2017_2018学年高中物理第六章万有引力与航天章末复习课检测新人教版.docx

第六章 万有引力与航天章末复习课知识体系答案填写地心说日心说 2 GMgR27.9 km/s11.2 km/s16.7 km/s低速宏观主题一天体(卫星)运动问题的处理分析处理天体运动问题，要抓住“一个模型”、应用“两个思路”、区分“三个不同”1一个模型：无论是自然天体(如行星、月球等)，还是人造天体(如人造卫星、空间站等)，只要天体的运动轨迹为圆形，就可将其简化为质点的匀速圆周运动2两个思路(1)所有做圆周运动的天体，所需的向心力都来自万有引力因此，向心力等于万有引力，据此所列方程是研究天体运动的基本关系式，即Gmm2rmrma.(2)不考虑地球或天体自转影响时，物体在地球或天体表面受到的万有引力约等于物体的重力，即Gmg，变形得GMgR2，此式通常称为黄金代换式3三个不同(1)不同公式中r的含义不同在万有引力定律公式FG中，r的含义是两质点间的距离；在向心力公式Fmm2r中，r的含义是质点运动的轨道半径当一个天体绕另一个天体做匀速圆周运动时，两式中的r相等(2)运行速度、发射速度和宇宙速度的含义不同三种速度的比较，如下表所示比较项概念大小影响因素运动速度卫星绕中心天体做匀速圆周运动的速度v 轨道半径r越大，v越小发射速度在地面上发射卫星的速度大于或等于7.9 km/s卫星的发射高度越高，发射速度越大宇宙速度实现某种效果所需的最小卫星发射速度7.9 km/s11.2 km/s16.7 km/s不同卫星发射要求不同(3)卫星的向心加速度a、地球表面的重力加速度g、在地球表面的物体随地球自转做匀速圆周运动的向心加速度a的含义不同绕地球做匀速圆周运动的卫星的向心加速度a，由Gma，得a，其中r为卫星的轨道半径若不考虑地球自转的影响，地球表面的重力加速度为g，其中R为地球的半径地球表面的物体随地球自转做匀速圆周运动的向心加速度a2Rcos，其中、R分别是地球的自转角速度和半径，是物体所在位置的纬度值【例1】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，运行周期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卫星绕月运行的速度D卫星绕月运行的加速度解析：绕月卫星绕月球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m、轨道半径为r，月球质量为M，有Gm(R月h)，地球表面重力加速度公式g月联立可以求解出：g月，即可以求出月球表面的重力加速度；由于卫星的质量未知，故月球对卫星的吸引力无法求出；由v可以求出卫星绕月球运行的速度；由a(R月h)可以求出卫星绕月运行的加速度；依此可推出A、C、D都可求出，即不可求出的是B项，故选B.答案：B针对训练1.(多选)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解析：由GmR得T 2，可知A正确由Gm得v，可知B错误设轨道半径为R，星球半径为R0，由M和VR得R，可判定C正确当测得T和R而不能测得R0时，不能得到星球的平均密度，故D错误答案：AC主题二人造卫星的发射、变轨与对接1发射问题要发射人造卫星，动力装置在地面处要给卫星以很大的发射初速度，且发射速度vv17.9 km/s，人造卫星做离开地球的运动；当人造卫星进入预定轨道区域后，再调整速度，使F引F向，即Gm，从而使卫星进入预定轨道2变轨问题(1)当卫星绕天体做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力， 由Gm，得v，由此可见轨道半径r越大，线速度v越小当由于某原因速度v突然改变时，若速度v突然减小，则Fm，卫星将做近心运动，轨迹为椭圆；若速度v突然增大，则Fm，卫星将做离心运动，轨迹变为椭圆，此时可用开普勒第三定律分析其运动(2)卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时，卫星受到的万有引力相同，所以加速度也相同3对接问题(1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图甲所示，飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点，便可实现对接图甲图乙(2)同一轨道飞船与空间站对接如图乙所示，后面的飞船先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度. 【例2】如图所示，某次发射同步卫星的过程如下：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火进入椭圆形的过渡轨道2，最后将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，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上的速率大于在轨道1上的速率B卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C卫星在轨道1上经过Q点时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2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度解析：由Gmmr2得，v，由于r1r3，所以v1v3，13，A、B错；轨道1上的Q点与轨道2上的Q点是同一点，到地心的距离相同，根据万有引力定律及牛顿第二定律知，卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度，同理卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度，C错，D对答案：D针对训练2我国即将发射“天宫二号”空间实验室，之后发射“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是()A使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接B使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接C飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