第4章 链接高考5 天体运动中常考的四种信息题型-【创新教程】2025年高考物理总复习大一轮课时作业word（人教版）

课时冲关16　天体运动中常考的四种信息题型 [基础对点练] 1．(星体表面上物体的“飘起”)某行星的自转周期为T，“赤道”半径为R.研究发现，当该行星的自转角速度变为原来的2倍时会导致该行星“赤道”上的物体恰好对行星表面没有压力，已知引力常量为G，则(　　) A．该行星的质量为M＝ B．该行星的同步卫星轨道的半径为r＝R C．在该行星“赤道”上，质量为m的物体对地面的压力为F＝ D．环绕该行星做匀速圆周运动的卫星的最大线速度为7.9 km/s 解析：B　[该行星自转角速度变为原来的2倍时，周期将变为原来的，即T，由题意得G＝mR，解得M＝，故选项A错误；同步卫星的周期等于该星球的自转周期，由万有引力提供向心力可得G＝mr，又M＝，解得r＝R，故选项B正确；根据行星表面物体的重力和支持力的合力提供向心力，有mg－F′N＝mR，又mg＝G＝mR，解得F′N＝，由牛顿第三定律可知质量为m的物体对行星“赤道地面的压力为，故选项C错误；7.9 km/s是地球的第一宇宙速度，由于不知道该行星的质量以及半径与地球质量和半径的关系，无法得到该行星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度的关系，故无法确定环绕该行星做匀速圆周运动的卫星的最大线速度是不是7.9 km/s，故选项D错误．] 2. (不同轨道上卫星参量的比较)如图所示，a、b、c、d为四颗地球卫星，a静止在地球赤道表面还未发射，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星．若b、c、d的运动均可看作匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　) A．a的向心加速度小于a所在处的重力加速度 B．在相同时间内b、c、d转过的弧长相等 C．c在4小时内转过的圆心角为 D．d的运动周期可能为20小时 解析：A　[由G＝mω2R，得ω＝，弧长s＝2πR＝θR＝Rωt＝t，因Rb＜Rc＜Rd，则在相同时间内sb＞sc＞sd，则B项错误．根据＝，得θ＝×2π＝，则C项错误．由G＝m2R，得T＝2π，因为Rd＞Rc，则Td＞Tc，又Tc＝24 h，则d的运动周期大于24 h，D项错误．] 3. (卫星变轨)(多选)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1和2相切于Q点，轨道2和3相切于P点，设卫星在轨道1和轨道3正常运行的速度和加速度分别为v1、v3和a1、a3，在轨道2经过P点时的速度和加速度为v2和a2，且当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时周期分别为T1、T2、T3，以下说法正确的是(　　) A．v1＞v2＞v3　　　　 B．v1＞v3＞v2 C．a1＞a2＞a3 D．T1＜T2＜T3 解析：BD　[卫星在轨道1运行速度大于卫星在轨道3运行速度，在轨道2经过P点时的速度v2小于v3，选项A错误，B正确．卫星在轨道1和轨道3正常运行时加速度a1＞a3，在轨道2经过P点时的加速度a2＝a3，选项C错误．根据开普勒第三定律，卫星在轨道1、2、3上正常运行时周期T1＜T2＜T3，选项D正确．] 4. (卫星对接)我国发射的“天宫二号”空间实验室与之后发射的“神舟十一号”飞船成功对接．假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是(　　) A．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接 B．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接 C．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 D．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 解析：C　[若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速，则由于所需向心力变大，F供＜F需，飞船将脱离原轨道，不能实现对接，A错误；若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速，则由于需要的向心力变小，F供＞F需，空间实验室将脱离原轨道而进入更低的轨道，不能实现对接，选项B错误；要想实现对接，可使飞船在比空间实验室半径较小的轨道上加速，F供＜F需，然后飞船将进入较高的空间实验室轨道，逐渐靠近空间实验室后，两者速度接近时实现对接，选项C正确；若飞船在比空间实验室半径较小的轨道上减速，F供＞F需，则飞船将进入更低的轨道，从而不能实现对接，选项D错误．] 