（全國版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 天體運(yùn)動 第20課時(shí) 天體運(yùn)動與人造衛(wèi)星學(xué)案

《（全國版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 天體運(yùn)動 第20課時(shí) 天體運(yùn)動與人造衛(wèi)星學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（全國版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 天體運(yùn)動 第20課時(shí) 天體運(yùn)動與人造衛(wèi)星學(xué)案（12頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第20課時(shí)　天體運(yùn)動與人造衛(wèi)星 考點(diǎn)1　衛(wèi)星運(yùn)行參量的分析與比較 1．理想模型：認(rèn)為衛(wèi)星繞中心天體都做勻速圓周運(yùn)動。 2．中心天體對衛(wèi)星的萬有引力提供向心力，即是勻速圓周運(yùn)動的一種應(yīng)用。 3．衛(wèi)星的運(yùn)行參數(shù)隨軌道半徑變化的規(guī)律 由G＝ma＝m＝mω2r＝mr＝m·4π2n2r可得： ?當(dāng)r增大時(shí)越高越慢 4．地球同步衛(wèi)星的六個(gè)“一定” 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 [例1]　(2015·北京高考)假設(shè)地球和火星都繞太陽做勻速圓周運(yùn)動，已知地球到太陽的距離小于火星到太陽的距離，那么(　　) A．地球的公轉(zhuǎn)周期大于火星的公轉(zhuǎn)周期 B．地球公轉(zhuǎn)的線

2、速度小于火星公轉(zhuǎn)的線速度 C．地球公轉(zhuǎn)的加速度小于火星公轉(zhuǎn)的加速度 D．地球公轉(zhuǎn)的角速度大于火星公轉(zhuǎn)的角速度 解析　由T＝2π，得T地v火，B錯誤；由a＝得a地>a火，C錯誤；由ω＝得ω地>ω火，D正確。 答案　D (1)一個(gè)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)兩條思路 思路一：萬有引力提供向心力 G＝m＝mω2r＝mr＝ma 思路二：在中心天體表面，萬有引力等于重力 mg＝(g為天體表面處的重力加速度) (3)a、v、ω、T均與衛(wèi)星(或行星)的質(zhì)量無關(guān)，只由軌道半徑和中心天體質(zhì)量共同決定，所有參量的比較

3、，最終歸結(jié)到半徑的比較。 有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動，b在地面附近近地軌道上正常運(yùn)動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則下列說法中正確的是(　　) A．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度g B．c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是 C．在相同時(shí)間內(nèi)b轉(zhuǎn)過的弧長最長 D．d的運(yùn)行周期可能是23 h 答案　C 解析　地球赤道上靜止的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度小于重力加速度，A錯誤；同步衛(wèi)星c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角φ＝，B錯誤；相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長s＝vt由線速度v決定，衛(wèi)星b的線速度最大，因此相同時(shí)間內(nèi)b轉(zhuǎn)過的弧長最長

4、，C正確；d的軌道比同步衛(wèi)星c的軌道高，其運(yùn)行周期比c的大，故其運(yùn)行周期一定大于24 h，D錯誤。 考點(diǎn)2　　宇宙速度的理解與計(jì)算 1．環(huán)繞速度與發(fā)射速度的比較 近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度v＝ ＝＝7.9_km/s，通常稱為第一宇宙速度，它是地球周圍所有衛(wèi)星的繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最大運(yùn)行速度，是在地面上發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。 2．三種宇宙速度 [例2]　(2015·廣東高考)(多選)在星球表面發(fā)射探測器，當(dāng)發(fā)射速度為v時(shí)，探測器可繞星球表面做勻速圓周運(yùn)動；當(dāng)發(fā)射速度達(dá)到 v時(shí)，可擺脫星球引力束縛脫離該星球。已知地球、火星兩星球的質(zhì)量比約為10∶1，半徑比約為2∶1，

5、下列說法正確的有(　　) A．探測器的質(zhì)量越大，脫離星球所需要的發(fā)射速度越大 B．探測器在地球表面受到的引力比在火星表面的大 C．探測器分別脫離兩星球所需要的發(fā)射速度相等 D．探測器脫離星球的過程中，勢能逐漸增大 解析　發(fā)射速度為v時(shí)，探測器可繞星球表面做勻速圓周運(yùn)動，由＝，解得v＝ ，M為星球的質(zhì)量，要使探測器脫 離星球的吸引，則發(fā)射速度為v脫＝v＝，該速度與探測器的質(zhì)量無關(guān)，由此式可知，探測器分別在地球和火星表面發(fā)射時(shí)的脫離速度不同，A、C錯誤；探測器受到的引力F＝，在兩星球表面的引力之比＝·＝，B正確；探測器脫離星球的過程中，萬有引力做負(fù)功，勢能逐漸增大，D正確。 答案　B

