高中高考物理天体运动类高考题解策略中学教育高考_中学教育-高考.pdf

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1、学习必备 欢迎下载 高中物理天体运动类高考题解策略 天体运动是万有引力定律、牛顿运动定律、向心力公式等力学规律应用的实例，也是高考的热点内容之一。卫星、天体的运动涉及的知识较多，要利用到万有引力定律、牛顿运动定律、圆周运动的相关知识。在解此类题时不论是定性分析，还是定量计算首先要理清思路，抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物体所受重力近似等于星球对其的万有引力的这一基础关系，然后将卫星和天体运动近似处理成匀速圆周运动。要根据题目选择适量的等量关系式，加以分析解答。在分析卫星变轨问题时，要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析。这 是 解 决 问 题 的 根 本 方 法，也 是 解 决 问

2、 题 的 关 键。2222222GMm2F=()mgRvmmrmrmgmarrrT万轨向 类型一：对开普勒行星运动三大定律的考察类 遇到天体绕同一中心天体做椭圆运动成圆周运动时，只求周期、运动半径的等问题时运用开普勒定律直接求解更方便32RkT 例 1：（20XX年高考 四川卷）1990 年 4 月 25 日，科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约 600km的高空，使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展。假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行。己知地球半径为 6.4 xl06m，利用地球同步卫星与地球表面的距离为 3.6 xl07m 这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期。以下数据中最接

3、近其运行周期的是（）A.0.6 小时 B.1.6小时 C.4.0小时 D.24小时 解析：哈勃望远镜和地球同步卫星都绕地球做圆周运动。根据开普勒第三定律可得知 32RTk33rTrT望望同同6r=7.0*10 m望7r=4.24*10 m同T=24月小时。因此可以得到T=1.6望小时故选项 B正确 类型二：考察宇宙速度类 学习必备 欢迎下载 近地卫星的环绕速度GMvR7.9km/sRg地地通常称为第一宇宙速度。它是发射卫星的最小速度，是地球周围所有卫星的最大环绕速度，脱离地球万有引力而不再绕地球运动的速度叫做第二宇宙速度16.7/vkm s 例 2：（20XX年高考 广东卷）下图是嫦娥一号奔月

4、 示意图,卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨,进入 地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星,并开展对月球的探测.下列说 法正确的是（）A.发射嫦娥一号的速度必须达到第三宇宙速度 B.在绕月圆轨道上,卫星的周期与卫星质量有关 C.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比 D.在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力 解析：第三宇宙速度是指卫星脱离太阳引力，进入天空的最小速度；在绕月轨道上由万有引力提供向心力知22GMm2F=()mrrT万。卫星受到月球的万有引力与她到月球中心的距离平方成反比。卫星的质量 m会约掉，所以卫星的周期与卫星的质量无关；在绕月轨道上，卫星的加速度

5、指向月球球心，由牛顿第二定律知月球对卫星的吸引力大于地球对卫星的吸引力，故选项C正确。类型三：人造卫星及同步卫星的运行规律类 人造卫星的绕行速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系 2M1rvGmvvrr 2331GMmrrr 2GMmFFr万向 2233244rmrTTrTGM 越高越慢 应 用 律应用的实例也是高考的热点内容之一卫星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行

6、分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对开普勒行星运动三大定律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行学习必备 欢迎下载 221GMmaaarr 2GMmmgGMgRR 地地（近地时）（黄金代换）同步卫星具有五个确定的特征 1 周期确定：24Th 2 轨道平面确定：所有地球同步卫星的轨道平面都在赤道平面内 3 运行速度确定：做圆周运动3.1/vkm s 4 运行高度确定：离地高度为 3600

7、0km 5 在轨道上位置确定：每个地球同步卫星确定在世界组织规定的位置上 例 3：（20XX年高考 安徽卷）20XX年 2 月 11 日,俄罗斯的宇宙2251 卫星和美国铱33卫星在西伯利亚上空约 805km 处发生碰撞.这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件.碰撞过程中产生的大量 碎片可能会影响太空环境.假定有甲,乙两块碎片,绕地球运动的轨道都是圆,甲的运行速 率比乙的大,则下列说法中正确的是 （）A.甲的运行周期一定比乙的长 B.甲距地面的高度一定比乙的高 C.甲的向心力一定比乙的小 D.甲的加速度一定比乙的大 解析：本题考查人造卫星和圆周运动的知识。由GMvr可知甲的速度大。甲碎片的轨

8、道半径小，故选项 B错误。由公式32RTGM可知甲的周期小，故A选项错误，由于两碎片的质量未知，无法判断向心力的大小，故 C选项错误。碎片的加速度指引力加速度，由2GMmmaR 知2GMaR知道甲的加速度比乙大，故选项 D正确。例 4：（20XX年高考 山东卷）据报道 我国数据中继“卫星天链一号”01 星于 20XX年 4 月 25 日在西昌卫星发射中心发射升空，经过 4 次变轨控制后，于 5月 1 日成功定点在东经 77赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的天链一号01 星，下列说法正确的是（）A运行速度大于 7.9km/s B离地面高度一定，相对地面静止 律应用的实例也是高考的热点内容之一卫

