2019-2020年高三物理二轮(通用版)：天体运动含解析高中物理试题试卷分析.pdf

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1、2019-2020 年高三物理二轮（通用版） ：天体运动含解析高中物理 试题试卷分析 考点一天体质量和密度的估算 1.考查天体质量的估算 (2016 六安一中模拟)我国航天事业取得了突飞猛进地发展，航天技术位于世界前列，在 航天控制中心对其正上方某卫星测控时，测得从发送“操作指令”到接收到卫星“已操作” 的信息需要的时间为2t(设卫星接收到“操作指令”后立即操作，并立即发送“已操作”的信 息到控制中心)，测得该卫星运行周期为T，地球半径为R，电磁波的传播速度为c，由此可以 求出地球的质量为() A. 2 8Rct 3 2GT 2 B.4 2 Rct 3 GT 2 C. 2 2Rct 3 2GT

2、 2D. 2 4Rct 3 GT 2 解析： 选 B由 xvt 可得： 卫星与地球的距离为x1 2c(2t)ct 卫星的轨道半径为：rRx R ct； 由万有引力公式可得：GMm r 2mr4 2 T 2 解得： M 4 2 R ct 3 GT 2 故 B 正确。 2考查天体密度的估算 (2014 全国卷 )假设地球可视为质量均匀分布的球体。已知地球表面重力加速度在两极 的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G。地球的密度为() A.3g 0g GT 2g 0 B. 3 g0 GT 2 g0g C. 3 GT 2 D. 3 g0 GT 2g 解析： 选 B根据万有引力与

3、重力的关系解题。物体在地球的两极时，mg0GMm R 2，物体 在赤道上时， mgm 2 T 2R GMm R 2，以上两式联立解得地球的密度 3 g0 GT 2 g0g 。故选项 B 正确，选项A、C、D 错误。 3考查天体密度的估算与比较 (2016 安阳二模 )“嫦娥五号”探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成。探测 器预计在2017 年由“长征五号”运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空，自动完成月面 样品采集，并从月球起飞，返回地球，带回约2 kg 月球样品。某同学从网上得到一些信息， 如表中数据所示，请根据题意，判断地球和月球的密度之比为() 月球半径R0 月球表面处的重力加

4、速度g0 地球和月球的半径之比 R R04 地球表面和月球表面的重力加速度之比 g g0 6 A.2 3 B.3 2 C4 D6 解析： 选 B在地球表面，重力等于万有引力，则有GMm R 2 mg，解得 M gR 2 G ，故密度 为 M V gR 2 G 4 3 R 3 3g 4 GR， 同理，月球的密度为 0 3g0 4 GR0， 故地球和月球的密度之比为 0 gR0 g0R 6 1 4 3 2，选项 B 正确。 4考查天体质量和密度的估算与运动学规律的综合 (2016 哈尔滨三中模拟)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

5、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 2hR 2 Gt 2 B该星球表面的重力加速度为 h 2t 2 C该星球的第一宇宙速度为 2hR t 2 D通过以上数据无法确定该星球的密度 解析： 选 A小球做自由落体运动，则有h 1 2gt 2，解得该星球表面的重力加速度 g 2h t 2， 故 B 错误； 对星球表面的物体， 万有引力等于重力， 即 GMm R 2mg， 可得该星球的质量M 2hR 2 Gt 2， 故 A 正确；该星球的第一宇宙速度vgR 2hR t ，故 C 错误；该星球的密度 M 4 3 R 3 3h 2 RGt 2，故

6、 D 错误。 考点二卫星运行参量的比较 5.考查不同轨道的卫星运行参量大小比较 (2016 连云港高三期末)2015 年 9 月 20 日，我国成功发射“一箭20 星”，在火箭上升的 过程中分批释放卫星，使卫星分别进入离地200600 km 高的轨道。轨道均视为圆轨道，下 列说法正确的是() A离地近的卫星比离地远的卫星运动速率小 B离地近的卫星比离地远的卫星向心加速度小 C上述卫星的角速度均大于地球自转的角速度 D同一轨道上的卫星受到的万有引力大小一定相同 解析： 选 C卫星做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：GMm r 2mv 2 r ，解得： v GM r ，故离地近的卫星比离地远的卫

7、星运动速率大，故A 错误；卫星做匀速圆周运动，根 据牛顿第二定律，有：GMm r 2 ma，解得： aGM r 2 ，故离地近的卫星比离地远的卫星向心加速 度大，故B 错误；卫星做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：GMm r 2 m 2r，解得： GM r 3，同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，同步卫星的轨道离地面高度约为36 000 千米，卫星分别进入离地200 600 km 高的轨道，是近地轨道，故角速度大于地球自转的角 速度，故C 正确；由于卫星的质量不一定相等，故同一轨道上的卫星受到的万有引力大小不 一定相等，故D 错误。 6考查椭圆轨道卫星及运行参量的比较 (2016 佛山模拟