5．(星球上的自由落体运动)(多选)宇航员站在某一星球上，将一个小球距离星球表面h高度处由静止释放使其做自由落体运动，经过t时间后小球到达星球表面，已知该星球的半径为R，引力常量为G，则下列选项正确的是(　　) A．该星球的质量为 B．该星球表面的重力加速度为 C．该星球表面的第一宇宙速度为 D．该星球的密度为ρ＝ 解析：ACD　[h＝gt2，g＝，星球表面的物体受到的重力等于万有引力，即G＝mg，解得质量为：M＝＝，故A正确，B错误；＝m，v＝，故C正确；在星球表面有：G＝mg，星球的密度为：ρ＝，联立以上解得：ρ＝，故D正确．] 6．(图像问题)(2024·河北邢台第二次月考)我国于2020年11月24日发射“嫦娥五号”月球探测器，实现区域软着陆及采样返回，探月工程将实现“绕、落、回”三步走目标．若“嫦娥五号”月球探测器从月球表面附近落向月球表面的过程可视为末速度为零的匀减速直线运动，则在此阶段，有关“嫦娥五号”月球探测器的动能Ek与其距离月球表面的高度h、动量p与时间t的关系图像，可能正确的是(　　) 解析：B　[“嫦娥五号”月球探测器从月球表面附近落向月球表面的过程可视为末速度为零的匀减速直线运动，逆向思考此过程，根据能量守恒定律进行分析，在此阶段，“嫦娥五号”月球探测器的动能Ek与其距离月球表面的高度h的关系满足Ek＝mah，选项A错误，B正确；动量p＝mv，而v＝v0－at，则p＝mv0－mat，因此p­t图像是一次函数，选项C、D错误．] 7．(卫星的追及、相遇问题)如图所示，有A、B两颗卫星绕地心O做圆周运动，旋转方向相同，A卫星的周期为T1，B卫星的周期为T2，在某一时刻两卫星相距最近，则(引力常量为G)(　　) A．两卫星经过时间t＝T1＋T2再次相距最近 B．两颗卫星的轨道半径之比为T1∶T2 C．若已知两颗卫星相距最近时的距离，可求出地球的密度 D．若已知两颗卫星相距最近时的距离，可求出地球表面的重力加速度 解析：B　[两卫星相距最近时，两卫星应该在同一半径方向上，A比B多转动一圈时，第二次追上，转动的角度相差2π，即t－t＝2π，得出t＝，故A错误；根据万有引力提供向心力得＝mr，A卫星的周期为T1，B卫星的周期为T2，所以两颗卫星的轨道半径之比为T1∶T2，故B正确；若已知两颗卫星相距最近时的距离，结合两颗卫星的轨道半径之比可以求得两颗卫星的轨道半径，根据万有引力提供向心力得＝mr，可求出地球的质量，但不知道地球的半径，所以不可求出地球密度和地球表面的重力加速度，故C、D错误．] [能力综合练] 8．(2024·四川高三 联考)中国载人航天工程办公室从2023年9月1日起至9月30日24时，面向社会公开征集新一代载人飞船(图甲)、载人月面着陆器(图乙)的名称．根据计划，我国将在2030年前实现中国人首次登陆月球，开展月球科学考查及相关技术试验等．不考虑月球的自转，下列说法正确的是(　　) A．新一代载人飞船的发射速度必须大于11.2 km/s B．新一代载人飞船赴月过程无须主动变速 C．载人月面着陆器可在环月轨道上处于静止状态 D．载人月面着陆器登月过程中需在近月点减速变轨 解析：D　[若飞船的发射速度大于11.2 km/s，则会逃脱地球束缚，故A错误；飞船在飞向月球过程中需不断加速变轨，与着陆器登月过程相反，故D正确、B错误；由于着陆器只受月球的万有引力(其他引力可不计)，因此其不可能静止在环月轨道上，故C错误．] 9. (2024·广东广州高三统考)2023年1月21日，中国宇宙空间站的3名航天员在距地400 km高的空间站里挂起春联、系上中国结，通过视频向祖国人民送上新春祝福．空间站的运行轨道可近似看作圆形轨道Ⅰ，椭圆轨道Ⅱ为神舟十五号载人飞船与空间站对接前的运行轨道，两轨道相切于P点，下列说法正确的是(　　 ) A．空间站的线速度大于地球同步卫星的线速度 B．春联和中国结处于完全失重状态，不受任何力的作用 C．载人飞船在P点经点火减速才能从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ D．