6、D (1)第一宇宙速度的推導(dǎo)有兩種方法：①由G＝m得v1＝ ；②由mg＝m得v1＝。 (2)第一宇宙速度的公式不僅適用于地球，也適用于其他星球，只是M、R、g必須與相應(yīng)星球?qū)?yīng)，不能套用地球的參數(shù)。 我國“玉兔號”月球車被順利送抵月球表面，并發(fā)回大量圖片和信息。若該月球車在地球表面的重力為G1，在月球表面的重力為G2。已知地球半徑為R1，月球半徑為R2，地球表面處的重力加速度為g1，月球表面處的重力加速度為g2，則(　　) A．“玉兔號”月球車在地球表面與月球表面質(zhì)量之比為 B．地球的質(zhì)量與月球的質(zhì)量之比為 C．地球表面處的重力加速度與月球表面處的重力加速度之比為 D．地

7、球的第一宇宙速度與月球的第一宇宙速度之比為 答案　D 解析　“玉兔號”無論在月球表面還是地球表面質(zhì)量都不會變化，A錯誤；地球表面月球車重力G1＝mg1，月球表面月球車重力G2＝mg2，可得地球表面處的重力加速度與月球表面處的重力加速度之比＝，C錯誤；在天體表面萬有引力等于重力，即G1＝，G2＝，可得＝，B錯誤；分析可得地球的第一宇宙速度與月球的第一宇宙速度之比＝ ＝ ，D正確。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2017·南平質(zhì)檢)某星球直徑為d，宇航員在該星球表面以初速度v0豎直上拋一個(gè)物體，物體上升的最大高度為h，若物體只受該星球引力作用，則該星球的

8、第一宇宙速度為(　　) A. B．2v0 C. D. 答案　D 解析　物體做豎直上拋運(yùn)動，根據(jù)公式v＝2gh知星球表面的重力加速度為：g＝。根據(jù)萬有引力提供向心力可得：G＝m，解得v＝；又G＝mg，解得：v＝ ，故選D。 2．(2017·山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)一診)地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a1，地球的同步衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑為r，向心加速度為a2。已知引力常量為G，地球半徑為R。下列說法正確的是(　　) A．地球質(zhì)量M＝ B．地球質(zhì)量M＝ C．a(chǎn)1、a2的關(guān)系是a1>a2 D．加速度之比＝ 答案　B 解析　根據(jù)G＝ma2得，地球的質(zhì)量M

9、＝，在赤道上有G＝mg＋ma1，故A錯誤，B正確；地球赤道上的物體與同步衛(wèi)星的角速度相等，根據(jù)a＝ω2r知，＝，a1

10、B錯誤，C、D正確。 4．(2017·黃岡中學(xué)模擬)已知某星球的第一宇宙速度與地球相同，其表面的重力加速度為地球表面重力加速度的一半，則該星球的平均密度與地球平均密度的比值為(　　) A．1∶2 B．1∶4 C．2∶1 D．4∶1 答案　B 解析　根據(jù)mg＝m得，第一宇宙速度v＝。因?yàn)樵撔乔蚝偷厍虻牡谝挥钪嫠俣认嗤砻娴闹亓铀俣葹榈厍虮砻嬷亓铀俣鹊囊话?，則星球的半徑是地球半徑的2倍。根據(jù)G＝mg得，M＝，知星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的2倍。根據(jù)ρ＝＝知，星球的平均密度與地球平均密度的比值為1∶4，故B正確，A、C、D錯誤。 5．(2018·湖北八校聯(lián)考)(多選)“嫦娥四號”(專

11、家稱為“四號星”)計(jì)劃在2018年發(fā)射升空，它是嫦娥探月工程計(jì)劃中嫦娥系列的第四顆人造探月衛(wèi)星，主要任務(wù)是更深層次、更加全面地科學(xué)探測月球地貌、資源等方面的信息，完善月球檔案資料。已知引力常量為G，月球的半徑為R，月球表面的重力加速度為g，“嫦娥四號”離月球中心的距離為r，繞月周期為T。根據(jù)以上信息判斷下列說法正確的是(　　) A．月球的第一宇宙速度為 B．“嫦娥四號”繞月運(yùn)行的速度為 C．月球的平均密度為ρ＝ D．“嫦娥四號”必須減速運(yùn)動才能返回地球 答案　AC 解析　第一宇宙速度是衛(wèi)星在星球表面的運(yùn)行速度，根據(jù)萬有引力提供向心力得G＝m，在月球表面，萬有引力等于重力，得G＝m

