备战高考之物理一轮复习讲义11万有引力与航天新人教版.doc

备战高考之物理一轮复习讲义：11 万有引力与航天（人教版）高频考点：航天器发射和返回、地球同步卫星、宇宙探测动态发布：2011四川理综卷第19题、2010全国理综2第21题、2011全国理综卷第19题、2010江苏物理第6题、2010安徽理综第17题、2010福建理综第14题、2010浙江理综卷第20题、2011浙江理综卷第19题、2011天津理综卷第8题、2011福建理综物理第13题命题规律：万有引力与航天与现代航天技术联系密切，是高考考查的重点，高考命题常以新情境来考查，而且经常与其他知识综合出题，难度中等。命题分析考查方式一 航天器的发射和返回【命题分析】航天器向前喷气减速后返回。高考对航天器发射和返回的考查的知识点主要有超重和失重、牛顿运动定律、功能关系等。例1.（2011四川理综卷第19题）如图是“神舟”系列航天飞船返回舱返回地面的示意图，假定其过程可简化为：打开降落伞一段时间后，整个装置匀速下降，为确保安全着陆，需点燃返回舱的缓冲火箭，在火箭喷气过程中返回舱做减速直线运动，则A.火箭开始喷气瞬间伞绳对返回舱的拉力变小B.返回舱在喷气过程中减速的住要原因是空气阻力C返回舱在喷气过程中所受合外力可能做正功D.返回舱在喷气过程中处于失重状态【解析】：火箭开始喷气瞬间返回舱受到向上的反冲力，伞绳对返回舱的拉力变小，选项A正确；返回舱在喷气过程中减速的主要原因是返回舱受到的气体的反作用力，选项B错误；返回舱在喷气过程中做减速直线运动，加速度向上，所受合外力一定做负功，一定处于超重状态，选项CD错误。【答案】：A【点评】此题考查牛顿运动定律及其相关知识。 考查方式二 地球同步卫星【命题分析】卫星绕地球的运动，万有引力提供向心力。卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道平面一定过地心，轨道半径等于卫星与地心的距离。地球同步卫星的轨道一定与赤道共面，其周期等于地球自转周期。卫星问题是高考热点，解决卫星问题的方法是，根据题述条件及物理情景，应用相关规律列出相应方程联立解得。高考对地球同步卫星的考查难度中等。例2（2010全国理综2第21题）已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为 A6小时 B. 12小时 C. 24小时 D. 36小时【解析】设地球半径为R1，某行星的半径为R2，则地球的同步卫星的周期为T1=24小时，考查方式三、 宇宙探测【命题分析】航天飞机、宇宙飞船等在轨道上正常运行类似于卫星，可仿照卫星问题的处理方法，利用万有引力等于向心力列出相关方程解答。航天飞机、宇宙飞船等变轨时通过同一点所受万有引力相同，其加速度相同。航天飞机、宇宙飞船等从轨道半径较小的圆轨道通过加速变轨到椭圆轨道，机械能增大；在远地点加速变轨到半径较大的圆轨道，机械能增大。航天飞机、宇宙飞船等在椭圆轨道上运行，机械能守恒；在近地点势能最小，动能最大；在远地点势能最大，动能最小。高考对宇宙探测的考查一般以最新材料命题，难度中等。例3. （2011全国理综卷第19题）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比， A卫星动能增大，引力势能减小B卫星动能增大，引力势能增大 C卫星动能减小，引力势能减小D卫星动能减小，引力势能增大【解析】：变轨后轨道半径增大，速度减小，卫星动能减小，引力势能增大，选项D正确。【答案】：D 【点评】此题考查卫星在正常运动过程中机械能守恒。例4（2010江苏物理第6题）2009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】航天飞机在椭圆轨道上运行，机械能守恒；在近地点B势能最小，动能最大；在远地点A势能最大，动能最小。所以在轨道上经过A的速度小于经过B的速度，选项A正确；在A点从圆形轨道减速进入椭圆轨道，在轨道上经过A的动能小于在轨道上经过A的动能，选项B正确；由于椭圆轨道的半长轴小于圆形轨道半径，根据开普勒定律，在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期，选项C正确；在轨道上经过A的加速度等于在轨道上经过A的加速度，选项D错误。【答案】ABC【点评】运行中的航天器加速后做离心运动，减速后做向心运动。例5. （2011福建理综物理第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，已知引力常数G，半径为R的球体体积公式V=R3，则可估算月球的A.密度 B.质量 C.半径 D.自转周期 【解析】： “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，其轨道半径可视为等于月球半径，由G=mR，月球质量M=；由于月球半径R未知，不能估算月球质量，选项BCD错误。也不能由题中信息得到月球半径和自转周期。由密度公式，=M/V得月球密度=，选项A正确。【答案】：A【点评】此题考查万有引力定律、牛顿第二定律、密度和卫星运行等知识点。例6（2011天津理综卷第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【解析】：由G=m解得航天器的线速度，选项A正确；由B. X星球表面的重力加速度为gx=C. 登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为=D. 登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为T2=T1【解析】：探测飞船在该星球中心为圆心半径为r1的圆轨道上运动时，由G=m1r1，解得X星球的质量为M=，选项A正确；由g=GM/R2可得X星球表面的重力加速度为gx= ,因为星球半径未知，选项B错误；由G=m解得登陆舱的线速度，所以=，选项C错误；由G=mR可得=,，登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为T2=T1，选项D正确。【答案】：AD【点评】此题考查万有引力定律和飞船的运动等知识点，意在考查综合运用知识和综合分析、推理能力。例8（2010浙江理综卷第20题） 宇宙飞船以周期为T绕地球做圆周运动时，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，地球自转周期为T0。太阳光可看作平行光，宇航员在A点测出的张角为，则（AD）ROAA. 飞船绕地球运动的线速度为B. 一天内飞船经历“日全食”的次数为T/T0C. 飞船每次“日全食”过程的时间为T0/(2) D. 飞船周期为T=【解析】：飞船绕地球运动的线速度为 。由几何关系知sin(/2)=R/r， r=R/sin(/2) 联立解得v=，选项A正确。一天内飞船经历“日全食”的次数为T0/T，选项B错误；飞船每次“日全食”过程的时间为飞船转过角所需的时间，即T/(2)，选项C错误。飞船绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，解得周期T=，选项D正确。【答案】AD【点评】要通过分析得出飞船每次“日全食”过程的时间为飞船转过角所需的时间。例9（2010福建理综第14题）火星探测项目是我国继神舟载人航天工程、嫦娥探月工程之后又一个重大太空探索项目。假设火星探测器在火星表面附近圆轨道运行的周期为T1，神舟飞船在地球表面附近的圆形轨道运行周期为T2，火星质量与地球质量之比为p，火星半径与地球半径之比为q，则T1与T2之比为 A. B. C. D. 【解析】航天器在星球表面附近做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，解得周期T=2。所以=，选项D正确。【答案】D【点评】航天器在星球表面附近做匀速圆周运动，轨道半径等于星球半径。例10(2010安徽理综第17题)为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第