透析2011年高考试题中的天体运动问题-九江一中.docVIP

2011年“天体运动”试题盘点评析许冬保摘 要：以“天体运动”为背景立意命题，已成为历年高考必考类型透视2011年“天体运动”各地试题，从命题层面进行评析，旨在研究命题思路，提高复习效益关键词：知识与方法 理论与实际 技术与社会 课程理念2011年全国及各省市理综物理试题及上海、江苏、海南物理试卷，计14份，以“天体运动”为背景立意的试题，共14题如此青睐“天体运动”，值得关注本文试从命题角度进行评析，供参考1 以天体运动的基本模型为载体，注重知识与方法的统一认知心理学家把知识分为陈述性知识和程序性知识两大范畴对物理学科而言，陈述性知识指的是物理学的现象、概念、规律和科学方法等程序性知识是指为学习物理知识而进行的观察、实验、想象、分析、推理、综合等思维及思维程序、方法等1“天体运动”问题的分析，所涉及到的知识主要有万有引力定律、牛顿运动定律及圆周运动等知识，分析过程中的思维程序或思路就是人们常说的解题方法知识与方法的结合，构成分析和解决问题的能力【例1】（上海 22题B）人造地球卫星在运行过程中由于受到微小的阻力，轨道半径将缓慢减小在此运动过程中，卫星所受万有引力大小将 (填“减小”或“增大”)；其动能将 (填“减小”或“增大”)分析：由万有引力定律，知半径减小，引力增大该过程中引力作正功，阻力作负功，由动能定理无法直接判断动能的变化规律可是，在轨道半径缓慢减小的过程中，某一微小阶段，仍看作做匀速圆周运动，则有，即可知半径减小，速率增大，动能增大这一结果表明：引力所做的正功应大于阻力所做的负功点评：试题以卫星受阻力作用，轨道半径减小这一现象为背景，考查力及动能两个基本量的分析第一问简单，第二问涉及方法的应用一般考生认为，阻力作用使卫星的速度减小，卫星做向心运动，该过程中动能一定减小这一错误反映考生对轨道变化的过程缺少全面而深刻的分析，同时也反映考生分析问题的方法过于简单试题在考查知识的同时，关注方法的考查【例2】（江苏 7题）一行星绕恒星作圆周运动由天文观测可得，其运动周期为T，速度为，引力常量为G，则A恒星的质量为 B行星的质量为C行星运动的轨道半径为 D行星运动的加速度为分析：由万有引力定律及牛顿运动定律，有由圆周运动知识，有，解得、因此，选项ACD正确点评：试题以行星绕恒星作圆周运动为背景，考查基本物理量的测量与计算天体运动中，中心体的质量可以测量、估算而绕行天体的质量无法计算这是理论分析得出的结论，欲测出行星的质量，必须将行星转化为中心体才可，如通过行星的卫星进行测量试题旨在落实知识与技能、过程与方法目标的考查2 以人类探索宇宙为载体，突出理论与实际的联系探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想涉及航天器方面的试题，如浙江卷，第19题、大纲全国卷，第19题、天津卷，第8题、福建卷，第13题试题给出的材料新颖，具有时代气息，理论与实际相联系，有利于考查考生应用所学知识分析和解决实际问题的能力，有利于区分不同程度考生的能力水平【例3】（浙江 19题）为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在该星球中心为圆心，半径为r1的圆轨道上运动，周期为T1，总质量为m1随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2，则AX星球的质量为BX星球表面的重力加速度为C登陆舱在与轨道上运动时的速度大小之比为D登陆舱在半径为轨道上做圆周运动的周期为分析：设登陆舱脱离飞船后的周期为T2，由万有引力定律及牛顿运动定律，有，解得 及登陆舱在半径为的圆轨道上运动的向心加速度，X星球表面的重力加速度，得可见向心加速度与X星球表面的重力加速度并不相等根据，解得，即因此，选项AD正确点评：试题以探测X星球为背景立意，以载着登陆舱的探测飞船及脱离飞船后的登陆舱的运动为情境，尽量覆盖多个知识点来设置选项考查考生应用万有引力定律分析及解决实际问题的能力【例4】（天津 8题）质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的A线速度 B角速度 C运行周期 D向心加速度分析：由万有引力定律及牛顿运动定律，有由圆周运动知识，有，月球表面，有联立求解，得，因此，选项AC正确点评：试题以探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行背景立意，考查万有引力定律的应用【例5】（福建 13题）“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星若测得“嫦娥二号”在月球（可视为密度均匀的球体）表面附近圆形轨道运行的周期T，已知引力常量G，半径为R的球体体积公式，则可估算月球的A密度 B质量 C半径 