12、g，聯(lián)立解得v＝，A正確；“嫦娥四號”繞月運(yùn)行的速度v＝ ＝ ，B錯誤；根據(jù)萬有引力提供向心力得G＝m2r，且M＝ρ·πR3，可得ρ＝，C正確；“嫦娥四號”必須加速做離心運(yùn)動才能返回地球，D錯誤。 6．(2017·云南一模)(多選)一球形行星對其周圍物體的萬有引力使物體產(chǎn)生的加速度用a表示，物體到球形行星表面的距離用h表示，a隨h變化的圖象如圖所示，圖中a1、h1、a2、h2及引力常量G均為已知。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算出(　　) A．該行星的半徑 B．該行星的質(zhì)量 C．該行星的自轉(zhuǎn)周期 D．該行星的同步衛(wèi)星離行星表面的高度 答案　AB 解析　球形行星對其周圍質(zhì)量為m的物體的萬有

13、引力提供加速度，有＝ma，所以a1＝，a2＝，聯(lián)立即可求出該行星的質(zhì)量和半徑，故A、B正確；題目以及相關(guān)的公式的物理量都與該行星的自轉(zhuǎn)周期無關(guān)，所以不能求出該行星的自轉(zhuǎn)周期，故C錯誤；由于不能求出該行星的自轉(zhuǎn)周期，所以也不能求出該行星的同步衛(wèi)星離行星表面的高度，故D錯誤。 7．(2017·四川資陽一診)(多選)用m表示地球的通信衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)的質(zhì)量，h表示離地面的高度，用R表示地球的半徑，g表示地球表面的重力加速度，ω表示地球自轉(zhuǎn)的角速度，則通信衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f有引力的大小為(　　) A．G B. C．mω2(R＋h) D．m 答案　BCD 解析　地球同步衛(wèi)星的角速度

14、與地球自轉(zhuǎn)的角速度ω相同，軌道半徑為r＝R＋h，則根據(jù)向心力公式得地球?qū)πl(wèi)星的引力大小為F＝mω2(R＋h)。 該衛(wèi)星所受地球的萬有引力為F＝， 在地球表面有mg＝，得到GM＝gR2， 聯(lián)立得F＝。 由F＝mω2(R＋h)＝，解得R＋h＝， 所以可得F＝mω2(R＋h)＝mω2＝m，由于地球的質(zhì)量M未知，故B、C、D正確，A錯誤。 8．(2017·襄陽模擬)暗物質(zhì)是二十一世紀(jì)物理學(xué)之謎，對該問題的研究可能帶來一場物理學(xué)的革命。為了探測暗物質(zhì)，我國已成功發(fā)射了一顆被命名為“悟空”的暗物質(zhì)探測衛(wèi)星。已知“悟空”在低于同步衛(wèi)星的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動，經(jīng)過時(shí)間t(t小于其運(yùn)動周期)，

15、運(yùn)動的弧長為s，與地球中心連線掃過的角度為β(弧度)，引力常量為G，則下列說法中正確的是(　　) A．“悟空”的線速度大于第一宇宙速度 B．“悟空”的環(huán)繞周期為 C．“悟空”的向心加速度小于地球同步衛(wèi)星的向心加速度 D．“悟空”的質(zhì)量為 答案　B 解析　衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，萬有引力提供向心力，則有：G＝m，得v＝，可知衛(wèi)星的軌道半徑越大，速率越小，第一宇宙速度是近地衛(wèi)星環(huán)繞的最大速度，故“悟空”在軌道上運(yùn)行的速度小于地球的第一宇宙速度，故A錯誤；“悟空”的環(huán)繞周期為T＝＝，故B正確；由G＝ma得加速度a＝，則知“悟空”的向心加速度大于地球同步衛(wèi)星的向心加速度，故C錯誤；“悟空

16、”繞地球做勻速圓周運(yùn)動，萬有引力提供向心力，即：G＝mω2r，ω＝，s＝βr，聯(lián)立解得：地球的質(zhì)量為M＝，不能求出“悟空”的質(zhì)量，故D錯誤。 9．(2014·天津高考)研究表明，地球自轉(zhuǎn)在逐漸變慢，3億年前地球自轉(zhuǎn)的周期約為22小時(shí)。假設(shè)這種趨勢會持續(xù)下去，地球的其他條件都不變，未來人類發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與現(xiàn)在的相比 (　　) A．距地面的高度變大 B．向心加速度變大 C．線速度變大 D．角速度變大 答案　A 解析　衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動，萬有引力提供向心力，即G＝m2r，得r＝，由于同步衛(wèi)星的周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期，當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)變慢，自轉(zhuǎn)周期變大，則同步衛(wèi)星做圓周運(yùn)

