2023届高考物理二轮复习热点4:万有引力与航天 学案(含答案)
《2023届高考物理二轮复习热点4:万有引力与航天 学案(含答案)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2023届高考物理二轮复习热点4:万有引力与航天 学案(含答案)(15页珍藏版)》请在七七文库上搜索。
1、热点4 万有引力与航天考向一星球表面重力与引力的关系【真题研磨】【典例】(2022山东等级考)“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示,该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动,轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻,沿相同方向经过地球表面A点正上方,恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为地轴R,自转周期为T,地球表面重力加速度为g,则“羲和号”卫星轨道距地面高度为()A.(gR2T22n22)13-RB.(gR2T22n22)13C.(gR2T24n22)13-RD.(gR2T24n22)13【审题思维】题眼直击信息转化万有引力全部提供圆周运动向心力地球自转周期是卫星周期的n倍
2、黄金代换GM=gR2【答题要素】涉及地球自转问题的解题流程【多维演练】1.维度:万有引力定律的应用理论上已经证明:质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零。现假设地球是一半径为R、质量分布均匀的实心球体,O为球心,以O为原点建立坐标轴Ox,如图所示,一个质量一定的小物体(假设它能够在地球内部移动)在x轴上各位置受到的引力大小用F表示,则选项所示的四个F随x变化的关系图像中正确的是()2.维度:万有引力定律在火星上的应用“祝融号”火星车搭载着陆平台着陆火星,如图所示为着陆后火星车与着陆平台分离后的“自拍”合影。着陆火星的最后一段过程为竖直方向的减速运动,且已知火星质量约为地球质量的110,火星
3、直径约为地球直径的12。则()A.该减速过程火星车处于失重状态B.该减速过程火星车对平台的压力大于平台对火星车的支持力C.火星车在火星表面所受重力约为其在地球表面所受重力的25D.火星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比约为15考向二天体质量和密度【真题研磨】【典例】(2021全国乙卷)科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测,给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1 000 AU(太阳到地球的距离为1AU)的椭圆,银河系中心可能存在超大质量的黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引
4、力,设太阳的质量为M,可以推测出该黑洞质量约为()A.4104MB.4106MC.4108MD.41010M【审题思维】题眼直击信息转化S2绕黑洞椭圆轨道运动周期为16年中心天体是太阳S2绕黑洞椭圆轨道运动,中心天体是黑洞【模型转化】(1)对于日地:GMmr2=m(2T)2r变形r3T2=GM42(2)类比S2和黑洞:rS23TS22=GM黑洞42【答题要素】求天体密度方法(1)利用自身因素法利用天体表面的重力加速度g和天体半径R由GMmR2=mg得天体质量M=gR2G天体密度:=MV=M43R3=3g4GR(2)借助其他星球法通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T由GMmr2=m4
5、2rT2得天体的质量为M=42r3GT2若已知天体的半径R,则天体的密度=MV=M43R3=3r3GT2R3(3)宇宙飞船环绕法若宇宙飞船绕天体表面运行时,可认为轨道半径r等于天体半径R,则天体密度=3GT2,可见,只要测出宇宙飞船环绕天体表面运行的周期T,就可估算出中心天体的密度。【多维演练】1.维度:计算地球质量2021年4月,我国自主研发的“天和”核心舱成功发射并入轨运行。若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动,已知引力常量,由下列物理量能计算出地球质量的是()A.核心舱的质量和绕地半径B.核心舱的质量和绕地周期C.核心舱的绕地角速度和绕地周期D.核心舱的绕地线速度和绕地半径2.维度:利
