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1、（全国通用）2018年高考物理考点一遍过专题22天体运动及人造卫星（含解析）专题22 天体运动及人造卫星一、同步卫星同步卫星是指相对地球“静止不动”的卫星。同步卫星的六个“一定”：轨道平面一定轨道平面与赤道平面重合高度一定距离地心的距离一定，h=4.225104 km；距离地面的高度为3.6104 km环绕速度一定v=3.08 km/s，环绕方向与地球自转方向相同角速度一定周期一定与地球自转周期相同，常取T=24 h向心加速度一定a=0.23 m/s2二、赤道上的物体与同步卫星以及近地卫星的运动规律1地球赤道上的物体，静止在地面上与地球相对静止，随地球的自转绕地轴做匀速圆周运动。地球赤道上的物
2、体受到地球的万有引力，其中的一个分力提供物体随地球自转做圆周运动的向心力，产生向心加速度a，另一个分力为重力，有Gmg=ma（其中R为地球半径）。2近地卫星的轨道高度约等于地球的半径，其所受万有引力完全提供卫星做圆周运动的向心力，即G=ma。3同步卫星与赤道上的物体具有与地球自转相同的运转周期和运转角速度，始终与地球保持相对静止状态，共同绕地轴做匀速圆周运动。4区别：（1）同步卫星与地球赤道上的物体的周期都等于地球自转的周期，而不等于近地卫星的周期。（2）近地卫星与地球赤道上的物体的运动半径都等于地球的半径，而不等于同步卫星运动的半径。（3）三者的线速度各不相同。三、宇宙速度和卫星变轨问题的分
3、析1第一宇宙速度v17.9 km/s，既是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度。2第一宇宙速度的两种求法：（1），所以（2），所以。3第二、第三宇宙速度也都是指发射速度。4当卫星由于某种原因速度突然改变时（开启或关闭发动机或空气阻力作用），万有引力不再等于向心力，卫星将变轨运行：（1）当卫星的速度突然增加时，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时，由可知其运行速度比原轨道时减小。（2）当卫星的速度突然减小时，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳
4、定运行时由可知其运行速度比原轨道时增大。卫星的发射和回收就是利用这一原理。5处理卫星变轨问题的思路和方法（1）要增大卫星的轨道半径，必须加速；（2）当轨道半径增大时，卫星的机械能随之增大。6卫星变轨问题的判断：（1）卫星的速度变大时，做离心运动，重新稳定时，轨道半径变大。（2）卫星的速度变小时，做近心运动，重新稳定时，轨道半径变小。（3）圆轨道与椭圆轨道相切时，切点处外面的轨道上的速度大，向心加速度相同。7特别提醒:“ 三个不同”（1）两种周期自转周期和公转周期的不同（2）两种速度环绕速度与发射速度的不同，最大环绕速度等于最小发射速度（3）两个半径天体半径R和卫星轨道半径r的不同四、双星系统1
5、在天体运动中，将两颗彼此相距较近，且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星称为双星。2双星系统的条件：（1）两颗星彼此相距较近；（2）两颗星靠相互之间的万有引力做匀速圆周运动；（3）两颗星绕同一圆心做圆周运动。3双星系统的特点：（1）两星的角速度、周期相等；（2）两星的向心力大小相等；（3）两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即r1+r2=L，轨道半径与行星的质量成反比。4双星问题的处理方法：双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力，即，由此得出（1）m1r1=m2r2，即某恒星的运动半径与其质量成反比；（2）由于=，r1+r2=L，所以两恒星的质量之和
6、。有a、b、c、d四颗地球卫星，a在地球赤道上未发射，b在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gBc在4 h内转过的圆心角是/6Cb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【详细解析】对于卫星a，根据万有引力定律、牛顿第二定律列式可得 ，又知道，故a的向心加速度小于重力加速度g，A项错误；由c是地球同步卫星，可知卫星c在4 h内转过的圆心角是，B项错误；由得，故轨道半径越大，线速度越小，故卫星b的线速度大于卫星c的线速度，卫星c的线速度大于卫星d的线速度，而卫星a与同步卫星c的周期相
7、同，故卫星c的线速度大于卫星a的线速度，C项正确；由得，轨道半径r越大，周期越长，故卫星d的周期大于同步卫星c的周期，D项错误。1关于地球同步卫星的说法正确的是A地球同步卫星可以在地球赤道平面上的不同高度运行B地球同步卫星都在同一条轨道上，所以运行速度相同C同步卫星的向心加速度小于静止于赤道上物体的向心加速度D同步卫星的运行速率小于7.9 km/s【答案】D行速度大小相同，但是各个卫星的速度方向不同，则速度不同，选项B错误；同步卫星和静止于赤道上的物体的角速度相同，根据a=2r可知，同步卫星的向心加速度大于静止于赤道上物体的向心加速度，选项C错误；第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是最大的圆
8、周运动的环绕速度，而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，根据可以发现，同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度，故D正确。【名师点睛】地球质量一定、自转速度一定，同步卫星要与地球的自转实现同步，就必须要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度。2图中的甲是地球赤道上的一个物体，乙是“神舟十号”宇宙飞船（周期约90 min），丙是地球的同步卫星，它们运行的轨道示意图如图所示，它们都绕地心做匀速圆周运动。下列说法正确的是A它们运行的向心加速度大小关系是a乙a丙a甲B它们运行的线速度大小关系是v乙v丙v甲C已知甲运行的周期T甲=24 h，可计算出地球的密度D已知乙运行的周期