8、 )如图所示， 曲线是一颗绕地球做圆周运动卫星轨 道的示意图， 其半径为R；曲线是一颗绕地球做椭圆运动卫星轨道的 示意图， O 点为地球球心，AB 为椭圆的长轴，两轨道和地心都在同一 平面内，已知在两轨道上运动的卫星的周期相等，万有引力常量为G，地球质量为M，下列 说法正确的是() A椭圆轨道的长轴长度为R B卫星在轨道的速率为v0，卫星在轨道 B 点的速率为vB，则 v0 2GM 3R 解析： 选 C根据开普勒第三定律得 a 3 T 2k，a 为半长轴，已知卫星在两轨道上运动的卫 星的周期相等，所以椭圆轨道的长轴长度为2R，故 A 错误； B 点为椭圆轨道的远地点，速度 比较小， v0表示做

9、匀速圆周运动的速度，v0vB，故 B 错误；根据牛顿第二定律得a GM r 2， 卫星在轨道距离地心的距离大于卫星在轨道A 点距离地心的距离，所以a0aA，故 C 正确； 若 OA0.5R， 则 OB1.5R， 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力， GMm r 2 mv 2 r ，v GM r ，如果卫星以OB 为轨道半径做匀速圆周运动，v GM r 2GM 3R ， 在轨道上，卫星在B 点要减速，做近心运动，所以卫星在B 点的速率vB 2GM 3R ，故 D 错 误。 7考查赤道上物体与轨道卫星运行参量的比较与计算 有 a、b、c、d 四颗地球卫星，a 还未发射，在地球赤道

10、上随地球 表面一起转动，b 处于地面附近近地轨道上正常运动，c 是地球同步 卫星， d 是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星均视为匀速圆周运动，各卫星排 列位置如图所示，则有() Aa 的向心加速度等于重力加速度g Bc 在 4 h 内转过的圆心角是 6 Cb 在相同时间内转过的弧长最长 Dd 的运动周期有可能是23 h 解析： 选 C同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同， 则知 a 与 c 的角速 度相同，根据a 2r 知， c 的向心加速度大。由 GMm r 2 ma，得 a GM r 2 ，卫星的轨道半径越 大，向心加速度越小，则同步卫星的向心加速度小于b 的向

11、心加速度，而b 的向心加速度约 为 g，故知 a 的向心加速度小于重力加速度g，故 A 错误； c 是地球同步卫星，周期是24 h， 则 c 在 4 h 内转过的圆心角是 1 3 ，故 B 错误；由 GMm r 2mv 2 r ，得 v GM r ，卫星的半径越 大，线速度越小，所以b 的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故C 正确；由开普 勒第三定律 R 3 T 2k 知，卫星的半径越大，周期越大，所以d 的运动周期大于c 的周期 24 h，故 D 错误。 8考查卫星向心加速度大小的比较 (2015 山东高考 )如图，拉格朗日点L1位于地球和月球连线 上，处在该点的物体在地球和月球引力

12、的共同作用下，可与月球 一起以相同的周期绕地球运动。据此，科学家设想在拉格朗日点 L1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动。以 a1、a2分别表示该空间站和月球向心加速 度的大小， a3表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是() Aa2a3a1 Ba2a1 a3 Ca3a1a2Da3 a2a1 解析： 选 D空间站和月球绕地球运动的周期相同，由a 2 T 2r 知， a 2a1；对地球同 步卫星和月球，由万有引力定律和牛顿第二定律得GMm r 2ma，可知 a3a2，故选项 D 正确。 考点三卫星变轨问题 9.考查卫星变轨及变轨前后运行参量的比较 (2016 九江市三十校联考)我

13、国正在进行的探月工程是高新技术领域 的一次重大科技活动，在探月工程中飞行器成功变轨至关重要。如图所 示，假设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0，飞行器在距月球表 面高度为3R 的圆形轨道运动，到达轨道的A 点点火变轨进入椭圆轨道 ，到达轨道的近月点B 再次点火进入近月轨道绕月球做圆周运动，则() A飞行器在B 点处点火后，动能增加 B由已知条件不能求出飞行器在轨道上运行周期 C只有万有引力作用下，飞行器在轨道上通过B 点的加速度大于在轨道上通过B 点的加速度 D飞行器在轨道上绕月球运行一周所需的时间为2 R g0 解析： 选 D在椭圆轨道近地点变轨成为圆轨道，要实现这个运动应给飞船点火减

14、速， 减小所需的向心力，故点火后动能减小，故A 错误；设飞船在近月轨道绕月球运行一周所 需的时间为T3，则： mg0mR4 2 T3 2，解得： T32 R g0，根据几何关系可知，轨道的半长轴 a2.5R，根据开普勒第三定律 a 3 T 2k 以及轨道的周期可求出轨道的运行周期，故B 错误， D 正确。只有万有引力作用下，飞行器在轨道上通过B 点的加速度与在轨道上通过B 点的 加速度相等，故C 错误。 10考查卫星的变轨与回收 (2016 三门峡市陕州中学检测) 2014 年 10 月 24 日，“嫦娥五号”探测器发射升空，为计划于2017 年左右发射的“嫦娥五号”探路，并在 8 天后以“跳