6、用万有引力提供向心力求星球密度我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”,其自转周期T=5.19 ms,假设星体为质量均匀分布的球体,已知万有引力常量为6.6710-11Nm2/kg2,以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为()A.5109 kg/m3B.51012 kg/m3C.51015 kg/m3D.51018 kg/m33.维度:利用动力学方式在其他星球测量其他星球质量(多选)航天员抵达一半径为R的星球后,做了如下的实验:取一根细绳穿过光滑的细直管,细绳的一端拴一质量为m的砝码,另一端连接在一固定的拉力传感器上,手捏细直管抡动砝码,使它在竖直平面内做圆周
7、运动。若该星球表面没有空气,不计阻力,停止抡动细直管,砝码可继续在同一竖直平面内做完整的圆周运动,如图所示,此时拉力传感器显示砝码运动到最低点与最高点两位置时读数差的绝对值为F。已知万有引力常量为G,根据题中提供的条件和测量结果,可知()A.该星球表面的重力加速度为F2mB.该星球表面的重力加速度为F6mC.该星球的质量为FR26GmD.该星球的质量为FR23Gm考向三卫星的匀速圆周运动【真题研磨】【典例】(多选)(2022湖南选择考)如图,火星与地球近似在同一平面内,绕太阳沿同一方向做匀速圆周运动,火星的轨道半径大约是地球的1.5倍。地球上的观测者在大多数的时间内观测到火星相对于恒星背景由西
8、向东运动,称为顺行;有时观测到火星由东向西运动,称为逆行。当火星、地球、太阳三者在同一直线上,且太阳和火星位于地球两侧时,称为火星冲日。忽略地球自转,只考虑太阳对行星的引力,下列说法正确的是()A.火星的公转周期大约是地球的827倍B.在冲日处,地球上的观测者观测到火星的运动为顺行C.在冲日处,地球上的观测者观测到火星的运动为逆行D.在冲日处,火星相对于地球的速度最小【审题思维】题眼直击信息转化利用开普勒第三定律可求出周期之比以地球为参考系两者同向相对速度最小,反向相对速度最大【模型转化】行星冲日满足:(地-行)t=2n行星撞日满足:(地-行)t=(2n-1)【答题要素】卫星的匀速圆周运动考查
9、角度与解决方法考查角度解决方法天体运行参量分析由万有引力提供向心力求解宇宙速度的计算由万有引力定律结合“黄金代换”联立求解同步卫星的特点从周期入手分析其他运动参量【多维演练】1.维度:同步卫星2021年10月14日,我国成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”,实现我国太阳探测零的突破,这标志着我国正式步入“探日”时代。“羲和号”卫星运行于离地高度h=517 km的太阳同步轨道,该轨道是经过地球南北极上空且圆心在地心的圆周。“羲和号”卫星与离地高度H=35 786 km的地球静止轨道同步卫星相比,下列说法正确的是()A.“羲和号”卫星的轨道平面可能与同步卫星的轨道平面重合B.“羲和号”卫
10、星绕地球做匀速圆周运动的周期小于同步卫星的周期C.“羲和号”卫星绕地球做匀速圆周运动的加速度小于同步卫星的加速度D.“羲和号”卫星的线速度与同步卫星的线速度大小之比等于Hh2.维度:三种宇宙速度在其他星球的应用使物体脱离星球的引力束缚,不再绕星球运行,从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度,星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=2v1。已知某星球的半径为地球半径R的4倍,质量为地球质量M的2倍,地球表面重力加速度为g。不计其他星球的影响,则该星球的第二宇宙速度为()A.12gRB.12gRC.gRD.18gR考向四卫星的椭圆轨道运动与变轨运动【真题研磨】【典例】(2022
11、浙江1月选考)“天问一号”从地球发射后,在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点,再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道,则天问一号()A.发射速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间B.从P点转移到Q点的时间小于6个月C.在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小D.在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度【审题思维】题眼直击信息转化脱离地球吸引,须达到第二宇宙速度被火星捕获,靠近火星开普勒第三定律【答题要素】1.卫星的椭圆轨道运动及变轨运动模型2.航天器变轨问题的解题技巧(1)航天器变轨时半径(半长轴)的变化,根据万有引力和所需向心力的大小关系判断;稳定在新圆轨道上的运