9、星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对开普勒行星运动三大定律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行学习必备 欢迎下载 C绕地球运

10、行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 解析：7.9km/s 是人造卫星的第一宇宙速速，是近地卫星的运转速度，也是人造卫星的最大运行速度，所以同步卫星的运行速度小于 7.9km/s。A选项错误；根据同步卫星的特点可知到其运行时轨道高度一定，相对地面静止，因此 B选项正确；同步卫星运行周期（1 天）比月球运行的周期（约 28 天）小，所以同步卫星的角速度比月球的大，C选项正确。地球赤道上的物体和同步卫星的角速度相同，但半径不同，根据2ra知卫星的向心加速度大，故 D选项错误。类型四：卫星变轨类 人造卫星在轨道变换时，有卫星主动原因也有其他原因（如

11、受到阻力）速度发生变化导致万有引力与向心力相等关系被破坏，继而发生向心运动或离心运动，发生变轨。例 5：（1998 年高考 上海卷）发射地球同步卫星时先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道 2 运行。最后再点火。将卫星送入轨道 3，轨道 1、2 相切于 Q点。轨道 2、3 相切于 P点。如图所示，则当卫星分别在 1、2、3 轨道上正常运行时，以下说法正确 的是（）A、卫星在轨道 3 上的速度大于在轨道 1 上的速度 B、卫星在轨道 3 上的角速度小 于在轨道 1 上的角速度 C、卫星在轨道 1 上经过 Q点的加速度大于它在轨道 2 上经过 Q点时的加速度 D、卫星在轨道 3 上经

12、过 P点的加速度大于它在轨道 2 上经过 P点时的加速度 解析：地球对卫星的万有引力提供向心力，卫星在轨道 1 和轨道 3 上的运动均可看作是匀速圆周运动，由22GMmmrvr可知GMvr即轨道半径越大，卫星在轨道上运行的速度越小 故 A选项错误。vr3GMr轨道半径越大，卫星咋轨道上运行的角速度就越小，故B选项正确；由2GMmmar向 知2GMra向a向的大小与2r成反比。在 P点时无论是轨道 2 还是轨道 3 运行，到地心的距离相等，律应用的实例也是高考的热点内容之一卫星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理

13、清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对开普勒行星运动三大定律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行学习必备 欢迎下载 因此加速度相等。在 Q点时轨道 1 和轨道 2 离地心的距离相等。因此加速度相等，故选项 C错误。例 6：（20XX年高考 江苏卷）

14、20XX年 5 月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在 A点从圆形轨道进入椭圆轨道，B为轨道上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有（）A、在轨道上经过 A的速度小于经过 B的速度 B、在轨道上经过 A的动能小于在轨道上经过 A 的动能 C、在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期 D、在轨道上经过 A的加速度小于在轨道上经过 A的加速度 解析：本题考查天体运动的能量、周期、角速度等。航天飞机轨道上运动时机械能守恒，A点比 B点的势能大动能小，故选项 A正确。航天飞机在轨道轨道上过 A点做向心运动，显然速度小于轨道上 A点的速度，故选项 B正确。对于航天飞机，轨道

15、半径越大其周期越大，故选项 C正确。由万有引力定律和牛顿第二定律知，航天飞机在两轨道的同一点 A加速度相同，故选项 D错误。类型五：双星运动类 在天体运动中，将两个彼此距离接近行星称为双星，由于两星间的引力而使它们在运动中距离保持不变。星体在万有引力提供向心力的情况下做圆周运动，故两类做匀速圆周运动的向心力大小相等（为两者之间的万有引力），角速度相同（即周期相同）。由2Fmrmv知。两者运行的轨道半径及线速度大小与质量成反比。例 7：（20XX年高考 天津卷）神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体，探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律。天文学家观测河外星系麦哲伦云时，发现了 LMC

16、X-3 双星系统，它由可见星 A 和不可见的暗星 B 构成，两 星视为质点，不考虑其它天体的影响，A、B 围绕两者连线上的 O 点做匀速圆周运动，它们之间的距离保持 不变，如图所示。引力常量为 G，由观测能够得到可见星 A 的速率 v 和运行周期。律应用的实例也是高考的热点内容之一卫星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对

17、开普勒行星运动三大定律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行学习必备 欢迎下载（1）可见得 A 所受暗星 B 的引力 FA 可等效为位于 O 点处质量为 m/的星体（视为质点）对它的引力，设 A 和 B 的质量分别为 m1、m2。试求 m/的（用 m1、m2 表示）（2）求暗星 B 的质量 m2 与可见星 A 的速率 v、运行周期 T 和质量 m1 之间的关系式；（3）恒星演化到末期，如果其质量大于太阳

