高考物理一轮复习 考点大通关 专题4-5 宇宙航行学案.doc
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1、1 / 23【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习精选高考物理一轮复习 考点大通关考点大通关 专题专题 4-4-5 5 宇宙航行学案宇宙航行学案考点精讲一、宇宙速度1第一宇宙速度(环绕速度)(1)数值 v17.9 km/s,是人造卫星的最小发射速度,也是人造卫星最大的环绕速度(2)第一宇宙速度的计算方法由 Gm 得 v 由 mgm 得 v2第二宇宙速度(脱离速度):v211.2 km/s,使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度3第三宇宙速度(逃逸速度):v316.7 km/s,使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度二、人造卫星1卫星的轨道(1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫
2、星就是其中的一种(2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,如极地气象卫星(3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道,且轨道平面一定通过地球的球心2地球同步卫星的特点2 / 23(1)轨道平面一定:轨道平面和赤道平面重合(2)周期一定:与地球自转周期相同,即 T24 h86 400 s.(3)角速度一定:与地球自转的角速度相同(4)高度一定:据 Gmr 得 r4.23104 km,卫星离地面高度 hrR6R(为恒量)(5)绕行方向一定:与地球自转的方向一致3卫星的各物理量随轨道半径变化的规律4卫星运动中的机械能(1)只在万有引力作用下卫星绕中心天体做匀速圆周运动和沿椭圆轨道运
3、动,机械能均守恒,这里的机械能包括卫星的动能和卫星(与中心天体)的引力势能(2)质量相同的卫星,圆轨道半径越大,动能越小,势能越大,机械能越大三、1解决天体圆周运动问题的两条思路(1)在中心天体表面或附近而又不涉及中心天体自转运动时,万有引力等于重力,即 Gmg,整理得 GMgR2,称为黄金代换(g表示天体表面的重力加速度)(2)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力,即Gmmr2mman.2用好“二级结论” ,速解参量比较问题“二级结论”有:(1)向心加速度 a,r 越大,a 越小;3 / 23(2)线速度 v,r 越大,v 越小,rR 时的 v 即第一宇宙速度(绕行天体在圆轨道上最大的线
4、速度,发射卫星时的最小发射速度);(3)角速度 ,r 越大, 越小;(4)周期 T,r 越大,T 越大即“高轨低速周期长,低轨高速周期短” 考点精练考点精练题组题组 1 1 人造卫星人造卫星1关于人造地球卫星,下列说法正确的是(已知地球半径为 6 400 km)( )A运行的轨道半径越大,线速度也越大B运行的速率可能等于 8.3 km/sC运行的轨道半径越大,周期也越大D运行的周期可能等于 80 min【答案】C 2如图所示,a、b、c、d 是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星其中 a、c 的轨道相交于 P,b、d 在同一个圆轨道上某时刻 b 卫星恰好处于 c 卫星的正上方,下列说法
5、中正确的是( ) Aa、c 的线速度大小相等,且小于 d 的线速度Bb、c 的角速度大小相等,且小于 a 的角速度4 / 23Ca、c 的加速度大小相等,且大于 b 的加速度Db、c 的周期相等【答案】C 【解析】根据 a、c 的轨道相交于 P,可知二者轨道半径相同,a、c的线速度大小相等,且大于 d 的线速度,选项 A 错误;b、c 的角速度大小不相等,选项 B 错误a、c 的加速度大小相等,且大于 b 的加速度,选项 C 正确;b 的周期大于 c 的周期,选项 D 错误。3关于人造地球卫星,下列说法正确的是(已知地球半径为 6 400 km)( )A运行的轨道半径越大,线速度也越大B运行的