12、行速度变化由v=GMr判断。两个不同轨道的“切点”处线速度不相等,同一椭圆轨道上近地点的线速度大于远地点的线速度。(2)航天器在不同轨道上运行时机械能不同,轨道半径(半长轴)越大,机械能越大。从远地点到近地点,万有引力对航天器做正功,动能Ek增大,引力势能减小。(3)两个不同轨道的“切点”处加速度a相同。【多维演练】1.维度:卫星降轨问题2021年5月16日至6月24日,运行在约555 km高度轨道上的“星链-1095”卫星降轨至平均高度为382 km的近圆轨道上,后持续运行于与中国空间站相近的高度。在此期间,中国空间站采取了紧急避碰措施。关于卫星的降轨,下列说法正确的是()A.降轨前,卫星在
13、原轨道上处于平衡状态B.降轨时,卫星在原轨道上需要先行减速C.降轨后,卫星在新轨道上运行周期变大D.降轨后,卫星在新轨道上的速度将大于第一宇宙速度2.维度:卫星在不同轨道的各物理量关系如图所示,虚线、分别表示地球卫星的三条轨道,其中轨道为与第一宇宙速度7.9 km/s对应的近地环绕圆轨道,轨道为椭圆轨道,轨道为与第二宇宙速度11.2 km/s对应的脱离轨道,a、b、c三点分别位于三条轨道上,b点为轨道的远地点,b、c点与地心的距离均为轨道半径的2倍,则()A.卫星在轨道的运行周期为轨道周期的2倍B.卫星经过a点的速率为经过b点速率的2倍C.卫星在a点的加速度大小为在c点加速度大小的2倍D.质量
14、相同的卫星在b点的机械能小于在c点的机械能3.维度:卫星在不同轨道上的参数比较(多选)在发射一颗质量为m的地球同步卫星时,先将其发射到贴近地球表面的圆轨道上(离地面高度忽略不计),再通过椭圆轨道变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道上。已知卫星在圆形轨道上运行的加速度为g,地球半径为R,卫星在变轨过程中质量不变,则()A.卫星在轨道上运行的加速度大小为(hR+h)2gB.卫星在轨道上运行的线速度大小为gR2R+hC.卫星在轨道上运行时经过P点的速率大于在轨道上运行时经过P点的速率D.卫星在轨道上做匀速圆周运动的动能大于在轨道上的动能1.(飞船交会对接)2021年10月我国发射的神舟十三号飞船实现了
15、和空间站径向交会对接的新突破,如图甲所示。假定对接前飞船在椭圆轨道上,如图乙所示,为空间站圆轨道,轨道半径为kR(R为地球半径),A为两轨道交点,B为飞船轨道近地点。地球表面重力加速度为g,下列说法中正确的是()A.空间站在圆轨道上的向心加速度大于gB.飞船和空间站在A处所受的万有引力相同C.飞船在A处的机械能大于B处的机械能D.飞船在B处的速度vBgRk2.(估算黑洞)(多选)中国科学家利用“慧眼”太空望远镜观测银河系的MAXI J1820+070,其中一个是由黑洞和恒星组成的双星系统,距离地球约10 000光年。根据观测,黑洞的质量大约是太阳的8倍,恒星的质量只有太阳的一半,若已知太阳质量
16、为M,引力常量为G,据此以上信息可以估算出()A.黑洞与恒星做匀速圆周运动的轨道半径之比B.黑洞与恒星做匀速圆周运动的线速度大小之比C.黑洞做匀速圆周运动的角速度大小D.恒星的自转周期3.(人造卫星机械能)人造地球卫星与地心间距离为r时,取无穷远处为势能零点,引力势能可以表示为Ep=-GMmr,其中G为引力常量,M为地球质量,m为卫星质量。卫星原来在半径为r1的轨道上绕地球做匀速圆周运动,由于稀薄空气等因素的影响,飞行一段时间后其圆周运动的半径减小为r2。此过程中损失的机械能为()A.GMm2(1r2-1r1)B.GMm2(1r1-1r2)C.GMm(1r2-1r1)D.GMm(1r1-1r2
17、)4.(动力学求空间站质量)“神舟十三号”飞船与我国空间站“天和”核心舱于2021年10月16日成功对接。对接后开启推进器,经过t时间后飞船和空间站组合体的速度增量为3.610-2 m/s;若推进器用同样的推力单独对飞船进行加速,经过相同的时间后飞船的速度增量为3.010-1 m/s,设飞船的质量约为3.0103 kg,则空间站的质量约为()A.2.5104 kgB.2.2104 kgC.4.4102 kgD.3.6102 kg5.(拉格朗日点)(多选)2018年5月21日,嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空,为嫦娥四号登陆月球背面做准备。为保证地月通信的稳定,“鹊桥”必须定位在
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2023届高考物理二轮复习热点4:万有引力与航天 学案含答案 2023 高考 物理 二轮 复习 热点 万有引力 航天 答案
链接地址:https://www.77wenku.com/p-235246.html