重難點(diǎn)05 天體運(yùn)動與人造航天器（學(xué)生版）-高考物理專練(新高考專用)

高考物理【熱點(diǎn)·重點(diǎn)·難點(diǎn)】專練(新高考專用)重難點(diǎn)05天體運(yùn)動與人造航天器【知識梳理】考點(diǎn)一天體質(zhì)量和密度的計(jì)算1．解決天體(衛(wèi)星)運(yùn)動問題的基本思路(1)天體運(yùn)動的向心力來源于天體之間的萬有引力，即(2)在中心天體表面或附近運(yùn)動時，萬有引力近似等于重力，即(g表示天體表面的重力加速度)．(2)利用此關(guān)系可求行星表面重力加速度、軌道處重力加速度：在行星表面重力加速度：，所以在離地面高為h的軌道處重力加速度：，得2．天體質(zhì)量和密度的計(jì)算(1)利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R.由于，故天體質(zhì)量天體密度：(2)通過觀察衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動的周期T和軌道半徑r.①由萬有引力等于向心力，即，得出中心天體質(zhì)量；②若已知天體半徑R，則天體的平均密度③若天體的衛(wèi)星在天體表面附近環(huán)繞天體運(yùn)動，可認(rèn)為其軌道半徑r等于天體半徑R，則天體密度.可見，只要測出衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運(yùn)動的周期T，就可估算出中心天體的密度．【重點(diǎn)歸納】1.黃金代換公式(1)在研究衛(wèi)星的問題中，若已知中心天體表面的重力加速度g時，常運(yùn)用GM＝gR2作為橋梁，可以把“地上”和“天上”聯(lián)系起來．由于這種代換的作用很大，此式通常稱為黃金代換公式．2.估算天體問題應(yīng)注意三點(diǎn)(1)天體質(zhì)量估算中常有隱含條件，如地球的自轉(zhuǎn)周期為24h，公轉(zhuǎn)周期為365天等．(2)注意黃金代換式GM＝gR2的應(yīng)用．(3)注意密度公式的理解和應(yīng)用．考點(diǎn)二衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較與運(yùn)算1．衛(wèi)星的動力學(xué)規(guī)律由萬有引力提供向心力，2．衛(wèi)星的各物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律；；；(1)衛(wèi)星的a、v、ω、T是相互聯(lián)系的，如果一個量發(fā)生變化，其它量也隨之發(fā)生變化；這些量與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān)，它們由軌道半徑和中心天體的質(zhì)量共同決定．(2)衛(wèi)星的能量與軌道半徑的關(guān)系：同一顆衛(wèi)星，軌道半徑越大，動能越小，勢能越大，機(jī)械能越大．3．極地衛(wèi)星和近地衛(wèi)星(1)極地衛(wèi)星運(yùn)行時每圈都經(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．(2)近地衛(wèi)星是在地球表面附近環(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7.9km/s.(3)兩種衛(wèi)星的軌道平面一定通過地球的球心．【重點(diǎn)歸納】1．利用萬有引力定律解決衛(wèi)星運(yùn)動的一般思路(1)一個模型天體(包括衛(wèi)星)的運(yùn)動可簡化為質(zhì)點(diǎn)的勻速圓周運(yùn)動模型．(2)兩組公式衛(wèi)星運(yùn)動的向心力來源于萬有引力：在中心天體表面或附近運(yùn)動時，萬有引力近似等于重力，即：(g為星體表面處的重力加速度)2．衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系考點(diǎn)三宇宙速度衛(wèi)星變軌問題的分析1．第一宇宙速度v1＝7.9km/s，既是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大環(huán)繞速度．2．第一宇宙速度的兩種求法：(1)，所以(2)，所以.3．第二、第三宇宙速度也都是指發(fā)射速度．4.當(dāng)衛(wèi)星由于某種原因速度突然改變時(開啟或關(guān)閉發(fā)動機(jī)或空氣阻力作用)，萬有引力不再等于向心力，衛(wèi)星將變軌運(yùn)行：(1)當(dāng)衛(wèi)星的速度突然增加時，，即萬有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星將做離心運(yùn)動，脫離原來的圓軌道，軌道半徑變大，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入新的軌道穩(wěn)定運(yùn)行時由可知其運(yùn)行速度比原軌道時減小．(2)當(dāng)衛(wèi)星的速度突然減小時，，即萬有引力大于所需要的向心力，衛(wèi)星將做近心運(yùn)動，脫離原來的圓軌道，軌道半徑變小，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入新的軌道穩(wěn)定運(yùn)行時由可知其運(yùn)行速度比原軌道時增大．衛(wèi)星的發(fā)射和回收就是利用這一原理．