第四章 链接高考5 天体运动中常考的四种信息题型-2022高考物理【创新教程】大一轮高考总复习全程解决方案教师用书（人教版）

链接高考5　天体运动中常考的四种信息题型 随着我国天宫系列空间站、“悟空”号暗物质探测卫星、“墨子”号量子科学实验卫星、“慧眼”号X射线空间天文卫星、“天眼”等重大科技成果相继问世和重大天文现象的发现，结合最新的航天成果考查万有引力与航天的信息题已成为高考的热点，在此类信息题中，审题时要注意排除干扰因素，挖掘隐含条件，抓住问题的关键． 2021年高考可能会结合最新航天科技成果，创新物理情境，考查万有引力定律的应用，如估测天体质量和密度、宇宙速度、运行周期、空间距离以及预测天文现象等． 星球瓦解与物体的“飘起” [考点解读] (1)星球恰好能维持自转不瓦解，说明万有引力恰好能提供其表面物体做圆周运动所需的向心力． (2)星体表面上的物体随星体自转，其公转周期与星体自转周期相等，其公转半径与星体半径相等． [典题例析] [典例1]　(2020·新课标Ⅱ卷，15)若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是(　　) A.　　　　　　　 B． C. D． [解析]　A　[卫星在星体表面附近绕其做圆周运动，则.]，知卫星在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期T＝πR3，ρ＝R，V＝＝m [跟进题组] 1．(多选)近期天文学界有很多新发现，若某一新发现的星体质量为m、半径为R、自转周期为T，引力常量为G.下列说法正确的是(　　) A．如果该星体的自转周期T<2π，则该星体会解体 B．如果该星体的自转周期T>2π，则该星体会解体 C．该星体表面的引力加速度为 D．如果有卫星靠近该星体表面做匀速圆周运动，则该卫星的速度大小为 解析：AD　[如果在该星体“赤道”表面有一物体，质量为m′，当它受到的万有引力大于跟随星体自转所需的向心力时，即G，故选项D正确．]，解得v＝＝m″，故选项C错误；如果有质量为m″的卫星靠近该星体表面做匀速圆周运动，有G＝m′g′，所以g′＝G时，星体会解体，故选项A正确，B错误；在该星体表面有G，此时，星体处于稳定状态不会解体，而当该星体的自转周期T<2π时，有T>2π>m′R 卫星的变轨问题 [考点解读] 1．卫星发射及变轨过程概述 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示． (1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上． (2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ. (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ. 2．四个运行物理量的大小比较 (1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点速率分别为vA、vB.在A点加速，则vA＞v1，在B点加速，则v3＞vB，又因v1＞v3，故有vA＞v1＞v3＞vB. (2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同． (3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1＜T2＜T3. (4)机械能：①卫星在不同轨道上的机械能E不相等，“高轨高能，低轨低能”卫星变轨过程中机械能不守恒，图中EⅠ<EⅡ<EⅢ；②卫星在同一椭圆轨道上运动时，机械能不变．当卫星从远地点到近地点时，万有引力对卫星做正功，卫星的动能增大，引力势能减小，EkⅡA>EkⅡB，EpⅡA<EpⅡB. [典例赏析] [典例2]　(2021·天津七校期中联考)“嫦娥四号”生物科普试验载荷项目团队发布消息称停留在月球上的“嫦娥四号”探测器上的一颗棉花种子已经发芽，这是人类首次在月球上进行生物生长试验．如图所示，“嫦娥四号”先在环月圆轨道Ⅰ上运行，接着在Ⅰ上的P点实施变轨进入近月椭圆轨道Ⅱ，再由近月点Q实施近月制动，最后成功着陆月球，下列说法正确的是(　　) A．“嫦娥四号”绕轨道Ⅱ运行的周期大于绕轨道Ⅰ运行的周期 B．“嫦娥四号”沿轨道Ⅰ运动至P时，需要制动减速才能进入轨道Ⅱ C．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在P点的加速度大小大于在Q点的加速度大小 D．“嫦娥四号”在轨道Ⅱ上由P点运行到Q点的过程中，速度逐渐减小 [审题指导]　卫星由高轨道变轨到低轨道需要减速，而由低轨道变轨到高轨道需要加速，这一点在解决变轨问题时经常用到，一定要掌握． [解析]　B　[由开普勒第三定律，可知到月球的距离越远，加速度越小，因此“嫦娥四号”在P点的加速度大小小于在Q点的加速度大小，C项错误；“嫦娥四号”由P点运行到Q点的过程是由远月点向近月点运动，速度逐渐增大，D项错误．]＝ma解得加速度a＝＝k可知，轨道的半长轴越大，周期越大，因此“嫦娥四号”绕轨道Ⅱ运行的周期小于绕轨道Ⅰ运行的周