6、速率可能等于 8.3 km/sC运行的轨道半径越大,周期也越大D运行的周期可能等于 80 min【答案】C 4由于通讯和广播等方面的需要,许多国家发射了地球同步轨道卫星,这些卫星的( )A质量可以不同 B轨道半径可以不同C轨道平面可以不同 D速率可以不同【答案】A 5 / 23【解析】同步卫星轨道只能在赤道平面内,高度一定,轨道半径一定,速率一定,但质量可以不同,A 项正确。5研究表明,地球自转在逐渐变慢,3 亿年前地球自转的周期约为22 小时假设这种趋势会持续下去,地球的其他条件都不变,未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比( )A距地面的高度变大 B向心加速度变大C线速度变大 D角速度变大
7、【答案】A 题组题组 2 2 三种宇宙速度三种宇宙速度1关于人造地球卫星的运行速度和发射速度,以下说法中正确的是( )A低轨道卫星的运行速度大,发射速度也大B低轨道卫星的运行速度大,但发射速度小C高轨道卫星的运行速度小,发射速度也小D高轨道卫星的运行速度小,但发射速度大【答案】BD 【解析】对于人造地球卫星,其做匀速圆周运动的线速度由 Gm得 v,可看出线速度随着半径的增大而减小将卫星发射到越远的轨道上,所需要的发射速度就越大,故 B、D 正确。6 / 232星球上的物体脱离星球引力所需要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 v2v1。已知某星球
8、的半径为 r,它表面的重力加速度为地球表面重力加速度 g的 1/6。不计其他星球的影响。则该星球的第二宇宙速度为( )A B C D【答案】A 【解析】该星球的第一宇宙速度:Gm1;在该星球表面处万有引力等于重力:Gm;由以上两式得 v1;则第二宇宙速度 v2,故 A 正确。3甲、乙为两颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道。以下判断正确的是( )A甲的周期大于乙的周期B乙的速度大于第一宇宙速度C甲的加速度小于乙的加速度D甲在运行时能经过北极的正上方【答案】AC4若取地球的第一宇宙速度为 8 km/s,某行星的质量是地球的 6倍,半径是地球的
9、1.5 倍,该行星的第一宇宙速度约为( )7 / 23A16 km/s B32 km/sC4 km/s D2 km/s【答案】A 【解析】由,得 v 8 km/s,所以其第一宇宙速度 v 16 km/s。故 A 选项正确。方法突破方法突破方法方法 1 1 解决多个天体绕同一中心天体做匀速圆周运动的方法解决多个天体绕同一中心天体做匀速圆周运动的方法诠释:多个天体或一个天体在不同轨道上围绕同一中心天体运动,可以从两个方面来考虑:(1)万有引力提供向心力(2)开普勒第三定律。题组 3 解决多个天体绕同一中心天体做匀速圆周运动的方法1如图所示,在同一轨道平面上的三个人造地球卫星 A、B、C 在某一时刻
10、恰好在同一直线上,下列说法正确的有( )A根据 v,可知 vAFBFCC向心加速度 aAaBaCD运动一周后,C 先回到原地点【答案】C【解析】由mma 可得:v ,故 vAvBvC,故 A 错误;由a,可得 aAaBaC,C 正确;万有引力 F,但不知各卫星的质量大小关系,无法比较 FA、FB、FC 的大小,B 错误;由 T可知,C的周期最大,最晚回到原地点,故 D 错误。8 / 232为了对火星及其周围的空间环境进行探测,我国于 2011 年 10 月发射第一颗火星探测器“萤火一号” 。假设探测器在离火星表面高度分别为 h1 和 h2 的圆轨道上运动时,周期分别为 T1 和 T2。火星可视
11、为质量分布均匀的球体,且忽略火星的自转影响,万有引力常量为 G。仅利用以上数据,可以计算出( )A火星的密度和火星表面的重力加速度B火星的质量和火星对“萤火一号”的引力C火星的半径和“萤火一号”的质量D火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力【答案】A 3通常我们把太阳系中行星自转一周的时间称为“1 天” ,绕太阳公转一周的时间称为“1 年” 与地球相比较,金星“1 天”的时间约是地球“1 天”时间的 243 倍由此可知( )A金星的半径约是地球半径的 243 倍B金星的质量约是地球质量的 243 倍C地球的自转角速度约是金星自转角速度的 243 倍D地球表面的重力加速度约是金星表面重力
