备战2020高考物理3年高考2年模拟1年原创专题5.8宇宙探测（含解析）.docx

专题5.8 宇宙探测【考纲解读与考频分析】宇宙探测是科技热点，也是高考命题热点。【高频考点定位】： 宇宙探测考点一 宇宙探测【3年真题链接】1.（2018高考全国理综III）为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（ ）A2:1 B4:1 C8:1 D16:1【参考答案】C【命题意图】本题考查卫星的运动、开普勒定律及其相关的知识点。【解题思路】设地球半径为R，根据题述，地球卫星P的轨道半径为RP=16R，地球卫星Q的轨道半径为RQ=4R，根据开普勒定律，=64，所以P与Q的周期之比为TPTQ=81，选项C正确。【易错警示】解答此题常见错误是：把题述的卫星轨道半径误认为是卫星距离地面的高度，陷入误区。2.（2018高考理综II16）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 BC D【参考答案】.C【命题意图】本题考查万有引力定律、牛顿运动定律、密度及其相关的知识点。【解题思路】设脉冲星质量为M，半径为R。选取脉冲星赤道上一质元，设质量为m，由万有引力定律和牛顿第二定律可得G=mR（）2，星体最小密度=M/V，星球体积V=R3，联立解得：=，代入数据得=51015kg/m，选项C正确。3.（2018高考全国理综I）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【参考答案】BC【命题意图】 本题考查天体运动、万有引力定律、牛顿运动定律及其相关的知识点。【解题思路】双中子星做匀速圆周运动的频率f=12Hz（周期T=1/12s），由万有引力等于向心力，可得，G=m1r1（2f）2，G=m2r2（2f）2，r1+ r2=r=40km，联立解得：（m1+m2）=（2f）2Gr3，选项B正确A错误；由v1=r1=2f r1，v2=r2=2f r2，联立解得：v1+ v2=2f r，选项C正确；不能得出各自自转的角速度，选项D错误。4（2018高考天津理综）2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫星的（ ）A密度 B向心力的大小 C离地高度 D线速度的大小【参考答案】 CD【名师解析】根据卫星的万有引力提供向心力，及在地球表面附近，可求卫星的轨道半径，则离地高度可求，选项C正确；由于通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期T，所以卫星线速度的大小可求，选项D正确；因为不知道卫星质量，所以向心力的大小不可求，选项B错误；可求地球的密度，不可求卫星的密度，选项A错误。【点睛】解决本题的关键掌握万有引力定律的两个重要理论：1、万有引力等于重力（忽略自转），2、万有引力提供向心力，并能灵活运用。5. （2018年11月浙江选考物理） 20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空的全新领域。现有一艘远离星球在太空中直线飞行的宇宙飞船，为了测量自身质量，启动推进器，测出飞船在短时间t内速度的改变为v，和飞船受到的推力F（其它星球对它的引力可忽略）。飞船在某次航行中，当它飞近一个孤立的星球时，飞船能以速度v，在离星球的较高轨道上绕星球做周期为T的匀速圆周运动。已知星球的半径为R，引力常量用G表示。则宇宙飞船和星球的质量分别是（ ）第12题图A. ，v2RG B. ， C. ，v2RG D. ，【参考答案】D【名师解析】根据题述，飞船在短时间t内速度的改变为v，和飞船受到的推力F，由牛顿第二定律，F=ma=m，解得飞船质量m=。飞船绕星球做圆周运动，由GMmr2=mv2r，GMmr2=mr，联立解得：M=，选项D正确。【2年模拟再现】1. （2019湖南长沙长郡中学二模）2019年1月3日嫦娥四号月球探测器成功软着陆在月球背面的南极-艾特肯盆地冯卡门撞击坑，成为人类历史上第一个在月球背面成功实施软着陆的人类探测器。如图所示，在绕月椭圆轨道上，已关闭动力的探月卫星仪在月球引力作用下向月球靠近，片在B处变轨进入半径为r、周期为T的环月圆轨道运行。已知引力常量为G，下列说法正确的是（）A. 图中探月卫星飞向B处的过程中动能越来越小B. 图中探月卫星飞到B处时应减速才能进入圆形轨道C. 