D自转周期分析：设月球的半径为R、月球质量为M，“嫦娥二号”的质量为m，由万有引力定律及牛顿运动定律，有由密度公式，有联立解得：因此选项A正确点评：试题以“嫦娥二号”探月卫星为背景，考查万有引力定律的应用近年来，我国航天技术的发展成就，举世瞩目，以此为背景立意，有利于激发考生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感3 以卫星通信技术的应用为载体，凸显科学技术与社会发展的关系卫星通信系统可以为全球的每个角落的用户提供通信服务在此系统中，卫星起着与基站类似的功能目前，国际卫星通信系统和绝大多数国家国内的实用卫星通信大多采用静止卫星（地球同步卫星）通信系统关于同步卫星的考题，如北京卷，第15题、广东卷，第20题、山东卷，第17题、海南卷，第12题、课标全国卷，第19题【例6】（海南 12题）2011年4月10日，我国成功发射第8颗北斗导航卫星，建成以后北斗导航卫星系统将包含多颗地球同步卫星，这有助于减少我国对GPS导航系统的依赖，GPS由运行周期为12小时的卫星群组成，设北斗星的同步卫星和GPS导航的轨道半径分别为R1和R2，向心加速度分别为a1和a2，则=_，=_（可用根式表示）分析：由万有引力定律及牛顿运动定律，有由圆周运动知识，有因此，设地球同步卫星的周期及GPS卫星群运行周期分别为T1、T2则由题意知，解得，点评：试题以北斗导航卫星及GPS导航系统为背景立意，反映我国在导航系统方面的最新进展情况考查万有引力定律的应用和圆周运动的知识试题同时具有科学教育与人文教育的价值CAB赤道同步卫星同步卫星同步卫星盲区重叠区同步轨道卫星飞行方向17.34o图1 卫星通信系统示意图【例7】（课标全国 19题）卫星电话信号需要通过地球同步卫星传送如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8105km，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为3108m/s）A0.1s B0.25s C0.5s D1s分析：同步卫星传送信号，覆盖范围广，图1为卫星通信系统示意图，图中中间小三角形区域为盲区，分布在极地，为无人居住区可见，至少三颗卫星才能基本实现全球通信2设同步卫星距离地面的高度为h、地球半径为R、运动周期为T，月球到地球球心的距离为，月球公转周期为由开普勒第三定律，有解得代入已知数据得：地球上某两地使用卫星电话通话，“从你发出信号至对方接收到信号”存在一个时间范围，忽略两地距离，则所需最短时间为选项B正确卫星中继站地球站B地球站A图2 卫星通信示意图点评：试题以卫星电话为背景，考查考生应用万有引力定律和运动学知识分析及解决实际问题的能力解答的关键有三点：（1）地球同步卫星离地面高度的计算，求解具有一定的开放性既可以使用试题给出的相关数据，也可以用其他方法例如，近地卫星及地球同步卫星联立，用开普勒第三定律求解；或由地球质量，求出卫星离地高度；甚至直接写出（基本参数的识记是一种科学素养）（2）最短时间的分析卫星电话信号的传送过程为：电话基站卫星基站电话，如图2所示如果基站位于卫星的正下方，不计“你与同学”之间的距离，信号传送时间最短（3）数量级估算的能力估算是一种能力，是科学态度的反映4 以天体运动的奇观为载体，彰显探究能力为考查目标的课程理念科学探究是教学目标，既是学习内容，又是重要的学习方式试题中探究性问题的设计，往往侧重某一方面或某几个方面的要素并且要符合学生的实际，探究能力不宜要求过高，否则会影响测量的效果地球太阳行星图3 例8【例8】（重庆 21题）某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆每过N年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图3所示该行星与地球的公转半径之比为A B C D分析：设太阳的质量为M，地球、行星的质量分别为m1、m2，它们到太阳中心的距离分别为r1、r2，公转周期分别为T1、T2由万有引力定律及牛顿运动定律，有，解得 此即开普勒第三定律形式地球太阳行星图4 角位移分析如图4所示，地球、行星角位移、之间的关系为角速度与时间t、圆心角间的关系为于是，有已知T1=1年，解得 于是，因此选项B正确点评：试题以三星共线这一天文学奇观为背景，“每过N年，该行星会运行到日地连线的延长线上”作为假设，探究行星与地球的公转半径之间的关系要求考生能根据万有引力定律、牛顿运动定律及圆周运动的知识进行分析和数学推演，从科学探究的要素审视，试题侧重于从理论上进行分析和论证还有安徽卷第22题（分析略），以开普勒第三定律为背景，立意并设问，侧重分析和论证、评估要素的考查综上所述，2011年“天体运动”试题（限于篇幅，未能给出全部试题，文中已给试题出处，可通过其他方式查寻原题），注重知识与方法的统一，突出理论与实际联系，凸显科学技术与社会发展的关系关注知识与技能、过程与方法、情感态度与价值