【重點(diǎn)歸納】1.處理衛(wèi)星變軌問題的思路和方法(1)要增大衛(wèi)星的軌道半徑，必須加速；(2)當(dāng)軌道半徑增大時，衛(wèi)星的機(jī)械能隨之增大．2.衛(wèi)星變軌問題的判斷：(1)衛(wèi)星的速度變大時，做離心運(yùn)動，重新穩(wěn)定時，軌道半徑變大．(2)衛(wèi)星的速度變小時，做近心運(yùn)動，重新穩(wěn)定時，軌道半徑變?。?3)圓軌道與橢圓軌道相切時，切點(diǎn)處外面的軌道上的速度大，向心加速度相同.3.特別提醒:“三個不同”(1)兩種周期——自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期的不同(2)兩種速度——環(huán)繞速度與發(fā)射速度的不同，最大環(huán)繞速度等于最小發(fā)射速度(3)兩個半徑——天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r的不同【限時檢測】(建議用時：30分鐘)一、單項(xiàng)選擇題：本題共4小題。1．嫦娥五號(Chang’e5)是中國首個實(shí)施無人月面取樣返回的月球探測器，為中國探月工程的收官之戰(zhàn)，2020年11月29日，嫦娥五號從橢圓環(huán)月軌道變軌為圓形環(huán)月軌道，對應(yīng)的周期為T，離月面高度為h，已知月球半徑為R，萬有引力常量為G，則月球的密度為()A． B． C． D．2．我國已于2011年9月末發(fā)射“天宮一號”目標(biāo)飛行器，11月初發(fā)射“神舟八號”飛船并與“天宮一號”實(shí)現(xiàn)成功對接。某同學(xué)為此畫出“天宮一號”和“神舟八號”繞地球做勻速圓周運(yùn)動時的假想圖如圖所示，A代表“天宮一號”，B代表“神舟八號”，虛線為各自的軌道。由此假想圖，可以判定()A．“天宮一號”的運(yùn)行速率等于“神舟八號”的運(yùn)行速率B．“天宮一號”的周期小于“神舟八號”的周期C．“天宮一號”的向心加速度小于“神舟八號”的向心加速度D．“天宮一號”的角速度大于“神舟八號”的角速度3．迄今發(fā)現(xiàn)的二百余顆太陽系外行星大多不適宜人類居住，繞恒星“”運(yùn)行的行星“”卻很值得我們期待。該行星的溫度在到之間，質(zhì)量是地球的6倍，直徑是地球的倍，公轉(zhuǎn)周期為13個地球日。“”的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的倍。設(shè)該行星與地球均視為質(zhì)量分布均勻的球體，繞其中心天體做勻速圓周運(yùn)動，則()A．在該行星和地球上發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度相同B．該行星與恒星“”的距離是地日距離的倍C．如果人到了該行星，其體重是地球上的倍D．該行星的平均密度是地球的平均密度的4倍4．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是中國自行研制的全球定位和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。如圖所示，是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做勻速圓周運(yùn)動，軌道半徑。其中a為地球靜止同步衛(wèi)星。下列說法正確的是()A．c在運(yùn)動過程中可能會經(jīng)過北京上空B．b的周期可能大于地球的自轉(zhuǎn)周期C．a(chǎn)的動能一定等于b的動能D．a(chǎn)、b的線速度一定相等二、多項(xiàng)選擇題：本題共2小題。5．中國科學(xué)院云南天文臺研究人員在對密近雙星半人馬座V752進(jìn)行觀測和分析研究時，發(fā)現(xiàn)了一種特殊雙星軌道變化的新模式，這種周期的突變有可能是受到了來自其伴星雙星的動力學(xué)擾動，從而引起了兩子星間的物質(zhì)交流，周期開始持續(xù)增加。若小質(zhì)量子星的物質(zhì)被吸引而轉(zhuǎn)移至大質(zhì)量子星上(兩子星質(zhì)量和恒定)，導(dǎo)致周期增大為原來的k倍，則下列說法正確的是()A．兩子星間的萬有引力增大 B．兩子星的間距增大為原來的2倍C．兩子星間的萬有引力減小 D．兩子星的間距增大為原來的倍6．2020年11月24日凌晨，我國發(fā)射了“嫦娥五號”登月探測器?！版隙鹑枴庇傻卦罗D(zhuǎn)移軌道到環(huán)月軌道飛行的示意圖如圖所示，P點(diǎn)為變軌點(diǎn)，則“嫦娥三號”()A．經(jīng)過P點(diǎn)的速率，軌道1的一定大于軌道2的B．經(jīng)過P點(diǎn)的加速度，軌道1的一定大于軌道2的C．運(yùn)行周期，軌道1的一定大于軌道2的D．從地月轉(zhuǎn)移軌道經(jīng)過P點(diǎn)需要點(diǎn)火減速才能變軌進(jìn)入圓軌道1三、解答題：本題共2小題。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。7．如圖所示，一個質(zhì)量為M的勻質(zhì)實(shí)心球，半徑為R。如果通過球心挖去一個直徑為R的小實(shí)心球，然后置于相距為d的地方，試計(jì)算空心球與小實(shí)心球之間的萬有引力。8．2019年1月3日，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預(yù)選著