12、加速度的 243 倍【答案】C 9 / 23【解析】 金星自转一周的时间为地球上的“243 天” ,由 可知,地球的自转角速度约是金星自转角速度的 243 倍,选项 C 正确;星球的半径、质量、表面重力加速度等无法计算,选项 A、B、D 错误。4若有一颗“宜居”行星,其质量为地球的 p 倍,半径为地球的 q倍,则该行星卫星的环绕速度是地球卫星环绕速度的( )A倍 B倍 C倍 D倍【答案】C 【解析】由 Gm 可知,卫星的环绕速度 v,由于“宜居”行星的质量为地球的 p 倍,半径为地球的 q 倍,则有,故 C 项正确。5如图所示,飞行器 P 绕某星球做匀速圆周运动,星球相对飞行器的张角为 ,下列
13、说法正确的是( )A轨道半径越大,周期越长B轨道半径越大,速度越大C若测得周期和张角,可得到星球的平均密度D若测得周期和轨道半径,可得到星球的平均密度【答案】AC 10 / 235. 如图所示,若两颗人造卫星 a 和 b 均绕地球做匀速圆周运动,a、b 到地心 O 的距离分别为 r1、r2,线速度大小分别为 v1、v2,则( )A. B. Error!C.2 D.2【答案】A 【解析】对人造卫星,根据万有引力提供向心力m,可得 v .所以对于 a、b 两颗人造卫星有 ,故选项 A 正确6a、b、c、d 是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星其中 a、c 的轨道相交于 P,b、d 在同一
14、个圆轨道上,b、c 的轨道在同一平面上某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示下列说法中正确的是( )Aa、c 的加速度大小相等,且大于 b 的加速度Bb、c 的角速度大小相等,且小于 a 的角速度Ca、c 的线速度大小相等,且小于 d 的线速度Da、c 存在在 P 点相撞的危险【答案】A 11 / 23【解析】由图可知 a、c 的轨道半径大小相等,且小于 b、d 的轨道半径,由 Gmmr2mrma,可知 B、C 错误、A 正确;a、c 轨道相交,则轨道半径相等,则速率相等,由图示位置可知 a、c 不会相撞,则以后也不会相撞,D 错误方法方法 2 2 解决不同天体绕各自中心天体做匀速圆周运动的方
15、法解决不同天体绕各自中心天体做匀速圆周运动的方法诠释:(1)万有引力提供向心力(2)天体的“黄金代换式”题组题组 4 4 解决不同天体绕各自中心天体做匀速圆周运动的方法解决不同天体绕各自中心天体做匀速圆周运动的方法1有一星球的密度跟地球密度相同,但它表面处的重力加速度是地面上重力加速度的 4 倍,则该星球质量是地球质量的( )A4 倍 B8 倍C16 倍 D64 倍【答案】D 【解析】由 gGR,可知 gR,即该星球半径是地球半径的 4 倍,由 MR3 可知该星球的质量是地球质量的 64 倍。2甲、乙两星球的平均密度相等,半径之比是 R 甲R 乙41,则同一物体在这两个星球表面受到的重力之比是
16、( )A1:1 B4:1C1:16 D1:64【答案】B 【解析】由黄金代换式 g可得 g 甲g 乙M 甲RM 乙R,而MR3.可以推得 mg 甲mg 乙g 甲g 乙R 甲R 乙41.故 B 选项正确。12 / 233如图所示,甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为 M和 2M 的行星做匀速圆周运动。下列说法正确的是( )A甲的向心加速度比乙的小B甲的运行周期比乙的小C甲的角速度比乙的大D甲的线速度比乙的大【答案】A 4火星探测项目是我国继神舟载人航天工程、嫦娥探月工程之后又一个重大太空探索项目。假设火星探测器在火星表面附近圆形轨道运行的周期为 T1,神舟飞船在地球表面附近的圆形轨道运行周
17、期为T2,火星质量与地球质量之比为 p,火星半径与地球半径之比为 q,则 T1 与 T2 之比为( )A. B. C. D. Error!【答案】D 【解析】对火星探测器 Gm1R1 解得 T12 1。对神舟飞船Gm2R2 解得 T22 2,则 ,选项 D 正确。5 “探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行的过程中,发现 A、B 两颗均匀球形天体,两天体各有一颗靠近其表面飞行的卫星,测得两颗卫星的周期相等,以下判断正确的是( )13 / 23A两颗卫星的线速度一定相等 B天体 A、B 的质量一定不相等C天体 A、B 的密度一定相等 D天体 A、B 表面的重力加速度一定不相等【答案】C 【解析】由 G
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- 高考 物理 一轮 复习 考点 通关 专题 宇宙 航行
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