载人飞船沿轨道Ⅱ过P点的加速度大于沿轨道Ⅰ过P点的加速度 解析：A　[根据万有引力提供向心力，有＝m，可得v＝，空间站的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，则空间站的线速度大于地球同步卫星的线速度，故A正确；春联和中国结处于完全失重状态，受到地球万有引力的作用，故B错误；神舟十五号载人飞船若要从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ做离心运动，需要在P点点火加速，故C错误；根据牛顿第二定律＝ma，可得a＝，可知载人飞船沿轨道Ⅱ过P点的加速度等于沿轨道Ⅰ过P点的加速度，故D错误．] 10．(多选)脉冲星的本质是中子星，具有在地面实验室无法实现的极端物理性质，是理想的天体物理实验室，对其进行研究，有希望得到许多重大物理学问题的答案，譬如：脉冲星的自转周期极其稳定，准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学技术应用提供了理想工具．我国FAST天文望远镜首次发现了两颗太空脉冲星，其中一颗星的自转周期为T(实际测量为1.83 s)，该星距离地球1.6万光年，假设该星球恰好能维持自转不瓦解．地球可视为球体，其自转周期为T0，用弹簧测力计测得同一物体在地球赤道上的重力为两极处的k倍，已知引力常量为G，则下列关于该脉冲星的平均密度ρ及其与地球的平均密度ρ0之比正确的是(　　) A．ρ＝ B．ρ＝ C.＝ D.＝ 解析：AC　[星球恰好能维持自转不瓦解时，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，设该星球的质量为M，半径为R，表面一物体质量为m，有G＝m2R，又M＝ρ·πR3，式中ρ为该星球密度，联立解得ρ＝，选项A正确，B错误；设地球质量为M0，半径为R0，地球表面一物体质量为m′，重力为P，该物体位于地球两极时，有P＝G，在赤道上，地球对物体的万有引力和弹簧测力计对物体的拉力的合力提供物体做圆周运动所需的向心力，则有G－kP＝m′R0，联立解得M0＝，地球平均密度ρ0＝＝＝，故＝，选项C正确，D错误．] 11．(多选)为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为r1的圆轨道上运动，周期为T1，总质量为m1.随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2，则(　　) A．X星球的质量为M＝ 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的轨道上做圆周运动的周期为T2＝T1 解析：AD　[探测飞船绕星球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式G ＝m1r12，得出M＝ ，故A正确；根据圆周运动知识，a＝ 只能表示在半径为r1的圆轨道上的向心加速度，而不等于X星球表面的重力加速度，故B错误；研究登陆舱绕星球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，在半径为r的圆轨道上运动 ＝m ，得v＝ ，表达式里M为中心天体的质量，r为运动的轨道半径，所以登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为 ＝ ，＝故C错误；登陆舱绕星球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式，在半径为r的圆轨道上运动G ＝mr( )2，得T＝2π ，表达式里M为中心天体的质量，r为运动的轨道半径．所以可得T2＝T1 ，故D正确．] 12．(多选)科学家首次在太阳系外发现“类地”行星Kepler－186f.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 B．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πt 解析：AB　[根据h＝ gt2得，行星表面的重力加速度g＝ ，根据mg＝ 得，行星的第一宇宙速度v＝ ＝ ，A正确；根据mg＝ 得，行星的质量M＝ ，则行星的平均密度ρ＝ ＝ ＝ ，B正确；根据G ＝m(R＋h′) ，又GM＝R2，解得h′＝ －R，C错误；根据mg＝mR ，最小周期T′＝2πt ，D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $$