《2020年高考物理二轮提分秘籍：天体运动四大热门题型（教师版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理二轮提分秘籍：天体运动四大热门题型（教师版）（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、提分秘籍备战高考2020年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍专题05 天体运动四大热门题型题型一 中心天体质量和密度的估算【题型解码】1.考虑星球自转时星球表面上的物体所受重力为万有引力的分力；忽略自转时重力等于万有引力2.一定要区分研究对象是做环绕运动的天体,还是在星球表面上随星球一块自转的物体做环绕运动的天体受到的万有引力全部提供向心力,星球表面上的物体受到的万有引力只有很少一部分用来提供向心力【典例分析1】(2019河南驻马店高三检测)有一颗行星,其近地卫星的线速度大小为v,假设宇航员在该行星表面上做实验,宇航员站在正以加速度a匀加速上升的电梯中,用弹簧测力计悬挂质量为m的物体时,看到弹
2、簧测力计的示数为F.已知引力常量为G,则这颗行星的质量是() A.B.C.D.【参考答案】：D【名师解析】：宇航员用弹簧测力计竖直悬挂质量为m的物体向上加速时,弹簧测力计的示数为F,则有Fmgma可得g卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,根据万有引力等于重力得mg又由重力充当向心力有mmg由式可得M,则A、B、C错误,D正确【典例分析2】我国已经发射了一百七十多个航天器。其中发射的货运飞船“天舟一号”与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体,如图所示。假设组合体在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动,周期为T1。如果月球绕地球的运动也看成是匀速圆周运动,轨道半径为R1,周期为
3、T2。已知地球表面处重力加速度为g,地球半径为R,引力常量为G,不考虑地球自转的影响,地球看成质量分布均匀的球体。则()A月球的质量可表示为 B组合体与月球运转的线速度比值为 C地球的密度可表示为 D组合体的向心加速度可表示为2g【参考答案】C【名师解析】由于月球是环绕天体,根据题意可以求出地球的质量,不能求月球的质量,A错误；对于组合体和月球绕地球运动的过程,万有引力提供向心力,设地球质量为M,则由牛顿第二定律可知Gm,解得v,则组合体与月球运转的线速度比值为,B错误；对于组合体,由Gm(Rh),解得M,又因为地球的体积为VR3,整理解得,C正确；由Gma,Gmg,知组合体的向心加速度大小为
4、a2g,D错误。【提分秘籍】估算中心天体质量和密度的两条思路和三个误区(1)两条思路利用天体表面的重力加速度和天体半径估算由Gmg天体得M,再由,VR3得。已知天体做匀速圆周运动的轨道半径和周期,由Gmr得M,再结合,VR3得,在中心天体表面做匀速圆周运动时,rR,则。(2)三个常见误区天体质量和密度的估算是指中心天体的质量和密度的估算,而非环绕天体的。注意区分轨道半径r和中心天体的半径R。在考虑自转问题时,只有两极才有mg天体。【突破训练】1.(2019广东深圳二模)(多选)2019年1月3日,“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面。着陆前的部分运动过程简化如下：在距月面15 km高处绕月做匀
5、速圆周运动,然后减速下降至距月面100 m处悬停,再缓慢降落到月面。已知万有引力常量和月球的第一宇宙速度,月球半径约为1.7103 km。由上述条件可以估算出()A月球质量 B月球表面的重力加速度C探测器在15 km高处绕月运动的周期 D探测器悬停时发动机产生的推力【答案】ABC【解析】探测器在月球表面附近运动时,万有引力提供向心力,环绕速度即为月球的第一宇宙速度,有：Gm,则月球的质量为M,由题目中的已知条件可求得月球质量,故A正确；探测器在月球表面附近运动时,万有引力等于重力,有：Gmg月,则月球表面的重力加速度为g月G,故B正确；探测器在距月面15 km高处绕月运动时,有：Gm,得运动周
6、期T,故C正确；探测器悬停时发动机产生的推力大小等于万有引力大小G,但由于探测器的质量未知,故不可求出推力,故D错误。22018年12月8日凌晨,我国在西昌卫星发射中心利用长征三号乙改进型运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,对月球背面南极艾特肯盆地开展着陆巡视探测,实现了人类首次月球背面软着陆和巡视勘察假设探测器在近月轨道上绕月球做匀速圆周运动,经过时间t(小于绕行周期),运动的弧长为s,探测器与月球中心连线扫过的角度为(弧度),引力常量为G,则()A探测器的轨道半径为 B探测器的环绕周期为C月球的质量为 D月球的密度为【答案】：C【解析】：利用sr,可得轨道半径r,选项A错误；由题意可知,角速度
7、,故探测器的环绕周期T,选项B错误；根据万有引力提供向心力可知,Gm,再结合v可以求出M,选项C正确；由于不知月球的半径,所以无法求出月球的密度,选项D错误3(多选)(2019宁夏师大附中高三理综)一宇航员在地球表面和某未知星球的表面上分别做高度和初速度相同的平抛运动实验：在离地面h高处让小球以v0的初速度水平抛出,他测出在地球上小球落地点与抛出点的水平距离为2x,在未知星球上小球落地点与抛出点的水平距离为x,已知地球的半径为R,未知星球的半径为2R,万有引力常量为G,则()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未知星球的质量约为
