微专题三 天体问题中的六大问题（复习讲义）（全国通.用）（原卷版）2026版高考物理二轮微专题复习

PAGE1PAGE微专题三天体问题中的六大问题目录TOC\o"1-4"\h\z\u01考情解码•命题预警 202体系构建•思维可视 303核心突破•靶向攻坚 5考点一天体问题中的六大问题 5知识点1卫星相关的超重与失重问题 5知识点2卫星追及、相遇问题 5知识点3双星问题 6知识点4多星问题 7知识点5星球的瓦解问题 7知识点6黑洞 7考向1卫星相关的超重与失重问题 7考向2卫星追及、相遇问题 8考向3双星与多星问题 9考向4星球瓦解与黑洞问题 1004真题溯源•考向感知 10考点要求考频2025年2024年2023年卫星相关的超重与失重简单应用中频2024•甘肃、2024•浙江、2023•北京、卫星的追及与相遇综合应用中频2025•四川、2023•广东、2023•湖北、2023•浙江、2023•重庆、双星及多星问题简单应用低频2024•重庆、2023•福建、星球的瓦解与黑洞简单应用低频考情分析：1.命题形式：选择题实验题计算题2.命题分析：高考对这部分内容的考查，大多以选择题的形式出现，命题情境常结合我国航天成就，如神舟飞船、天宫空间站、嫦娥探月工程等，此类情境既考查知识应用，又增强学生的科技自豪感。试题的核心几乎都围绕‌圆周运动模型‌展开，以‌万有引力充当向心力‌为基本方程。卫星相关的超重与失重常与变轨问题（如从低轨到高轨、返回制动）紧密结合主要考查卫星或航天器在‌发射、返回等非匀速圆周运动阶段的瞬时状态。卫星的追及与相遇本质是‌圆周运动中的追及相遇问题‌。双星及多星问题考查‌万有引力提供向心力‌构成的稳定系统。核心特征是系统中的天体‌绕着它们共同的质心（质量中心）‌做圆周运动。3.备考建议：本讲内容备考时候，透彻理解万有引力定律、牛顿运动定律（尤其是圆周运动的向心力）、开普勒三定律是解决所有卫星和天体运动问题的基石。练习从复杂的文字描述或新情境中迅速识别出对应的物理模型（是中心天体模型？双星模型？追及模型？瓦解临界？黑洞临界？），并能将新情境参数代入到熟悉的模型框架中求解。4.命题情境：①生活实践类：国家重大航天工程（探月、探火、空间站）；重大天文发现（引力波、黑洞照片、脉冲星）；现代天文观测背景（如中子星、脉冲星的高速自转）②学习探究类：太空电梯中的超重与失重分析；地球同步卫星与低轨道卫星的追及问题5.常用方法：构建模型、分析和推理，“重力加速度法”、“环绕法”两个模型（天上模型：万有引力提供向心力规律来分析天体运动问题；地上模型：万有引力等于重力（忽略自转）），比例法分析问题复习目标：1.会分析天体的追及相遇问题。2.掌握双星、多星模型，会解决相关问题。3.会应用万有引力定律解决星球“瓦解”和黑洞问题。考点一天体问题中的六大问题知识点1卫星相关的超重与失重问题“超重”是卫星进入轨道的_____________和回收时的_____________，此情景与“升降机”中物体超重相同.“失重”是卫星__________________________，卫星上的物体完全“失重”（因为重力提供向心力），此时，在卫星上的仪器，凡是制造原理与重力有关的均不能正常使用.知识点2卫星追及、相遇问题1.两卫星在同一轨道绕中心天体同向运动，要使后一卫星追上另一卫星，我们称之为追及问题。两卫星在不同轨道绕中心天体在同一平面内做匀速圈周运动，当__________________________时我自们称之为两卫星_____________问题。2.分类①最近到最近两同心转动的卫星(rA<rB)同向转动时，位于同一直径上且在圆心的同侧时，相距最近。从相距最近到再次相距最近，两卫星的运动关系满足：同向：θA-θB=2π即(ωA-ωB)t=2π或tTA-反向：θA+θB=2π即(ωA+ωB)t=2π或tTA+ ②最近到最远两同心转动的卫星(rA<rB)同向转动时，位于同一直径上且在圆心的异侧时，相距最远。