专题05天体运动与人造航天器-2018年高考物理母题题源系列含解析.doc

母题05 天体运动与人造航天器【母题来源一】 2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标I卷）【母题原题】（多选）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星（ ）A. 质量之积B. 质量之和C. 速率之和D. 各自的自转角速度【答案】 BC【点睛】此题以最新科学发现为情景，考查天体运动、万有引力定律等。【母题来源二】 2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）【母题原题】2018年2月，我国500 m口径射电望远镜（天眼）发现毫秒脉冲星“J0318+0253”，其自转周期T=5.19 ms，假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为（ ）A. B. C. D. 【答案】 C【解析】试题分析;在天体中万有引力提供向心力，即 ，天体的密度公式，结点睛：根据万有引力提供向心力并结合密度公式求解即可。【命题意图】 本类题通常主要考查对描述圆周运动的基本参量线速度、角速度、周期（频率）等概念的理解，以及对牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等规律的理解与应用。【考试方向】 这类试题在考查题型上，通常以选择题的形式出现，极个别情况下会出现在计算题中，难度一般中等；在考查内容上一般考查对描述圆周运动参量间的关系、牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等基本概念和基本规律的理解与应用，有时还会涉及能量知识，同时还会考查运用控制变量法进行定性判断或定量计算的能力。【得分要点】在行星（卫星）运动中，所做匀速圆周运动的向心力由中心天体对它们的万有引力提供，即：Fn，设中心天体的质量为M，行星或卫星（即环绕天体）的质量为m，根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式有：Fnmr2man，解得：【母题1】太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Glicsc581”运行的行星“Gl-581c”却很值得我们期待该行星的温度在0到40之间，质量是地球的6倍，直径是地球的1.5倍公转周期为13个地球日“Glicsc581”的质量是太阳质量的0.31倍设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则（）A. 在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同B. 如果人到了该行星，其体重是地球上的倍C. 该行星与“Glicsc581”的距离是日地距离的倍D. 恒星“Glicsc581”的密度是地球的169倍【答案】 B【解析】当卫星绕任一行星表面附近做匀速圆周运动时的速度即为行星的第一宇宙速度，由，得，M是行星的质量，R是行星的半径。设地球的质量为M，半径为R则得该行星与地球的第一宇宙速度之比为v行：v地=2：1故A错误；由万有引力近似等于重力，得G=mg，得行点睛：此题中行星绕恒星、卫星绕行星运转的类型相似，关键要建立物理模型，根据万有引力提供向心力，万有引力近似等于重力进行求解【母题2】我国发射的北斗系列卫星的轨道位于赤道上方，轨道半径为r，绕行方向与地球自转方向相同.设地球自转角速度为0，地球半径为R，地球表面重力加速度为g.设某一时刻，卫星通过赤道上某建筑物的上方，则当它再一次通过该建筑物上方时，所经历的时间为（ ）A. B. C. D. 【答案】 A【点睛】本题的关键：根据万有引力提供向心力求解出角速度；根据地球表面重力等于万有引力得到重力加速度表达式；根据多转动一圈后再次到达某建筑物上空列式【母题3】嫦娥工程分为三期，简称“绕、落、回”三步走。我国发射的“嫦娥三号”卫星是嫦娥工程第二阶段的登月探测器，该卫星先在距月球表面高度为h的轨道上绕月球做周期为T的匀速圆周运动，再经变轨后成功落月。已知月球的半径为R，引力常量为G，忽略月球自转及地球对卫星的影响。则以下说法正确的是（ ）A. 物体在月球表面自由下落的加速度大小为B. “嫦娥三号”绕月球做匀速圆周运动时的线速度大小为C. 月球的平均密度为D. 在月球上发射月球卫星的最小发射速度为【答案】 A【解析】在月球表面，重力等于万有引力，则得：；对于“嫦娥三号”卫星绕月球做匀速圆周运动过程，由万有引力提供向心力得：；解得： ，故A正确。“嫦娥三号”卫星绕月球做匀速圆周运动，轨道半径为r=R+h，则它绕月球做匀速圆周运动的速度大小为，故B错误。由上式得：月球的质量为M=，月球的平均密度为=M/V，而V=4R3/3，解得月球的平均密度为 ，故C错误。设在月球上发射卫星的最小发射速度为v，则有： ，即，故D错误。故选A。点睛：本题主要是考查了万有引力定律及其应用；解答此类题目一般要把握两条线：一是在星球表面，忽略星球自转的情况下，万有引力近似等于重力；二是根据万有引力提供向心力列方程进行解答。