2017年高考物理母題題源系列專題05天體運(yùn)動(dòng)與人造航天器

1、2017年高考物理母題題源系列專題05：天體運(yùn)動(dòng)與人造航天器HYPERLINK /VCM仿真實(shí)驗(yàn)官網(wǎng)、VCM仿真實(shí)驗(yàn)破解版【母題來(lái)源一】 2017年北京卷【母題原題】利用引力常量G和下列某一組數(shù)據(jù)，不能計(jì)算出地球質(zhì)量的是： （ ）A地球的半徑及重力加速度（不考慮地球自轉(zhuǎn)）B人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度及周期C月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期及月球與地球間的距離D地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的周期及地球與太陽(yáng)間的距離【答案】D【名師點(diǎn)睛】利用萬(wàn)有引力定律求天體質(zhì)量時(shí)，只能求“中心天體”的質(zhì)量，無(wú)法求“環(huán)繞天體”的質(zhì)量。【母題來(lái)源二】 2017年全國(guó)卷二【母題原題】（多選）如圖，海王星繞太陽(yáng)沿橢圓軌

2、道運(yùn)動(dòng)，P為近日點(diǎn)，Q為遠(yuǎn)日點(diǎn)，M、N為軌道短軸的兩個(gè)端點(diǎn)，運(yùn)行的周期為。若只考慮海王星和太陽(yáng)之間的相互作用，則海王星在從P經(jīng)過(guò)M、Q到N的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中： （ ）A從P到M所用的時(shí)間等于B從Q到N階段，機(jī)械能逐漸變大C從P到Q階段，速率逐漸變小D從M到N階段，萬(wàn)有引力對(duì)它先做負(fù)功后做正功【答案】CD【名師點(diǎn)睛】此題主要考查學(xué)生對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解；關(guān)鍵是知道離太陽(yáng)越近的位置行星運(yùn)動(dòng)的速率越大；遠(yuǎn)離太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，引力做負(fù)功，動(dòng)能減小，引力勢(shì)能增加，機(jī)械能不變?！久}意圖】 本類題通常主要考查對(duì)描述圓周運(yùn)動(dòng)的基本參量線速度、角速度、周期（頻率）等概念的理解，以及對(duì)牛頓第二定律、向心力公式、萬(wàn)有引

3、力定律等規(guī)律的理解與應(yīng)用?！究荚嚪较颉?這類試題在考查題型上，通常以選擇題的形式出現(xiàn)，極個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)在計(jì)算題中，難度一般中等；在考查內(nèi)容上一般考查對(duì)描述圓周運(yùn)動(dòng)參量間的關(guān)系、牛頓第二定律、向心力公式、萬(wàn)有引力定律等基本概念和基本規(guī)律的理解與應(yīng)用，有時(shí)還會(huì)涉及能量知識(shí)，同時(shí)還會(huì)考查運(yùn)用控制變量法進(jìn)行定性判斷或定量計(jì)算的能力。【得分要點(diǎn)】在行星（衛(wèi)星）運(yùn)動(dòng)中，所做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由中心天體對(duì)它們的萬(wàn)有引力提供，即：Fn，設(shè)中心天體的質(zhì)量為M，行星或衛(wèi)星（即環(huán)繞天體）的質(zhì)量為m，根據(jù)萬(wàn)有引力定律、牛頓第二定律和向心力公式有：Fnmr2man，解得：v v、T、an均與環(huán)繞天體本身質(zhì)量m無(wú)關(guān)，

4、與中心天體質(zhì)量M有關(guān)； 隨著軌道半徑r的增大，v、an均變小，T變大；T 在行星（衛(wèi)星）環(huán)繞運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)涉及v、T、an中某個(gè)參量變化，討論an 量的變化情況時(shí)，應(yīng)需注意軌道半徑r的變化，并采用控制變量法予以討論；Fn 或Fn與環(huán)繞天體本身質(zhì)量m、中心天體質(zhì)量M都有關(guān)?！灸割}1】假設(shè)宇宙中有兩顆相距無(wú)限遠(yuǎn)的行星A和B，半徑分別為RA和RB。兩顆行星周圍衛(wèi)星的軌道半徑的三次方(r3)與運(yùn)行周期的平方(T2)的關(guān)系如圖所示；T0為星環(huán)繞行星表面運(yùn)行的周期。則： （ ）A. 行星A的質(zhì)量小于行星B的質(zhì)量 B. 行星A的密度小于行星B的密度C. 行星A的第一宇宙速度等于行星B的第一宇宙速度 D. 當(dāng)兩行

5、星的衛(wèi)星軌道半徑相同時(shí)，行星A的衛(wèi)星向心加速度大于行星B的衛(wèi)星向心加速【答案】D【名師點(diǎn)睛】要比較一個(gè)物理量大小，我們應(yīng)該把這個(gè)物理量先表示出來(lái)，在進(jìn)行比較向心力的公式選取要根據(jù)題目提供的已知物理量或所求解的物理量選取應(yīng)用.【母題2】理論上已經(jīng)證明：質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的萬(wàn)有引力為零?，F(xiàn)假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的實(shí)心球體，O為球心，以O(shè)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)軸Ox，如圖甲所示。在x軸上各位置的重力加速度用g表示，則下圖中能描述g隨x的變化關(guān)系圖正確的是： （ ）A. B. C. D. 【答案】A【名師點(diǎn)睛】抓住在地球表面重力和萬(wàn)有引力相等，在礦井底部，地球的重力和萬(wàn)有引力相等，要注意