17、動的半徑會變大，離地面的高度變大，A項(xiàng)正確；由G＝ma得，a＝，半徑變大，向心加速度變小，B項(xiàng)錯誤；由G＝m得，v＝，半徑變大，線速度變小，C項(xiàng)錯誤；由ω＝分析得，同步衛(wèi)星的周期變大，角速度變小，D項(xiàng)錯誤。 10．(2014·福建高考)若有一顆“宜居”行星，其質(zhì)量為地球的p倍，半徑為地球的q倍，則該行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度是地球衛(wèi)星環(huán)繞速度的(　　) A.倍 B. 倍 C. 倍 D.倍 答案　C 解析　地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)動時(shí)，由牛頓第二定律得G＝m。同理，行星衛(wèi)星繞該行星運(yùn)動時(shí)，由牛頓第二定律得G＝m。又M星＝pM地， R星＝qR地。由以上各式解得v星＝ v地，C正確。 11．(20

18、16·四川高考)國務(wù)院批復(fù)，自2016年起將4月24日設(shè)立為“中國航天日”。1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號，目前仍然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440 km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2060 km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35786 km的地球同步軌道上。設(shè)東方紅一號在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為a1，東方紅二號的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為(　　) A．a(chǎn)2>a1>a3 B．a(chǎn)3>a2>a1 C．a(chǎn)3>a1>a2 D．a(chǎn)1>a2>a3 答案　D 解析　衛(wèi)星圍繞地球

19、運(yùn)行時(shí)，萬有引力提供向心力，對于東方紅一號，在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)有G＝m1a1，即a1＝，對于東方紅二號，有G＝m2a2，即a2＝，由于h2>h1，故a1>a2，東方紅二號衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相等，由于東方紅二號做圓周運(yùn)動的軌道半徑大于地球赤道上物體做圓周運(yùn)動的半徑，根據(jù)a＝ω2r，故a2>a3，所以a1>a2>a3，D正確，A、B、C錯誤。 12．(2017·湖北七市州一模)(多選)“嫦娥三號”攜帶“玉兔號”月球車首次實(shí)現(xiàn)月球軟著陸和月面巡視勘察，并開展月表形貌與地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查等科學(xué)探測?！坝裢锰枴痹诘厍虮砻娴闹亓镚1，在月球表面的重力為G2；地球與月球均為球體，其半徑分別為R1、R2；地球表面重

20、力加速度為g1，則(　　) A．月球表面的重力加速度為 B．月球與地球的質(zhì)量之比為 C．月球衛(wèi)星與地球衛(wèi)星分別繞月球表面與地球表面運(yùn)行的速率之比為 D．“嫦娥三號”環(huán)繞月球表面做勻速圓周運(yùn)動的周期為2π 答案　BD 解析　“玉兔號”的質(zhì)量m＝，月球表面的重力加速度g2＝＝，故A錯誤；根據(jù)mg＝G，得M＝，故＝＝，故B正確；根據(jù)v＝＝，得＝ ＝ ，故C錯誤；根據(jù)周期公式T＝ 和GM＝gR2，所以“嫦娥三號”繞月球表面做勻速圓周運(yùn)動的周期T＝ ＝2π ，故D正確。 13．(2017·重慶一中摸底)(多選)宇宙飛船以周期T繞地球做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，由于地球遮擋陽光，會經(jīng)歷類似“日

21、全食”的過程，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，地球自轉(zhuǎn)周期為T0，太陽光可看成平行光，宇航員在A點(diǎn)測出的張角為α，則(　　) A．飛船繞地球運(yùn)動的線速度為 B．一天內(nèi)飛船經(jīng)歷“日全食”的次數(shù)為 C．飛船每次在“日全食”過程所需的時(shí)間為 D．飛船的周期為T＝ 答案　ACD 解析　飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動，由于線速度為v＝，又由幾何關(guān)系知sin＝，得r＝，故v＝，故A正確；地球自轉(zhuǎn)一圈時(shí)間為T0，飛船繞地球一圈時(shí)間為T，飛船繞一圈會有一次日全食，所以每過時(shí)間T就有一次日全食，得一天內(nèi)飛船經(jīng)歷“日全食”的次數(shù)為n＝，故B錯誤；由幾何關(guān)系知每次在“日全食”過程的時(shí)間內(nèi)飛船轉(zhuǎn)過α角，所需的時(shí)間為 t＝，故C正確；萬有引力提供向心力，則＝m2r，得T＝2πr＝，故D正確。 12