【母题4】假设宇宙中有两颗相距无限远的行星A和B，半径分别为RA和RB。两颗行星周围卫星的轨道半径的三次方(r3)与运行周期的平方(T2)的关系如图所示，T0为卫星环绕行星表面运行的周期。则( )A. 行星A的质量小于行星B的质量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. 当两行星的卫星轨道半径相同时，行星A的卫星向心加速度大于行星B的卫星向心加速度【答案】 D【解析】A、根据万有引力提供向心力,有：，解得，对于环绕行星A表面运行的卫星，有：，对于环绕行星B表面运行的卫星，有，联立解得，由图知 ，所以，故A错误；故选D。【母题5】我国发射的探月卫星有一类为绕月极地卫星。利用该卫星可对月球进行成像探测。如图所示，设卫星在绕月极地轨道上做圆周运动时距月球表面的高度为H，绕行周期为TM；月球绕地球公转的周期为TE，公转轨道半径为R0；地球半径为RE，月球半径为RM。忽略地球引力、太阳引力对绕月卫星的影响，则下列说法正确的是( )A. 月球与地球的质量之比为B. 若光速为c，信号从卫星传输到地面所用时间为C. 由开普勒第三定律可得D. 由开普勒第三定律可得【答案】 A点睛：本题是研究天体间的运动，利用万有引力与圆周运动知识的结合求解（万有引力提供向心力）是常用方法之一；明确开普勒第三定律只适用于绕同一个中心天体运动【母题6】如图是一次卫星发射过程，先将卫星发射进入绕地球的较低圆形轨道，然后在a点使卫星进入椭圆形的转移轨道，再在椭圆轨道的远地点b使卫星进入同步轨道，则下列说法正确的是A. 卫星在轨道的速率小于卫星在轨道 的速率B. 卫星在轨道的周期大于卫星在轨道的周期C. 卫星运动到轨道的a点时，需减速才可进入轨道D. 卫星运动到轨道的b点时，需加速才可进入轨道【答案】 D【解析】由万有引力提供向心力得：，解得：，卫星在轨道的半径小于卫星在轨道的半径，故卫星在轨道的速率大于卫星在轨道的速率，故A错误；由万有引力提供向心力得：，解得：，卫星在轨道的半径小于卫星在轨道的半径，故卫星在轨道的周期小于卫星在轨道的周期，故B错误；卫星运动到轨道的a点时，卫星要进入轨道做离心运动，万有引力小于需要的向心力，故要加速，故C错误；卫星运动到轨道的b点时，卫星要进入轨道做离心运动，万有引力小于需要的向心力，故要加速，故D正确，故选D. 【点睛】当万有引力小于需要的向心力，做离心运动，当万有引力大于需要的向心力时，做近心运动根据开普勒第三定律确定周期后可确定卫星由A到B的时间根据万有引力等于向心力求卫星做圆周运动的线速度【母题7】（多选）如图所示，A表示地球同步卫星，B为运行轨道比A低的一颗卫星，C为地球赤道上某一高山山顶上的一个物体，两颗卫星及物体C的质量都相同，关于它们的线速度、角速度、运行周期和所受到的万有引力的比较，下列关系式正确的是A. vBvAvCB. ABCC. FAFBFCD. TATCTB【答案】 AD【母题8】（多选）如图所示，在某行星表面上有一倾斜的匀质圆盘，盘面与水平面的夹角为30，盘面上离转轴距离L处有小物体与圆盘保持相对静止，绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度转动，角速度为时，小物块刚要滑动，物体与盘面间的动摩擦因数为 (设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，该星球的半径为R，引力常量为G，下列说法正确的是( )A. 这个行星的质量B. 这个行星的第一宇宙速度C. 这个行星的同步卫星的周期是D. 离行星表面距离为R的地方的重力加速度为【答案】 AB知道同步卫星的高度，所以不能求出同步卫星的周期。故C错误；D、离行星表面距离为R的地方的万有引力： ；即重力加速度为2L故D错误。故选AB。【点睛】当物体转到圆盘的最低点，由重力沿斜面向下的分力和最大静摩擦力的合力提供向心力时，角速度最大，由牛顿第二定律求出重力加速度，然后结合万有引力提供向心力即可求出。【母题9】如图所示，“嫦娥一号”卫星在飞向月球的过程中，经“地月转移轨道”到达近月点，为了被月球捕获成为月球的卫星，需要在点进行制动（减速）制动之后进入轨道，随后在点再经过两次制动，最终进入环绕月球的圆形轨道已知“嫦娥一号卫星”在轨道上运动时，卫星距离月球的高度为，月球的质量，朋球的，万有引力恒量为忽略月球自转，求：（）“嫦娥一号”在点的加速度（）“嫦娥一号”在轨道上绕月球做圆周运动的线速度（）若规定两质点相距无际远时引力势能为零，则质量分别为、的两个质点相距为时的引力势能，式中为引力常量为使“嫦娥一号”卫星在点进行第一次制动后能成为月球的卫星，同时在随后的运动过程其高度都不小于轨道的高度，试计算卫星第一次制动后的速度大小应满足什么条件【答案】 （）（）（）【解析】(1)根据万有引力定律和向心力公式有： ，解得：a= 所以速度范围为： v【母题10】中国自行研制，具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船，目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术，其发射过程简化