9、T乙及轨道半径r乙，可计算出地球的质量【答案】AD 双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动。研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化。若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为AB C D【参考答案】B【详细解析】双星间的万有引力提供向心力。设原来双星间的距离为L，质量分别为M、m，圆周运动的圆心距质量为m的恒星距离为r。对质量为m的恒星有，对质量为M的恒星有，得，即，则当总质量为k（M+m），间距为L=nL时，
10、选项B正确。1宇宙中两颗相距很近的恒星常常组成一个双星系统。它们以相互间的万有引力彼此提供向心力，从而使它们绕着某一共同的圆心做匀速圆周运动，若已知它们的运转周期为T，两星到某一共同圆心的距离分别为R1和R2，那么，这双星系统中两颗恒星的质量关系是A这两颗恒星的质量必定相等B这两颗恒星的质量之和为C这两颗恒星的质量之比为m1:m2=R2:R1D必有一颗恒星的质量为【答案】BCD正确，A错误；，B正确。22016年2月11日，科学家宣布“激光干涉引力波天文台（LIGO）”探测到由两个黑洞合并产生的引力波信号，这是在爱因斯坦提出引力波概念100周年后，引力波被首次直接观测到。在两个黑洞合并过程中，
11、由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统。如图所示，黑洞A、B可视为质点，它们围绕连线上O点做匀速圆周运动，且AO大于BO，不考虑其他天体的影响。下列说法正确的是A黑洞A的向心力大于B的向心力B黑洞A的质量大于B的质量C黑洞A的线速度大于B的线速度D两黑洞之间的距离越大，A的周期越小【答案】C力提供向心力，具有相同的角速度，由图可知A的半径比较大，根据可知，黑洞A的线速度大于B的线速度，C正确；双星靠相互间的万有引力提供向心力，所以，又，L为二者之间的距离，所以得：，即，则两黑洞之间的距离越大，A的周期越大，故D错误。由中国航天科技集团公司五院自主研制的电推进系中2015年1月2日取得
12、重要成果；电推进系统在试验中已突破6 000小时，开关机3 000次，具备确保该卫星在轨可靠运行15年的能力，如图所示为应用该系统的三颗卫星a、b、c绕地球做匀速圆周运动的示意图，其中b、c都在半径为r的轨道上，a是地球同步卫星，此时a、b恰好相距最近，已知地球质量为M，半径为R，地球自转的角速度为，引力常量为G，则A卫星b的周期小于24小时B卫星b和c的机械能相等C到卫星a和b下一次相距最近，还需经过时间D卫星a的动能较大【参考答案】C【详细解析】根据公式可得，半径越大，周期越大，所以b的周期大于a的运动周期，即卫星b的周期大于24小时，A错误，由于b、c的质量关系未知，所以两者的机械能不一
13、定相等，B错误；b、c在地球的同步轨道上，所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速度。由万有引力提供向心力，即，根据，解得，故C正确；根据可得，即a的速度最大，但是不知道a的质量，所以a的动能不一定最大，D错误；【名师点睛】在万有引力这一块，涉及的公式和物理量非常多，掌握公式在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后弄清楚各个物理量表示的含义，最后选择合适的公式分析解题，另外这一块的计算量一是非常大的，所以需要细心计算。12013年12月10日21时20分，“嫦娥三号”发动机成功点火，开始实施变轨控制，由距月面平均高度100 km的环月轨道成功进入近月点高15 km、远月点高100 km的椭圆
14、轨道。关于“嫦娥三号”，下列说法正确的是A“嫦娥三号”的发射速度大于7.9 km/sB“嫦娥三号”在环月轨道上的运行周期大于在椭圆轨道上的运行周期C“嫦娥三号”变轨前沿圆轨道运行的加速度大于变轨后通过椭圆轨道远月点时的加速度D“嫦娥三号”变轨前需要先点火加速【答案】AB【解析】 7.9 km/s是人造卫星的最小发射速度，要想往月球发射人造卫星，发射速度必须大于7.9 km/s，A对；“嫦娥三号”距月面越近运行周期越小，B对；飞船变轨前沿圆轨道运动时只有万有引力产生加速度，变轨后通过椭圆轨道远月点时也是只有万有引力产生加速度，所以两种情况下的加速度相等，C错；“嫦娥三号”变轨前需要先点火减速，才
15、能做近心运动，D错。2发射地球同步卫星并不是直接把卫星送到同步轨道上，而是分为几个过程。如图所示，首先把卫星发射至近地圆轨道1，然后在A点经过短时间点火使其在轨道2上沿椭圆轨道运行，最后在远地点的B点再次点火将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于A点，轨道2、3相切于B点。卫星在轨道1和轨道3上的运动都可以看作是匀速圆周运动，不计卫星在运动过程中的质量变化，关于该卫星下列说法中正确的是A同步轨道3所在的平面不可能经过南北两极B在轨道3上具有的机械能大于它在轨道1上具有的机械能C在轨道2上运行的周期大于它在轨道3上运行的周期D在轨道1上经过A点时的加速度小于它在轨道2上经过A点的加速度【答案】AB于在轨道3上运动的半径，根据开普勒第三定律得卫星在轨道2上运动的周期小于它在轨道3上运动的周期，故C错误；万有引力产生加速度，所以，所以卫星在轨道1上经过A点时的加速度等于它在轨道2上经过A点时的加速度，故D错误；故选AB。1