从相距最近到第一次相距最远，两卫星的运动关系满足：同向：θA-θB=π即(ωA-ωB)t'=π或t'TA-t反向：θA+θB=π即(ωA-ωB)t'=π或t'TA-t得分速记得分速记：说明：①由于圆周运动的周期性，相遇多次可在原来的2π的基础上加2πn，n=0，1，2，3，……，如θA-θB=2π+2πn②若两同心转动的卫星初始位置不在同一直径上时，找两卫星的运动关系时需注意初始时刻两卫星与地心连线之间的夹角。知识点3双星问题1．模型构建：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统．2．特点：①各自所需的__________________________，即 .②两颗星的__________________________，即.③两颗星的轨道半径与它们之间的距离关系为：.④两星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比，即eq\f(m1,m2)＝eq\f(r2,r1).⑤双星的运动周期T＝2πeq\r(\f(L3,Gm1＋m2)).⑥双星的总质量m1＋m2＝eq\f(4π2L3,T2G).知识点4多星问题所研究星体所受万有引力的合力提供做圆周运动的向心力，除中央星体外，各星体的角速度或周期相同。常见的多星模型及其规律：常见的三星模型Gm2(2R)Gm2L2×cos30°常见的四星模型Gm2L2×cos45°×2+Gm2L2×cos30°×2+知识点5星球的瓦解问题当星球自转越来越快时，星球对“赤道”上的物体的引力不足以提供向心力时，物体将会“飘起来”，进一步导致星球瓦解，瓦解的临界条件是_________________________________________________，即eq\f(GMm,R2)＝mω2R，得ω＝eq\r(\f(GM,R3)).当ω>eq\r(\f(GM,R3))时，星球瓦解，当ω<eq\r(\f(GM,R3))时，星球稳定运行．知识点6黑洞黑洞是一种密度极大、引力极大的天体，以至于光都无法逃逸，科学家一般通过观测绕黑洞运行的天体的运动规律间接研究黑洞．_____________________________________________________________，该天体就是黑洞．考向1卫星相关的超重与失重问题例1（2025·辽宁锦州·一模）在2024年10月的一次太空科普活动中，神舟十七号航天员在空间站进行了关于陀螺的有趣实验展示。对于在空间站中处于“静止”状态的陀螺，下列说法正确的是（）A．陀螺的惯性随转速增大而增大B．陀螺不受地球引力作用C．陀螺所受地球引力提供其绕地球运动的向心力D．陀螺所受合外力为零【变式训练1·变角度】（2025·辽宁丹东·二模）（多选）2024年9月25日，中国火箭军向太平洋公海海域发射一枚东风31AG洲际弹道导弹，射程达12000公里，速度达25马赫以上（1马赫相当于声速），展示了中国不断提升的国防科技实力。若导弹的发射过程简化成先加速上升，然后调整姿态，出了大气层后绕地球做匀速圆周运动，再调整姿态，先加速下降，返回大气层时受阻力作用减速，以下说法正确的是（）A．调整姿态后的加速下降阶段导弹处于超重状态B．加速上升阶段导弹处于超重状态C．匀速圆周运动阶段导弹处于完全失重状态D．返回大气层时的减速阶段导弹处于失重状态考向2卫星追及、相遇问题例2（2025·甘肃白银·模拟预测）某科幻电影中，在赤道平面上有空间站A和卫星B同向自西向东绕地球做匀速圆周运动，两者的轨道半径之比，空间站A处于地球同步轨道上，用超轻高强度材料做成的“天梯”连接地面和空间站A，卫星B每次经过“天梯”旁时（对“天梯”没有影响）会监测“天梯”的工作状况。从卫星B某次经过“天梯”旁开始计时，之后24h内卫星B经过“天梯”的次数为（）A．6次 B．7次 C．8次 D．9次【变式训练1·变考法】（2025·广西南宁·模拟预测）2025年1月13日，我国自主研制的捷龙三号运载火箭在山东海洋海域成功发射，一次将十颗卫星送入预定轨道，创造了我国海上发射的新纪录。其中卫星A、B在同一平面内沿同一方向绕地球做匀速圆周运动，它们之间的距离随时间变化的关系如图所示，不考虑A、B之间的万有引力，已知卫星A的线速度大于卫星B的线速度，下列说法正确的是（）A．