由题中条件可计算出探月卫星受到月球引力大小D. 由题中条件可计算月球的密度【参考答案】B【名师解析】探月卫星在飞向B处的过程中，月球对它的万有引力的方向和其运动方向之间的夹角小于90，所以月球的引力对探月卫星做正功，速率增大，动能越来越大，选项A错误；探月卫星在椭圆轨道的B点做离心运动，需要的向心力小于万有引力，探月卫星不可能自主改变轨道，只有在点火减速变轨后，才能进入圆轨道，选项B正确；对探月卫星，根据万有引力提供向心力，得，根据空间站的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G就能计算出月球的质量M，但由于不知道探月卫星的质量，所以不能求出探月卫星受到月球引力大小。故C错误。由于月球的半径未知，所以不能求出月球的密度，故D错误。2. (2019河北百校联考)嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成。探测器预计在2017年由长征五号运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空，自动完成月面样品采集，并从月球起飞，返回地球，带回约2 kg月球样品。某同学从网上得到一些信息，如表格中的数据所示，请根据题意，判断地球和月球的密度之比为()月球半径R0月球表面处的重力加速度g0地球和月球的半径之比4地球表面和月球表面的重力加速度之比6A. B. C4 D6【参考答案】B【名师解析】利用题给信息，对地球，有Gmg，得M，又VR3，得地球的密度；对月球，有Gmg0，得M0，又V0R，得月球的密度0，则地球的密度与月球的密度之比，故B正确。3(2019永州联考)如图所示，两星球相距为L，质量比为mAmB19，两星球半径远小于L。从星球A沿A、B连线向星球B以某一初速度发射一探测器，只考虑星球A、B对探测器的作用，下列说法正确的是 ()A探测器的速度一直减小 B探测器在距星球A为处加速度为零C若探测器能到达星球B，其速度可能恰好为零 D若探测器能到达星球B，其速度一定大于发射时的初速度【参考答案】BD【名师解析】探测器从A向B运动，所受的万有引力合力先向左再向右，则探测器的速度先减小后增大，故A错误；当探测器合力为零时，加速度为零，则有：GG，因为mAmB19，则：rArB31，知探测器距离星球A的距离为：x，故B正确；探测器到达星球B的过程中，由于B的质量大于A的质量，从A到B万有引力的合力做正功，则动能增加，所以探测器到达星球B的速度一定大于发射时的速度，故C错误，D正确预测考点一：宇宙探测【2年模拟再现】1（6分）（2019湖北武汉武昌5月调研）据报道，美国国家航空航天局（NASA）首次在太阳系外发现“类地”行星Kepler186f若宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星，进行科学观测：该行星自转周期为T；宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h处自由释放一个小球（引力视为恒力），落地时间为t已知该行星半径为R，万有引力常量为G，则下列说法正确的是（）A该行星的第一宇宙速度为2R/TB该行星的平均密度为C如果该行星存在一颗同步卫星，其距行星表面高度为D宇宙飞船绕该星球做圆周运动的周期小于t【参考答案】B【命题意图】本题考查万有引力定律、自由落体运动规律、牛顿运动定律与匀速圆周运动及其相关知识点。【解题思路】根据hgt2得，行星表面的重力加速度g2h/t2，行星的第一宇宙速度v1，选项A错误；根据mgG得，行星的质量M，行星体积V=R3，则行星的平均密度M/V=，选项B正确；由G=m(R+h)()2，得，又GMgR2，解得hR，选项C错误。由开普勒定律可知，当宇宙飞船绕该星球表面运动时做匀速圆周运动的周期最小，最小周期为T=2R/v1=2R/=t，选项D错误。【方法归纳】根据自由落体运动的位移公式求出行星表面的重力加速度，与第一宇宙速度公式得出行星的第一宇宙速度；根据万有引力等于重力求出行星的质量，结合密度公式求出行星的平均密度；根据万有引力提供向心力，求出行星同步卫星的轨道半径，从而得出同步卫星距离行星表面的高度解决卫星运动类问题的关键是利用：在星体表面万有引力等于重力，卫星或飞船绕星体做匀速圆周运动，万有引力提供向心力2.