6、在地球內(nèi)部所謂的地球的質(zhì)量不是整個(gè)地球的質(zhì)量而是半徑為r的球體的質(zhì)量【母題3】（多選）2015年12月10日，我國(guó)成功將中星1C衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道如圖所示是某衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)的示意圖，已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)P距地心O的距離為3R.則： （ ）A. 衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度大于3gR3B. 衛(wèi)星經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)速度最小C. 衛(wèi)星經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)的加速度大小為D. 衛(wèi)星經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)加速，衛(wèi)星將不能再次經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)地點(diǎn)【答案】BC【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握萬(wàn)有引力提供向心力這一重要理論，并能靈活運(yùn)用，以及知道變軌的原理，當(dāng)萬(wàn)有引力小于向心力，做離心運(yùn)動(dòng)，當(dāng)

7、萬(wàn)有引力大于向心力，做近心運(yùn)動(dòng)【母題4】衛(wèi)星發(fā)射進(jìn)入預(yù)定軌道往往需要進(jìn)行多次軌道調(diào)整.如圖所示，某次發(fā)射任務(wù)中先將衛(wèi)星送至近地軌道，然后再控制衛(wèi)星進(jìn)入橢圓軌道圖中O點(diǎn)為地心，A點(diǎn)是近地軌道和橢圓軌道的交點(diǎn)，遠(yuǎn)地點(diǎn)B離地面高度為6R(R為地球半徑)設(shè)衛(wèi)星在近地軌道運(yùn)動(dòng)的周期為T，下列對(duì)衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)的分析，其中正確的是： （ ）A. 控制衛(wèi)星從圖中低軌道進(jìn)入橢圓軌道需要使衛(wèi)星減速B. 衛(wèi)星通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度是通過(guò)B點(diǎn)時(shí)速度的6倍C. 衛(wèi)星通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的加速度是通過(guò)B點(diǎn)時(shí)加速度的6倍D. 衛(wèi)星從A點(diǎn)經(jīng)4T的時(shí)間剛好能到達(dá)B點(diǎn)【答案】D【解析】控制衛(wèi)星從圖中低軌道進(jìn)入橢圓軌道需要使衛(wèi)星加速，選項(xiàng)A

8、錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第二定律可得：vAR=vB(6R+R) ，則衛(wèi)星通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度是通過(guò)B點(diǎn)時(shí)速度的7倍，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)a=GMr2，則aAaB=rB2rA2=(7R)2R2=49 ,則 衛(wèi)星通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的加速度是通過(guò)B點(diǎn)時(shí)加速度的49倍,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第三定律，R3T2=(2R+6R2)3T2 ，解得T=8T ,則 衛(wèi)星從A點(diǎn)經(jīng)4T的時(shí)間剛好能到達(dá)B點(diǎn)，選項(xiàng)D正確；故選D.【名師點(diǎn)睛】此題主要是對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的考查；關(guān)鍵要掌握第二和第三定律；注意繞同一個(gè)中心天體做圓周或橢圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的是定值.【母題5】2016年11月22日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭

9、成功將天鏈一號(hào)04星送入太空，天鏈一號(hào)04星是我國(guó)的第四顆地球同步衛(wèi)星數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。設(shè)地球的質(zhì)量為M，自轉(zhuǎn)角速度為，引力常量為G，則： （ ）A. 天鏈一號(hào)04星的軌道只能是橢圓，不可能是圓B. 月球繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度比天鏈一號(hào)04星繞地球運(yùn)行的角速度大C. 天鏈一號(hào)04星的角速度為，線速度為3GMD. 相同質(zhì)量的同步衛(wèi)星比近地衛(wèi)星機(jī)械能小【答案】C【名師點(diǎn)睛】本題要掌握同步衛(wèi)星的知識(shí)，同步衛(wèi)星的周期的等于地球的自轉(zhuǎn)周期，角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度?！灸割}6】如圖所示，a為放在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，b為處于地球表面附近的衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星若a、b、c、d的質(zhì)量相

10、同，地球表面附近的重力加速度為g下列說(shuō)法正確的是： （ ）A. b衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大于7.9km/sB. a、b、c、d的周期大小關(guān)系為TaTbTcFBC. T可能小于TAD. T一定大于【答案】ACD【解析】設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m、軌道半徑為r、地球的質(zhì)量為M，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，得：GMmr2=mv2r 可得：v=GMr可知，衛(wèi)星的軌道半徑越大，線速度越小，故A正確；萬(wàn)有引力：F=GMmr2 ，由于兩顆人造地球衛(wèi)星的質(zhì)量關(guān)系未知，所以不能判斷萬(wàn)有引力的大小故B錯(cuò)誤；由幾何關(guān)系可知，該時(shí)刻兩衛(wèi)星最近，當(dāng)兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)角度相差2n時(shí)，即A比B多轉(zhuǎn)n圈，相距最近，即TTA-TTB=n ，（n=1,2,3,.）即T=nTATBTB-TA 所以T可能小于TA；當(dāng)n=1時(shí)，因A轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)大于1圈，故時(shí)間一定大于12TA ,故C D正確故選ACD.【名師點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵抓住萬(wàn)有引力提供向心力，列式求解出線速度、角速度、周期和向心力的表達(dá)式對(duì)于周期，也可以直接根據(jù)開普勒第三定律比較.【母題10】已知地球的半徑為 R，地球的自轉(zhuǎn)周期為 T，地球表面的重力加速度為 g，要在地球赤道 上發(fā)射一顆近地的人造地球衛(wèi)星，使其軌道在赤道的正上方，若不計(jì)空氣的阻力，那么： （ ）A. 向東發(fā)射與向西發(fā)射耗能相同，均為12mgR-12m(2RT)2B. 向東發(fā)射耗能為12m(gR-2RT)2