負(fù)功，地球引力做正功，機(jī)械能保持不變 精品D.衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢

9、能的減小答案bD解析衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，地球的引力提供向心力，G=m,受稀薄氣體阻力的作用時(shí)，軌道半徑逐漸變小，地球的引力對(duì)衛(wèi)星做正功，勢能逐漸減小，動(dòng)能逐漸變大，由于氣體阻Mm 口 £力做負(fù)功，衛(wèi)星的機(jī)械能減小，選項(xiàng)B D正確。|產(chǎn)彳6.（天體運(yùn)動(dòng)中的能量問題）我國“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星發(fā)射后，先在“24小時(shí)軌道”上繞地球運(yùn)行（即繞地球一圈需要24小時(shí)）；然后，經(jīng)過兩次變軌依次到達(dá)“ 48小時(shí)軌道”和“ 72小時(shí)軌道”；最后奔向月球。如果按圓形軌道計(jì)算，并忽略衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則在每次變軌完成后與變軌前相比（）A.衛(wèi)星動(dòng)能增大，引力勢能減小B.衛(wèi)星動(dòng)能增大，引力勢能增大C.衛(wèi)星動(dòng)能減小，引

10、力勢能減小D.衛(wèi)星動(dòng)能減小，引力勢能增大答案D解析變軌后軌道半徑增大，速度減小，衛(wèi)星動(dòng)能減小，引力勢能增大，選項(xiàng)D正確。7.（天體中的“追及相遇”問題）（2018 河南南陽月考）如圖所示,A、B為地球的兩個(gè)軌道共面的人造衛(wèi)星，運(yùn)行方向相同，A為地球同步衛(wèi)星，A、B衛(wèi)星的軌道半徑的比值為k,地球自轉(zhuǎn)周期為T0。某日t刻A、B兩衛(wèi)星距離達(dá)到最近，從該時(shí)刻起到AB間距離最遠(yuǎn)所經(jīng)歷的最短時(shí)間為（）幾70A.B. 11170 ToC.D.?導(dǎo)學(xué)號(hào) 06400302? 2（7爐1）7必 + 1答案C解析由開普勒第三定律得，設(shè)兩衛(wèi)星至少經(jīng)過時(shí)間t距離最遠(yuǎn)，即B比A多轉(zhuǎn)半 匚匕 t 1圈,=nB-nA=,又

11、TA=T0,解得 t= / 北會(huì)&爐-1）8.（天體中的“追及相遇”問題）如圖所示,A為太陽系中的天王星，它繞太陽O運(yùn)行 的軌道視為圓時(shí)，運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R0,周期為T0,長期觀測發(fā)現(xiàn)，天王星實(shí)際運(yùn)動(dòng) 的軌道與圓軌道總有一些偏離，且每隔t0時(shí)間發(fā)生一次最大偏離，即軌道半徑出現(xiàn) 一次最大。根據(jù)萬有引力定律，天文學(xué)家預(yù)言形成這種現(xiàn)象的原因可能是天王星外 側(cè)還存在著一顆未知的行星（假設(shè)其運(yùn)動(dòng)軌道與A在同一平面內(nèi)，且與A的繞行方向 相同），它對(duì)天王星的萬有引力引起天王星軌道的偏離，由此可推測未知行星的運(yùn)動(dòng) 軌道半徑是（）A.R0C.R0答案D解析依，則R=R。又依題意有=1,則，求得R=R0,

12、D對(duì)精品能力提升組9.某顆地球同步衛(wèi)星正下方的地球表面上有一觀察者，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽光照射的此衛(wèi)星，試問，春分那天（太陽光直射赤道）在日落12小時(shí)內(nèi)有多長時(shí)間該 觀察者看不見此衛(wèi)星？已知地球半徑為R,地球表面處的重力加速度為g,地球自轉(zhuǎn)周 期為T,不考慮大氣對(duì)光的折射。解析設(shè)所求的時(shí)間為t,用mM分別表示衛(wèi)星和地球的質(zhì)量,r表示衛(wèi)星到地心的距2n離。有G=mF春分時(shí),太陽光直射地球赤道，如圖所示，圖中圓E表示赤道,S表示衛(wèi)星,A表示觀察者,0表示地心。由圖可看出當(dāng)衛(wèi)星 S繞地心。轉(zhuǎn)到圖示位置以后（設(shè)地球自轉(zhuǎn)是沿圖中逆時(shí)針方向），其正下方的觀察者將看不見它。據(jù)此再考慮到對(duì)稱性，有rsin

13、 0 =RMG=g由以上各式可解得t=arcsin10.2016年2月11日，美國激光干涉引力波天文臺(tái)（LIG0）團(tuán)隊(duì)向全世界宣布發(fā)現(xiàn)了 引力波，這個(gè)引力波來自于距離地球13億光年之外一個(gè)雙黑洞系統(tǒng)的合并。已知光 在真空中傳播的速度c,引力常量為Q黑洞密度極大，質(zhì)量極大，半徑很小，以最快速度傳播的光都不能逃離它的引力，因此 我們無法通過光學(xué)觀測直接確定黑洞的存在。假定黑洞為一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球形 天體。（1）因?yàn)楹诙磳?duì)其他天體具有強(qiáng)大的引力影響，我們可以通過其他天體的運(yùn)動(dòng)來推測 黑洞的存在。天文學(xué)家觀測到，有一質(zhì)量很小的恒星獨(dú)自在宇宙中做周期為T,半徑為r0的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由此推測，圓周軌道的

14、中心可能有個(gè)黑洞。利用所學(xué)知識(shí)求此黑洞的質(zhì)量M(2)嚴(yán)格解決黑洞問題需要利用廣義相對(duì)論的知識(shí)，但早在相對(duì)論提出之前就有人利用牛頓力學(xué)體系預(yù)言過黑洞的存在。我們知道，在牛頓體系中，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量分別為m2 m2的質(zhì)點(diǎn)相距為r時(shí)也會(huì)具有勢能，稱之為引力勢能，其大小為Ep=-G(規(guī)定無窮遠(yuǎn)處勢能為霧)。請(qǐng)你利用所學(xué)知識(shí)，推測質(zhì)量為M'的黑洞，之所以能夠成為“黑”洞,其半徑R最大不能超過多少？丁4n2r032GM?答案(1)(2)| G產(chǎn) /解析(1)小恒星繞黑洞做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)小恒星質(zhì)量為m,根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律:G=mr0。計(jì)算得出：M=H舊"，G產(chǎn)(2)設(shè)質(zhì)量為m的物體，從黑洞表面至無窮遠(yuǎn)處，根據(jù)能量守恒定律，mv2+=0，計(jì)算得出R相為連光都不能逃離，有v=c,所以黑洞的半徑最大不能超過 R-17 M'2GM'2 R/ c211.如圖所示是月亮女神、嫦娥一號(hào)繞月球做圓周運(yùn)行時(shí)某時(shí)