（2018成都一诊）2016年8月16日，我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，该卫星的发射将使我国在国际上率先实现高速量子通信，初步构建量子通信网络。“墨子号”卫星的质量为m（约64okg），运行在高度为h（约500km）的极地轨道上，假定该卫星的轨道是圆，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R。则关于运行在轨道上的该卫星，下列说法正确的是（ ）A运行的速度大小为 B运行的向心加速度大小为gC运行的周期为2 D运行的动能为【参考答案】.D【命题意图】 本题考查万有引力定律、匀速圆周运动、牛顿运动定律、动能及其相关的知识点。【名师解析】由万有引力等于向心力，G=m，在地球表面，万有引力等于重力，G=mg，联立解得卫星运行的速度：v=，选项A错误；根据牛顿第二定律，由万有引力等于向心力，G=ma，G=mg，联立解得向心加速度a=，选项B错误；由万有引力等于向心力，G=m(R+h)()2，在地球表面，万有引力等于重力，G=mg，联立解得卫星运行的周期：T=2，选项C错误；卫星运行的动能Ek=mv2=，选项D正确。3.（2018山西吕梁市孝义市一模）所谓“深空探测”是指航天器脱离地球引力场，进入太阳系空间或更远的宇宙空间进行探测，现在世界范围内的深空探测主要包括对月球、金星、火星、木星等太阳系星体的探测。继对月球进行深空探测后，2018年左右我国将进行第一次火星探测。图示为探测器在火星上着陆最后阶段的模拟示意图。首先在发动机作用下，探测器受到推力作用在距火星表面一定高度处（远小于火星半径）悬停；此后发动机突然关闭，探测器仅受重力下落2t0时间（未着地），然后重新开启发动机使探测器匀减速下降，经过时间t0，速度为0时探测器恰好到达火星表面。已知探测器总质量为m（不计燃料燃烧引起的质量变化），地球和火星的半径的比值为k1，质量的比值为k2，地球表面附近的重力加速度为g，求：（1）探测器悬停时发动机对探测器施加的力。（2）探测器悬停时具有的重力势能（火星表面为零势能面）。【思路分析】（1）在行星表面，重力等于万有引力，据此列式求解星球表面重力加速度；然后根据平衡条件列式求解；（2）根据牛顿第二定律和运动学公式列式求解高度h，然后根据重力势能的定义求解重力势能表达式。【名师解析】（1）设地球的质量和半径分别为M和R，火星的质量、半径和表面重力加速度分别为M、R和g根据重力等于万有引力有：mg=和mg=G。联立解得：g=g；探测器悬停时，根据力的平衡可知，此时发动机对探测器施加的力F=mg=mg。（2）设重新开启发动机时探测器速度为v，则v=2 gt0，所以探测器悬停时距火星表面高度h=3 t0，解得：h=gt02， 探测器悬停时具有的重力势能Ep=mgh=；答：（1）探测器悬停时发动机对探测器施加的力为mg。（2）探测器悬停时具有的重力势能为。【1年仿真原创】1.小型登月器连接在航天站上，一起绕月球做圆周运动，其轨道半径为月球半径的3倍，某时刻，航天站使登月器减速分离，登月器沿如图所示的椭圆轨道登月，在月球表面逗留一段时间完成科考工作后，经快速启动仍沿原椭圆轨道返回，当第一次回到分离点时恰与航天站对接，登月器快速启动时间可以忽略不计，整个过程中航天站保持原轨道绕月运行。已知月球表面的重力加速度为g，月球半径为R，不考虑月球自转的影响，则登月器可以在月球上停留的最短时间约为()A4.7 B3.6 C1.7 D1.4【参考答案】A【名师解析】设登月器和航天站在半径为3R的轨道上运行时的周期为T，因其绕月球作圆周运动，所以应用牛顿第二定律有 m，r3RT2 6 ，在月球表面的物体所受重力近似等于万有引力，GMgR2 ，所以T6 ，设登月器在小椭圆轨道运行的周期为T1，航天站在大圆轨道运行的周期为T2。对登月器和航天站依据开普勒第三定律分别有为使登月器仍沿原椭圆轨道回到分离点与航天站实现对接，登月器可以在月球表面逗留的时间t应满足tnT2T1(其中，n1、2、3、)联立得t6n 4 (其中，n1、2、3、)当n1时，登月器可以在月球上停留的时间最短，即t4.7，故A正确。2中国志愿者王跃参与人类历史上第一次全过程模拟从地球往返火星的试验“火星500”。假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时，经历如图所示的变轨过程，则下列说法正确的是()A飞船在轨道上运动时，在P点的速度大于在Q点的速度B飞船在轨道上运动时，在P点的速度大于在轨道上运动时在P点的速度C飞船在