高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章核心素養(yǎng)提升-科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（STSE）系列（二）教案新人教版

核心素養(yǎng)提升——科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(STSE)系列(二)“嫦娥”探月四步曲(自主閱讀)中國(guó)探月工程，又稱(chēng)“嫦娥工程”.2004年，中國(guó)正式開(kāi)展月球探測(cè)工程．嫦娥工程分為“無(wú)人月球探測(cè)”“載人登月”和“建立月球基地”三個(gè)階段.2007年10月24日18時(shí)05分，“嫦娥一號(hào)”成功發(fā)射升空，在圓滿完成各項(xiàng)使命后，于2009年按預(yù)定計(jì)劃受控撞月.2010年10月1日18時(shí)57分59秒“嫦娥二號(hào)”順利發(fā)射，也已圓滿并超額完成各項(xiàng)既定任務(wù).2011年離開(kāi)拉格朗日點(diǎn)L2點(diǎn)后，向深空進(jìn)發(fā)，現(xiàn)今仍在前進(jìn)，意在對(duì)深空通信系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試.2013年9月19日，探月工程進(jìn)行了嫦娥三號(hào)衛(wèi)星和玉兔號(hào)月球車(chē)的月面勘測(cè)任務(wù)．嫦娥四號(hào)是嫦娥三號(hào)的備份星．嫦娥五號(hào)主要科學(xué)目標(biāo)包括對(duì)著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，以及月球樣品返回地球以后的分析與研究．要完成“嫦娥”工程的前提是要把衛(wèi)星成功送到月球，大致經(jīng)歷“發(fā)射→轉(zhuǎn)移→環(huán)繞→著陸”四步．第一步：衛(wèi)星發(fā)射我國(guó)已于2013年12月2日凌晨1點(diǎn)30分使用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射“嫦娥三號(hào)”．火箭加速是通過(guò)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴氣實(shí)現(xiàn)的．設(shè)運(yùn)載火箭和“嫦娥三號(hào)”的總質(zhì)量為M，地面附近的重力加速度為g，地球半徑為R，萬(wàn)有引力常量為G.(1)用題給物理量表示地球的質(zhì)量．(2)假設(shè)在“嫦娥三號(hào)”艙內(nèi)有一平臺(tái)，平臺(tái)上放有測(cè)試儀器，儀器對(duì)平臺(tái)的壓力可通過(guò)監(jiān)控裝置傳送到地面．火箭從地面發(fā)射后以加速度eq\f(g,2)豎直向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，升到某一高度時(shí)，地面監(jiān)控器顯示“嫦娥三號(hào)”艙內(nèi)測(cè)試儀器對(duì)平臺(tái)的壓力為發(fā)射前壓力的eq\f(17,18)，求此時(shí)火箭離地面的高度．【解析】(1)在地面附近，mg＝Geq\f(M地m,R2)，解得：M地＝eq\f(gR2,G).(2)設(shè)此時(shí)火箭離地面的高度為h，選儀器為研究對(duì)象，設(shè)儀器質(zhì)量為m0，火箭發(fā)射前，儀器對(duì)平臺(tái)的壓力F0＝Geq\f(M地m0,R2)＝m0g.在距地面的高度為h時(shí)，儀器所受的萬(wàn)有引力為F＝Geq\f(M地m0,R＋h2)設(shè)在距離地面的高度為h時(shí)，平臺(tái)對(duì)儀器的支持力為F1，根據(jù)題述和牛頓第三定律得，F(xiàn)1＝eq\f(17,18)F0由牛頓第二定律得，F(xiàn)1－F＝m0a，a＝eq\f(g,2)聯(lián)立解得：h＝eq\f(R,2)【答案】見(jiàn)解析第二步：衛(wèi)星轉(zhuǎn)移(多選)如圖為嫦娥三號(hào)登月軌跡示意圖．圖中M點(diǎn)為環(huán)地球運(yùn)行的近地點(diǎn)，N點(diǎn)為環(huán)月球運(yùn)行的近月點(diǎn)．a(chǎn)為環(huán)月球運(yùn)行的圓軌道，b為環(huán)月球運(yùn)行的橢圓軌道，下列說(shuō)法中正確的是()A．嫦娥三號(hào)在環(huán)地球軌道上的運(yùn)行速度大于11.2km/sB．