高中高考物理天體運(yùn)動類高考題解策略分析

1、. .PAGE9 / NUMPAGES9高中物理天體運(yùn)動類高考題解策略天體運(yùn)動是萬有引力定律、牛頓運(yùn)動定律、向心力公式等力學(xué)規(guī)律應(yīng)用的實(shí)例，也是高考的熱點(diǎn)容之一。衛(wèi)星、天體的運(yùn)動涉與的知識較多，要利用到萬有引力定律、牛頓運(yùn)動定律、圓周運(yùn)動的相關(guān)知識。在解此類題時不論是定性分析，還是定量計(jì)算首先要理清思路，抓住萬有引力提供向心力和星球表面上的物體所受重力近似等于星球?qū)ζ涞娜f有引力的這一基礎(chǔ)關(guān)系，然后將衛(wèi)星和天體運(yùn)動近似處理成勻速圓周運(yùn)動。要根據(jù)題目選擇適量的等量關(guān)系式，加以分析解答。在分析衛(wèi)星變軌問題時，要抓住衛(wèi)星做向心運(yùn)動和離心運(yùn)動的條件進(jìn)行分析。這是解決問題的根本方法，也是解決問題的關(guān)鍵。類

2、型一：對開普勒行星運(yùn)動三大定律的考察類遇到天體繞同一中心天體做橢圓運(yùn)動成圓周運(yùn)動時，只求周期、運(yùn)動半徑的等問題時運(yùn)用開普勒定律直接求解更方便例1：（2008年高考 卷）1990年4月25 日，科學(xué)家將哈勃天文望遠(yuǎn)鏡送上距地球表面約600km的高空，使得人類對宇宙中星體的觀測與研究有了極大的進(jìn)展。假設(shè)哈勃望遠(yuǎn)鏡沿圓軌道繞地球運(yùn)行。己知地球半徑為6.4 xl06m ，利用地球同步衛(wèi)星與地球表面的距離為3.6 xl07m 這一事實(shí)可得到哈勃望遠(yuǎn)鏡繞地球運(yùn)行的周期。以下數(shù)據(jù)中最接近其運(yùn)行周期的是（）A.0.6小時 B.1.6小時 C.4.0小時 D.24小時解析：哈勃望遠(yuǎn)鏡和地球同步衛(wèi)星都繞地球做圓周

3、運(yùn)動。根據(jù)開普勒第三定律可得知。因此可以得到故選項(xiàng)B正確類型二：考察宇宙速度類近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度通常稱為第一宇宙速度。它是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，是地球周圍所有衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，脫離地球萬有引力而不再繞地球運(yùn)動的速度叫做第二宇宙速度例2：（2008年高考 卷）下圖是嫦娥一號奔月示意圖,衛(wèi)星發(fā)射后通過自帶的小型火箭多次變軌,進(jìn)入 地月轉(zhuǎn)移軌道,最終被月球引力捕獲,成為繞月衛(wèi)星,并開展對月球的探測.下列說 確的是 （ ）A.發(fā)射嫦娥一號的速度必須達(dá)到第三宇宙速度B.在繞月圓軌道上,衛(wèi)星的周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān) C.衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比D.在繞月圓軌道上,衛(wèi)星受地球的引力大于受月

4、球的引力解析：第三宇宙速度是指衛(wèi)星脫離太陽引力，進(jìn)入天空的最小速度；在繞月軌道上由萬有引力提供向心力知。衛(wèi)星受到月球的萬有引力與她到月球中心的距離平方成反比。衛(wèi)星的質(zhì)量m會約掉，所以衛(wèi)星的周期與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān)；在繞月軌道上，衛(wèi)星的加速度指向月球球心，由牛頓第二定律知月球?qū)πl(wèi)星的吸引力大于地球?qū)πl(wèi)星的吸引力，故選項(xiàng)C正確。類型三：人造衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律類人造衛(wèi)星的繞行速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系越高越慢應(yīng) 用同步衛(wèi)星具有五個確定的特征周期確定： 軌道平面確定： 所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面都在赤道平面運(yùn)行速度確定：做圓周運(yùn)動運(yùn)行高度確定：離地高度為36000km在軌道上位置確定

5、：每個地球同步衛(wèi)星確定在世界組織規(guī)定的位置上例3：（2009年高考 卷）2009年 2 月 11 日,俄羅斯的宇宙2251衛(wèi)星和美國銥33衛(wèi)星在西伯利亞上空約 805km 處發(fā)生碰撞.這是歷史上首次發(fā)生的完整在軌衛(wèi)星碰撞事件.碰撞過程中產(chǎn)生的大量 碎片可能會影響太空環(huán)境.假定有甲,乙兩塊碎片,繞地球運(yùn)動的軌道都是圓,甲的運(yùn)行速 率比乙的大,則下列說法中正確的是 （ ）A.甲的運(yùn)行周期一定比乙的長 B.甲距地面的高度一定比乙的高 C.甲的向心力一定比乙的小 D.甲的加速度一定比乙的大解析：本題考查人造衛(wèi)星和圓周運(yùn)動的知識。由可知甲的速度大。甲碎片的軌道半徑小，故選項(xiàng)B錯誤。由公式可知甲的周期小，