18、质量 mI 的两倍，它将有可能成为黑洞。若可见星 A 的速率52.7 10/vm s，运行周期44.710Ts，质量16smm，试通过估算来判断暗星 B有可能是黑洞吗？S 图 1 E,r（11226.67 10/GNmkg，302.0 10smkg）解析：（1）设 A、B 的圆轨道半径分别为1r、2r，由题意知，A、B 做匀速圆周运动的角速相同，其为。由牛顿运动运动定律，有211AFmr 222BFmr ABFF 设之间的距离为又12rrr 有上诉各式得 1212mmrrm 1 由万有引力定律有 122AGm mFr 将式代入1222121()Am mFGmmr 令,121AGm mFr 比较

19、可得3,2212()mmmm 2（2）由牛顿第二定律有：,211211Gm mvmrr 3 又可见的轨道半径12vTr 4 由、式可得332222()2mv TmmG 5（3）将16smm代入式得3222(6)2smvTmmG 律应用的实例也是高考的热点内容之一卫星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对开普勒行星运动三大定

20、律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行学习必备 欢迎下载 代入数据得32223.5(6)ssmmmm 6 设2(0)smnm n将其代入式得 322223.56(6)(1)sssmnmmmmn 7 可见3222(6)smmm的值随着的增大而增大。试令2n 得20.1253.56(1)sssnmmmn 8 如使式成立，则必大于即暗星的质量2m必大于2sm 由此得出结论：暗星有可能是黑洞。类型六：天体运动

21、综合类 万有引力定律、牛顿定律、向心力公式的综合运用 2222222GMm2F=()mgRvmmrmrmgmarrrT万轨向 例 8：（20XX年高考 北京卷）据媒体报道，嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道，轨道高度 200 km，运用周期 127 分钟。若还知道引力常量和月球平均半径，仅利用以上条件不能求出的是（）A月球表面的重力加速度 B月球对卫星的吸引力 C卫星绕月球运行的速度 D卫星绕月运行的加速度 解析：由2GMm=Rmg得2GM=Rg又因由前两式可以得到3222(R+h)4=RgT 由于不知道卫星的质量，因此不能求出月球对卫星的吸引力。卫星绕月球运行的线速度2=()vRhT 律应用的

22、实例也是高考的热点内容之一卫星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对开普勒行星运动三大定律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行学

23、习必备 欢迎下载 加速度224=()TaRh 因此可知重力加速度、线速度以及绕月加速度都是已知量，故选项 B是不能求出的物理量。例 9：（20XX年高考 江苏卷）假设太阳系中天体的密度不变，天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半，地球 绕太阳公转近似为匀速圆周运动，则下列物理量变化正确的是（）A、地球的向心力变为缩小前的一半 B、地球的向心力变为缩小前的116 C、地球绕太阳公转周期与缩小前的相同 D、地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半 解析：地球质量314=3mR 太阳质量3224=3MR 有万有引力定律。23312122216RMF=Gr9GRmr 万 地球受到的万有引力等于向心力，当天

24、体直径和距离 r 缩小一半时。向心力变为原来的116故 B选项正确，A选项不正确。222Mm4GmrrT，23233224443rrTGMGR。当天体直径和距离 r 缩小一半时，T不变故 C选项正确，D选项错误。例 10：（20XX年高考 浙江卷）宇宙飞船以周期为 T绕地地球作圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程，如图所示。已知地球的半径为 R，地球质量为 M，引力常量为 G，地球处置周期为 T。太阳光可看作平行光，宇航员在 A点测出的张角为，则 A.飞船绕地球运动的线速度为2sin(/2)RT B.一天内飞船经历“日全食”的次数为0TT C.飞船每次“日全食”过程的时间为02T

25、 R O A 律应用的实例也是高考的热点内容之一卫星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对开普勒行星运动三大定律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到

26、哈勃望远镜绕地球运行学习必备 欢迎下载 R O A C D F E D.飞船周期为2 RRTsinGM sin22 解析：从图中可以看出飞船做圆周运动的半径sin2Rr。飞船绕地球运动的线速度为22sin2rRvTT，A选项正确；一天内 飞船经历日全食的次数即飞船绕地球运转的圈数0TnT故选项B错误；飞船在图中CD、EF之间的区域内发生日全食，由几何关系知，图中弧DF所对的圆心角 所以发生日全食的时间22tTT，故 C选项错误；根据222()mMGmrrT得飞船的周期2sin(/2)sin(/2)RRTGM所以 D选项正确。综上所诉不难看出解决天体运动的问题,首先弄清基本的物理现象,找到题中所

27、给出的已知量,再根据2222222GMm2F=()mgRvmmrmrmgmarrrT万轨向进行等量代换求出题中所给的未知量,从而解决物理问题.律应用的实例也是高考的热点内容之一卫星天体的运动涉及的知识较多要利用到万有引力定律牛顿运动定律圆周运动的相关知识在解此类题时不论是定性分析还是定量计算首先要理清思路抓住万有引力提供向心力和星球表面上的物题目选择适量的等量关系式加以分析解答在分析卫星变轨问题时要抓住卫星做向心运动和离心运动的条件进行分析这是解问题的根本方法也是解问题的关键万轨向类型一对开普勒行星运动三大定律的考察类遇到天体绕同一中心天体学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约的高空使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行己知地球半径为利用地球同步卫星与地球表面的距离为这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行