嫦娥三號(hào)在M點(diǎn)進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道時(shí)應(yīng)點(diǎn)火加速C．設(shè)嫦娥三號(hào)在圓軌道a上經(jīng)過(guò)N點(diǎn)時(shí)的加速度為a1，在橢圓軌道b上經(jīng)過(guò)N點(diǎn)時(shí)的加速度為a2，則a1>a2D．嫦娥三號(hào)在圓軌道a上的機(jī)械能小于在橢圓軌道b上的機(jī)械能【解析】嫦娥三號(hào)在環(huán)地球軌道上運(yùn)行速度v滿足7.9km/s≤v<11.2km/s，則A錯(cuò)誤；嫦娥三號(hào)要在M點(diǎn)點(diǎn)火加速才能進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，則B正確；由a＝eq\f(GM,r2)，知嫦娥三號(hào)在圓軌道a上經(jīng)過(guò)N點(diǎn)和在橢圓軌道b上經(jīng)過(guò)N點(diǎn)時(shí)的加速度相等，則C錯(cuò)誤；嫦娥三號(hào)要從b軌道轉(zhuǎn)移到a軌道需要在N點(diǎn)減速，機(jī)械能減小，則D正確．【答案】BD第三步：衛(wèi)星繞月嫦娥三號(hào)的飛行軌道示意圖如圖所示．假設(shè)嫦娥三號(hào)在環(huán)月段圓軌道和橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受到月球的萬(wàn)有引力，則()A．若已知嫦娥三號(hào)環(huán)月段圓軌道的半徑、運(yùn)動(dòng)周期和引力常量，則可算出月球的密度B．嫦娥三號(hào)由環(huán)月段圓軌道變軌進(jìn)入環(huán)月段橢圓軌道時(shí)，應(yīng)讓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火使其加速C．嫦娥三號(hào)在環(huán)月段橢圓軌道上P點(diǎn)的速度大于Q點(diǎn)的速度D．嫦娥三號(hào)在動(dòng)力下降段，其引力勢(shì)能減小【解析】利用環(huán)月圓軌道半徑、運(yùn)動(dòng)周期和引力常量，可以計(jì)算出月球的質(zhì)量，月球半徑未知，不能計(jì)算出月球的密度，A錯(cuò)誤；由環(huán)月圓軌道進(jìn)入橢圓軌道時(shí)，在P點(diǎn)讓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火使其減速，B錯(cuò)誤；嫦娥三號(hào)在橢圓軌道上P點(diǎn)速度小于在Q點(diǎn)速度，C錯(cuò)誤；嫦娥三號(hào)在動(dòng)力下降段，高度減小，引力勢(shì)能減小，D正確．【答案】D第四步：衛(wèi)星著陸如圖所示為“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器在月球上著陸最后階段的示意圖．首先在發(fā)動(dòng)機(jī)作用下，探測(cè)器受到推力在距月面高度為h1處懸停(速度為0，h1遠(yuǎn)小于月球半徑)；接著推力改變，探測(cè)器開(kāi)始豎直下降，到達(dá)距月面高度為h2處的速度為v；此后發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，探測(cè)器僅受重力下落至月面．已知探測(cè)器總質(zhì)量為m(不包括燃料)，地球和月球的半徑比為k1，質(zhì)量比為k2，地球表面附近的重力加速度為g，求：(1)月球表面附近的重力加速度大小及探測(cè)器剛接觸月面時(shí)的速度大?。?2)從開(kāi)始豎直下降到剛接觸月面時(shí)，探測(cè)器機(jī)械能的變化．【解析】(1)設(shè)地球質(zhì)量和半徑分別為M和R，月球的質(zhì)量、半徑和表面附近的重力加速度分別為M′、R′和g′，探測(cè)器剛接觸月面時(shí)的速度大小為vt，則有mg′＝Geq\f(M′m,R′2)，mg＝Geq\f(Mm,R2)，解得g′＝eq\f(k\o\al(2,1),k2)g由veq\o\al(2,t)－v2＝2g′h2得vt＝eq\r(v2＋\f(2k\o\al(2,1)gh2,k2)).(2)設(shè)機(jī)械能變化量為ΔE，動(dòng)能變化量為ΔEk，重力勢(shì)能變化量為ΔEp，有ΔE＝ΔEk＋ΔEp則ΔE＝eq\f(1,2)m(v2＋eq\f(2k\o\al(2,1)gh2,k2))－meq\f(k\o\al(2,1),k2)gh1得ΔE＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(k\o\al(2,1),k2