接D飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接解析：若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速，则由于飞船所受合力小于所需向心力，故飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道，不能实现对接，选项A错误；若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速，则由于空间实验室所受合力大于所需向心力，故空间实验室将脱离原轨道而进入更低的轨道，不能实现对接，选项B错误；要想实现对接，可使飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速，然后飞船将进入较高的轨道，逐渐靠近空间实验室后，两者速度接近时实现对接，选项C正确；若飞船在比空间实验半径小的轨道上减速，则飞船将进入更低的轨道，不能实现对接，选项D错误答案：C 【统揽考情】本章公式较多，但重点、热点集中，在高考试题中，主要考查万有引力定律在天体、航天技术中的应用，分析问题的思路主要是三个方面：(1)万有引力等于重力；(2)万有引力提供向心力；(3)变轨问题在高考试卷中，主要是选择题型，每年必考，分值不多，6分左右，个别省份有时考查计算题，分值在20分左右【真题例析】(2015四川卷)登上火星是人类的梦想“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响根据下表，行星半径/m质量/kg轨道半径/m地球6.41066.01024 1.51011火星3.41066.410232.31011火星和地球相比()A火星的公转周期较小B火星做圆周运动的加速度较小C火星表面的重力加速度较大D火星的第一宇宙速度较大解析：火星和地球都绕太阳做圆周运动，万有引力提供向心力，由mrma知，因r火r地，而，故T火T地，选项A错误；向心加速度a，则a火a地，故选项B正确；地球表面的重力加速度g地，火星表面的重力加速度g火，代入数据比较知g火g地，故选项C错误；地球和火星上的第一宇宙速度：v地，v火，v地v火，故选项D错误答案：B针对训练(多选)如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T，Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积下列关系式正确的有()ATATB BEkAEkBCSASB D.解析：根据开普勒行星第三运动定律，选项D正确；根据开普勒行星第二运动定律，在相等时间内，太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积相等，这里是指同一行星，故选项C错误；由GmR得T ，因为RARB，所以周期TATB，选项A正确；由Gm得v ，因为RARB，所以线速度vAvB，动能Ekmv2，所以EkAEkB，选项B错误答案：AD 1.如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨近进入轨道2做匀速圆周运动下列说法正确的是()A不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同B不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同C卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量解析：在轨道1运动的人造卫星在P点加速做离心运动才能变轨到轨道2，所以在轨道1经过P点的速度小于在轨道2经过P点的速度，A错误；在P点，加速度a，而F，所以不论沿轨道1还是轨道2运行，卫星经过P点的加速度都相同，B正确；在轨道1上不同的位置，卫星受到的万有引力不相同，所以加速度也不相同，C错误；动量pmv，是矢量，在轨道2上不同的位置，卫星的速度大小相等，方向不同，所以动量不同，D错误答案：B2.(2015福建卷)如图，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.C. D.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正确答案：A3利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信目前，地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为()A1 h B4 hC8 h D16 h解析：同步卫星的环绕周期与地球自转周期相等，对同步卫星有Gm(6.6R)，地球自转周期减小，则同步卫星需要降低高度，三颗卫星全覆盖赤道的最小高度如图，图中MP、MQ与地球相切，根据几何关系得同步卫星的最小轨道半径为2R，由开普勒第三定律有，得T4 h，故选B.答案：B4.国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上设东方红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为()Aa2a1a3 Ba3a2a1Ca3a1a2 Da1a2a3解析：地球赤道上的物体和东方红二号同步卫星做圆周运动的周期相同，两者的角速度相同，即32，由a2R得半径大的向心加速度大，即得a3a2；东方红二号和东方红一号的远地点相比，由ma得a，即离地面越近，加速度越大，即a2a1，选项D正确答案：D5.(2015安徽卷)由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，存在着一种运动形式，三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心O在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动(图示为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况)若A星体质量为2m，B、C两星体的质量均为m，三角形的边长为a，求：(1)A星体所受合力大小FA；(2)B星体所受合力大小