8、 D未知星球的密度约为【答案】：BC【解析】：如图：小球在地球上做平抛运动,在水平方向上有2xv0t,解得从抛出到落地时间为t,小球做平抛运动时在竖直方向上有hgt2,解得地球表面的重力加速度为g,同理可得未知星球表面的重力加速度为g星4g,故A错误；根据mg可得v,未知星球的第一宇宙速度v星,地球的第一宇宙速度v,则未知星球的第一宇宙速度是地球的第一宇宙速度的2倍,故B正确；设未知星球的质量为M星,静止在未知星球上的物体质量为m,由万有引力等于物体的重力得mg星,所以可得未知星球的质量约为 M星,故C正确；根据可得未知星球的密度,故D错误题型二 卫(行)星运行参量的分析【题型解码】1.由v
9、得出的速度是卫星在圆形轨道上运行时的速度,而发射航天器的发射速度要符合三个宇宙速度2.做圆周运动的卫星的向心力由地球对它的万有引力提供,并指向它们轨道的圆心地心3.在赤道上随地球自转的物体不是卫星,它随地球自转所需向心力由万有引力和地面支持力的合力提供【典例分析1】(2019全国卷)金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动,它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火,它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径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【参考答案】A【名师解析】行星绕太阳做圆周运动时,由牛顿第二定律和圆周运动知识有：Gma,得向心加
10、速度a,Gm,得线速度v ,由于R金R地R火,所以a金a地a火,v金v地v火,A正确。【典例分析2】(2019广东惠州二模)(多选)2018年7月27日出现了“火星冲日”的天文奇观,火星离地球最近最亮。当地球位于太阳和火星之间且三者几乎排成一条直线时,天文学称之为“火星冲日”。火星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳近似做匀速圆周运动。不考虑火星与地球的自转,且假设火星和地球的轨道平面在同一个平面上,相关数据见下表。则根据提供的数据可知()质量半径与太阳间距离地球MRr火星约0.1M约0.5R约1.5rA在火星表面附近发射飞行器的速度至少为7.9 km/sB理论上计算可知下一次“火星冲日”的
11、时间大约在2020年10月份C火星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比约为25D火星运行的加速度比地球运行的加速度大【参考答案】BC【名师解析】根据近地卫星的向心力由万有引力提供,由m,可得近地卫星的最小发射速度v,火星质量是地球质量的0.1倍,火星半径是地球半径的0.5倍,所以v火 v地,即在火星表面附近发射飞行器的最小速度小于在地球表面发射飞行器的最小速度(7.9 km/s),故A错误；根据开普勒第三定律可知：,解得T火1.5 年1.8年,设至少再次经过时间t火星再次冲日,则tt2,解得t2.25年2年零3个月,则理论上计算可知下一次“火星冲日”的时间大约在2020年10月份,故B正
12、确；根据mg,解得g,则0.1()2,故C正确；根据Gma可知,火星运行的加速度比地球运行的加速度小,故D错误。【典例分析3】(2019甘肃武威六中二模)有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球表面一起转动,b处于地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,各卫星排列位置如图,则有()Aa的向心加速度等于重力加速度g Bc在4 h内转过的圆心角是Cb在相同时间内转过的弧长最长 Dd的运动周期有可能是20 h【参考答案】C【名师解析】地球同步卫星c的周期与地球自转周期相同,角速度相同,则知a与c的角速度相同,根据a2r知,c的向心加速度比a大。由Gma,得
13、aG,卫星的轨道半径越大,向心加速度越小,则同步卫星c的向心加速度小于b的向心加速度,而b的向心加速度约为g,故知a的向心加速度小于重力加速度g,A错误；c是地球同步卫星,周期是24 h,则c在4 h内转过的圆心角是2,故B错误；由vr知,a的线速度小于c的线速度,由Gm,可得v,可知卫星的轨道半径越大,线速度越小,所以b的线速度最大,在相同时间内转过的弧长最长,故C正确；由开普勒第三定律k知,卫星的轨道半径越大,周期越大,所以d的运动周期大于c的周期24 h,故D错误。【提分秘籍】环绕天体绕中心天体做圆周运动的规律(1)一种模型：无论是自然天体(如地球、月亮)还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫
14、星)都可以看做质点,围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动,万有引力提供其做圆周运动的向心力。(2)两条思路万有引力提供向心力,即mmr2mr()2ma；天体对其表面物体的万有引力近似等于重力,即mg天体。(3)三点提醒a、v、T、r只要一个量发生变化,其他量也发生变化；a、v、T与环绕天体的质量无关；对于人造地球卫星,当rR地时,v7.9 km/s为第一宇宙速度。(4)四点注意同步卫星绕地心做匀速圆周运动的周期等于地球的自转周期。所有同步卫星都在赤道上空相同的高度上。注意同步卫星与地球赤道上物体的区别与联系。区别轨道半径与距天体表面的高度。【突破训练】1.(2019江苏常州高三期末)据报道,2018年我国发射了全球低轨卫星星座“鸿雁星座”系统的首颗试验卫星它将运行在距离地球1 100公里的圆轨道上,则其()A向心加速度小于地面的重力加速度 B线速度大于第一宇宙速度C周期大于地球自转周期 D角速度小于地球自转角速度【答案】A【解析】由a知,其向心加速度小于近地卫星的向心加速度,而近地卫星的向心加速度约等于地面的重力加速度,所以其向心加速度小于地面的重力加
