第四章 链接高考5 天体运动中常考的四种信息题型-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（老教材，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]　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6.67×10－11N·m2/kg2，以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为(　　) A．5×109kg/m3　　　　 B．5×1012kg/m3 C．5×1015kg/m3 D．5×1018kg/m3 解析：C　[毫秒脉冲星稳定自转时由万有引力提供其表面物体做圆周运动的向心力，根据G＝m，M＝ρ·πR3，得ρ＝，代入数据解得ρ≈5×1015kg/m3，C正确．] [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>m′R时，有T>2π，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，星体会解体，故选项A正确，B错误；在该星体表面有G＝m′g′，所以g′＝G，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″，解得v＝，故选项D正确．] 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]　2020年7月23日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器在中国文昌航天发射场点火升空，并于2021年登陆火星．假设如图所示为载着登陆舱的探测器经过多次变轨后登陆火星的轨迹图，其中轨道Ⅰ、Ⅲ为椭圆，轨道Ⅱ为圆．探测器在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运动后在Q点登陆火星，O点是轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的交点，轨道上的O、P、Q三点与火星中心在同一直线上，O、Q两点分别是椭圆轨道Ⅲ的远火星点和近火星点。已知火星的半径为R，OQ＝4R，探测器在轨道Ⅱ上经过O点时的速度为v.下列说法正确的是(　　) A．相等时间内，在轨道Ⅰ上，探测器与火星中心的连线扫过的面积与在轨道Ⅱ上探测器与火星中心的连线扫过的面积相等 B．探测器在轨道Ⅱ上运动时，经过O点的加速度等于 C．探测器在轨道Ⅰ上运动时，经过O点的速度小于v D．探测器在轨道Ⅱ上第一次由O点到P点与在轨道Ⅲ上第一次由O点到Q点运动的时间之比是3∶2 [素养聚焦]　本题结合“天问一号”的发射考查