6、故A選項(xiàng)錯誤，由于兩碎片的質(zhì)量未知，無法判斷向心力的大小，故C選項(xiàng)錯誤。碎片的加速度指引力加速度，由 知知道甲的加速度比乙大，故選項(xiàng)D正確。例4：（2008年高考 卷）據(jù)報道 我國數(shù)據(jù)中繼“衛(wèi)星天鏈一號”01星于2008年4月25日在衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4次變軌控制后，于5月1日成功定點(diǎn)在東經(jīng)77赤道上空的同步軌道。關(guān)于成功定點(diǎn)后的天鏈一號01星，下列說確的是（） A運(yùn)行速度大于7.9km/s B離地面高度一定，相對地面靜止 C繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度大 D向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等解析：7.9km/s是人造衛(wèi)星的第一宇宙速速，是近地衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)速度

7、，也是人造衛(wèi)星的最大運(yùn)行速度，所以同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于7.9km/s。A選項(xiàng)錯誤；根據(jù)同步衛(wèi)星的特點(diǎn)可知到其運(yùn)行時軌道高度一定，相對地面靜止，因此B選項(xiàng)正確；同步衛(wèi)星運(yùn)行周期（1天）比月球運(yùn)行的周期（約28天）小，所以同步衛(wèi)星的角速度比月球的大，C選項(xiàng)正確。地球赤道上的物體和同步衛(wèi)星的角速度一樣，但半徑不同，根據(jù)知衛(wèi)星的向心加速度大，故D選項(xiàng)錯誤。類型四：衛(wèi)星變軌類人造衛(wèi)星在軌道變換時，有衛(wèi)星主動原因也有其他原因（如受到阻力）速度發(fā)生變化導(dǎo)致萬有引力與向心力相等關(guān)系被破壞，繼而發(fā)生向心運(yùn)動或離心運(yùn)動，發(fā)生變軌。 km例5：（1998年高考 卷）發(fā)射地球同步衛(wèi)星時先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然

8、后經(jīng)點(diǎn)火使其沿橢圓軌道2運(yùn)行。最后再點(diǎn)火。將衛(wèi)星送入軌道3，軌道1、2相切于Q點(diǎn)。軌道2、3相切于P點(diǎn)。如圖所示，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時，以下說確的是（ ）A、衛(wèi)星在軌道3上的速度大于在軌道1上的速度B、衛(wèi)星在軌道3上的角速度小 于在軌道1上的角速度C、衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時的加速度D、衛(wèi)星在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度 解析：地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力，衛(wèi)星在軌道1和軌道3上的運(yùn)動均可看作是勻速圓周運(yùn)動，由可知即軌道半徑越大，衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行的速度越小 故A選項(xiàng)錯誤。軌道半徑越大，衛(wèi)星咋軌道上運(yùn)行的角速度就

9、越小，故B選項(xiàng)正確；由 知的大小與成反比。在P點(diǎn)時無論是軌道2還是軌道3運(yùn)行，到地心的距離相等，因此加速度相等。在Q點(diǎn)時軌道1和軌道2離地心的距離相等。因此加速度相等，故選項(xiàng)C錯誤。例6：（2010年高考 卷）2009年5月，航天飛機(jī)在完成對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后，在A點(diǎn)從圓形軌道進(jìn)入橢圓軌道，B為軌道上的一點(diǎn)，如圖所示，關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動，下列說法中正確的有（ ）A、在軌道上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B、在軌道上經(jīng)過A的動能小于在軌道上經(jīng)過A 的動能C、在軌道上運(yùn)動的周期小于在軌道上運(yùn)動的周期D、在軌道上經(jīng)過A的加速度小于在軌道上經(jīng)過A的加速度解析：本題考查天體運(yùn)動的能量、周期、角速度

10、等。航天飛機(jī)軌道上運(yùn)動時機(jī)械能守恒，A點(diǎn)比B點(diǎn)的勢能大動能小，故選項(xiàng)A正確。航天飛機(jī)在軌道軌道上過A點(diǎn)做向心運(yùn)動，顯然速度小于軌道上A點(diǎn)的速度，故選項(xiàng)B正確。對于航天飛機(jī)，軌道半徑越大其周期越大，故選項(xiàng)C正確。由萬有引力定律和牛頓第二定律知，航天飛機(jī)在兩軌道的同一點(diǎn)A加速度一樣，故選項(xiàng)D錯誤。類型五：雙星運(yùn)動類 在天體運(yùn)動中，將兩個彼此距離接近行星稱為雙星，由于兩星間的引力而使它們在運(yùn)動中距離保持不變。星體在萬有引力提供向心力的情況下做圓周運(yùn)動，故兩類做勻速圓周運(yùn)動的向心力大小相等（為兩者之間的萬有引力），角速度一樣（即周期一樣）。由知。兩者運(yùn)行的軌道半徑與線速度大小與質(zhì)量成反比。例7：（20