卫星A的轨道半径大于卫星B的轨道半径B．卫星A、B从相距最近到相距最远的最短时间间隔等于TC．卫星A的周期等于TD．卫星B的周期等于7T考向3双星与多星问题例3（2025·海南·模拟预测）“二月二，龙抬头”是中国民间传统节日。每岁仲轿卯月之初、“龙角虽”犹从东方地平线上升起，故称“龙抬头”。0点后朝东北方天空看去，有两颗究见“角宿一”和“角宿二”，就是龙角星。该龙角星可视为双星系统，它们在相互间的万有引力作用下，绕某一点做匀速圆周运动。若“角宿一”的质量为、“角宿二”的质量为，它们中心之间的距离为，公转周期为，万有引力常量。忽略自转的影响，则下列说法正确的是（）A．“角宿一”的轨道半径为B．“角宿一”和“角宿二”的向心加速度之比为:C．“角宿一”和“角宿二”的线速度之比为:D．“角宿一”和“角宿二”做圆周运动的向心力之比为:例4（2025·甘肃·模拟预测）如图所示的“三星”系统，三星A、B、C质量均为，位置连线构成等边三角形，三角形边长为，三星绕共同圆心做匀速圆周运动，不考虑其他星体影响，万有引力常量为，则（）A．A、B、C向心加速度相同B．A受B的引力大小等于A的向心力大小C．A受C引力大小等于A向心力大小的D．A所需向心力大小为考向4星球瓦解与黑洞问题例5由于潮汐力的作用，地球与月球之间的距离会缓慢减小，当月球表面的物体受到地球对它的引力与月球对它的引力大小相等时，月球开始瓦解。已知地球的半径为R，地球表面的引力加速度是月球表面的引力加速度的6倍。不考虑自转影响，当月球开始瓦解时，月球表面到地球表面的最小距离为（）A． B． C． D．例6任何具有质量的物质压缩到一定的体积后都会形成一个黑洞，此时它的第二宇宙速度等于光速。已知引力常量，光速，第二宇宙速度为第一宇宙速度的倍。如果把一个成年人“压缩”成为球形黑洞，该黑洞半径的数量级约为（）A． B． C． D．1．（2024·甘肃·高考真题）小杰想在离地表一定高度的天宫实验室内，通过测量以下物理量得到天宫实验室轨道处的重力加速度，可行的是（）A．用弹簧秤测出已知质量的砝码所受的重力B．测量单摆摆线长度、摆球半径以及摆动周期C．从高处释放一个重物、测量其下落高度和时间D．测量天宫实验室绕地球做匀速圆周运动的周期和轨道半径2．（2025·四川·高考真题）某人造地球卫星运行轨道与赤道共面，绕行方向与地球自转方向相同。该卫星持续发射信号，位于赤道的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如图所示，T为地球自转周期。已知该卫星的运动可视为匀速圆周运动，地球质量为M，万有引力常量为G。则该卫星轨道半径为（

）A． B． C． D．3．（2023·浙江·高考真题）太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动．当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，称为“行星冲日”，已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表：行星名称地球火星木星土星天王星海王星轨道半径1.01.55.29.51930则相邻两次“冲日”时间间隔约为（）A．火星365天 B．火星800天C．天王星365天 D．天王星800天4．（2024·重庆·高考真题）在万有引力作用下，太空中的某三个天体可以做相对位置不变的圆周运动，假设a、b两个天体的质量均为M，相距为2r，其连线的中点为O，另一天体（图中未画出）质量为m（m<<M），若c处于a、b连线的垂直平分线上某特殊位置，a、b、c可视为绕O点做角速度相同的匀速圆周，且相对位置不变，忽略其他天体的影响。引力常量为G。则（

）A．c的线速度大小为a的倍 B．c的向心加速度大小为b的一半C．c在一个周期内的路程为2πr D．c的角速度大小为5．（2023·福建·高考真题）（多选）人类为探索宇宙起源