11、06年高考 卷）神奇的黑洞是近代引力理論所預(yù)言的一種特殊天體，探尋黑洞的方案之一是觀測雙星系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律。 天文學(xué)家觀測河外星系麥哲倫云時，發(fā)現(xiàn)了 LMCX-3 雙星系統(tǒng)，它由可見星 A 和不可見的暗星 B 構(gòu)成，兩 星視為質(zhì)點(diǎn)，不考慮其它天體的影響，A、B 圍繞兩者連線上的 O 點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動，它們之間的距離保持 不變，如圖所示。引力常量為 G，由觀測能夠得到可見星 A 的速率 v 和運(yùn)行周期。 （1）可見得 A 所受暗星 B 的引力 FA 可等效為位于 O 點(diǎn)處質(zhì)量為 m/的星體（視為質(zhì)點(diǎn)）對它的引力，設(shè) A 和 B 的質(zhì)量分別為 m1、m2。試求 m/ 的（用 m1、m2 表示） （2

12、） 求暗星 B 的質(zhì)量 m2 與可見星 A 的速率 v、 運(yùn)行周期 T 和質(zhì)量 m1 之間的關(guān)系式；（3）恒星演化到末期，如果其質(zhì)量大于太陽質(zhì)量 mI 的兩倍，它將有可能成為黑洞。 若可見星 A 的速率，運(yùn)行周期，質(zhì)量，試通過估算來判斷暗星B有可能是黑洞嗎？ S 圖1 E, r （，）解析：（1）設(shè) A、B 的圓軌道半徑分別為、，由題意知，A、B 做勻速圓周運(yùn)動的角速一樣，其為。由牛頓運(yùn)動運(yùn)動定律，有設(shè)之間的距離為又有上訴各式得1由萬有引力定律有將式代入令比較可得2（2）由牛頓第二定律有：3又可見的軌道半徑4由、式可得5（3）將代入式得代入數(shù)據(jù)得6設(shè)將其代入式得7可見的值隨著的增大而增大。試令

13、得8如使式成立，則必大于即暗星的質(zhì)量必大于由此得出結(jié)論：暗星有可能是黑洞。類型六：天體運(yùn)動綜合類萬有引力定律、牛頓定律、向心力公式的綜合運(yùn)用例8：（2008年高考卷）據(jù)媒體報道，嫦娥一號衛(wèi)星環(huán)月工作軌道為圓軌道，軌道高度200 km，運(yùn)用周期127分鐘。若還知道引力常量和月球平均半徑，僅利用以上條件不能求出的是（）A月球表面的重力加速度B月球?qū)πl(wèi)星的吸引力C衛(wèi)星繞月球運(yùn)行的速度D衛(wèi)星繞月運(yùn)行的加速度解析：由得又因由前兩式可以得到 由于不知道衛(wèi)星的質(zhì)量，因此不能求出月球?qū)πl(wèi)星的吸引力。衛(wèi)星繞月球運(yùn)行的線速度加速度 因此可知重力加速度、線速度以與繞月加速度都是已知量，故選項(xiàng)B是不能求出的物理量。例

14、9：（2007年高考 卷）假設(shè)太陽系中天體的密度不變，天體直徑和天體之間距離都縮小到原來的一半，地球 繞太陽公轉(zhuǎn)近似為勻速圓周運(yùn)動，則下列物理量變化正確的是（ ）A、地球的向心力變?yōu)榭s小前的一半 B、地球的向心力變?yōu)榭s小前的C、地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期與縮小前的一樣 D、地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期變?yōu)榭s小前的一半解析：地球質(zhì)量 太陽質(zhì)量有萬有引力定律。 地球受到的萬有引力等于向心力，當(dāng)天體直徑和距離r縮小一半時。向心力變?yōu)樵瓉淼墓蔅選項(xiàng)正確，A選項(xiàng)不正確。，。當(dāng)天體直徑和距離r縮小一半時，T不變故C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯誤。例10：（2010年高考 卷）宇宙飛船以周期為T繞地地球作圓周運(yùn)動時，由于地球遮擋，會經(jīng)歷“日全食”過程，如圖所示。已知地球的半徑為R，地球質(zhì)量為M，引力常量為G，地球處置周期為T。太可看作平行光，宇航員在A點(diǎn)測出的角為，則A. 飛船繞地球運(yùn)動的線速度為ROAB. 一天飛船經(jīng)歷“日全食”的次數(shù)為C. 飛船每次“日全食”過程的時間為ROA