15、跃式返回技术”成功 返回地面。 “跳跃式返回技术”指航天器在关闭发动机后进入大气层，依 靠大气升力再次冲出大气层，降低速度后再进入大气层。如图所示， 虚线 为大气层的边界。已知地球半径R，地心到d 点距离 r，地球表面重力加速度为g。下列说法 正确的是 () A“嫦娥五号”在b 点处于完全失重状态 B“嫦娥五号”在d 点的加速度小于 gR 2 r 2 C“嫦娥五号”在a 点速率大于在c点的速率 D“嫦娥五号”在c 点速率大于在e点的速率 解析：选 C“嫦娥五号 ”沿 abc 轨迹做曲线运动， 曲线运动的合力指向曲线弯曲的内侧， 所以在 b点合力向上，即加速度向上，因此“嫦娥五号 ” 在 b 点

16、处于超重状态，故A 错误。 在 d 点，“嫦娥五号 ”的加速度a GMm r 2 m GM r 2 ，又 GM gR 2，所以 agR 2 r 2，故 B 错误。“嫦 娥五号 ”从 a 点到 c，万有引力不做功， 由于阻力做功， 则 a 点速率大于c点速率， 故 C 正确。 从 c 点到 e点，没有空气阻力，机械能守恒，则c 点速率和e点速率相等，故D 错误。 11考查卫星变轨前后速率与能量的比较 探月卫星绕地运行一段时间后，离开地球飞向月球。如图所示是绕地 飞行的三条轨道，轨道1 是近地圆形轨道，2和 3 是变轨后的椭圆轨道。 A 点是轨道2 的近地点， B 点是轨道2 的远地点， 卫星在轨

17、道1的运行速 率为 7.7 km/s，则下列说法中正确的是() A卫星在轨道2 经过 A 点时的速率一定小于7.7 km/s B卫星在轨道2 经过 B 点时的速率一定小于7.7 km/s C卫星在轨道3 所具有的机械能小于在轨道2 所具有的机械能 D卫星在轨道3 所具有的最大速率小于在轨道2 所具有的最大速率 解析： 选 B卫星从圆轨道1 的 A 点变为椭圆轨道2 的 A 点需要做离心运动，则要加速， 故卫星在椭圆轨道2 经过 A 点时的速率一定大于7.7 km /s ，选项 A 错误。假设有一圆轨道2 过 B 点，卫星在椭圆轨道2 的 B 点的速率小于其所在圆轨道的速率，卫星在椭圆轨道2 经

18、过 B 点时的速率一定小于7.7 km/s，选项 B 正确。卫星运动到离地球越远的地方，需要的能量 越大，具有的机械能也越大，则卫星在轨道3 所具有的机械能大于在轨道2 所具有的机械能， 选项 C 错误。根据开普勒第二定律可知椭圆轨道上近地点的速度最大，远地点的速度最小， 则椭圆轨道3 和 2 的最大速率都出现在A 点，而从轨道1 变成轨道2 和 3 都要做离心运动， 速度越大，做离心运动离圆心越远，故卫星在轨道3 所具有的最大速率大于在轨道2 所具有 的最大速率，选项D 错误。 12考查卫星的变轨与对接问题 (多选 )(2016 河南省实验中学模拟)“神舟十号”与“天宫一号”已 5 次成功实

19、现交会对接。如图所示，交会对接前“神舟十号”飞船先在 较低圆轨道1 上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道2 上运动的“天宫 一号”对接。M、Q 两点在轨道1 上， P 点在轨道2 上，三点连线过地 球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速。下列关于“神舟十号”变轨过程的描 述，正确的有() A“神舟十号”在M 点加速，可以在P 点与“天宫一号”相遇 B“神舟十号”在M 点经一次加速，即可变轨到轨道2 C“神舟十号”经变轨后速度总大于变轨前的速度 D“神舟十号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期 解析： 选 AD“神舟十号 ” 与“天宫一号 ” 实施对接，需要“神舟十号 ”抬升轨道，即

20、“神舟十号 ”开动发动机加速做离心运动使轨道高度抬升与“天宫一号 ”实现对接，故“神 舟十号 ”在 M 点加速，可以在P 点与 “天宫一号 ” 相遇，故 A 正确；卫星绕地球做圆周运动 向心力由万有引力提供，故有GMm r 2 mv 2 r ，解得： v GM r ，所以卫星轨道高度越大线速 度越小， “神舟十号 ”在轨道 2 的速度小于轨道1 的速度，所以M 点经一次加速后，还有一 个减速过程，才可变轨到轨道2，故 B、C 错误；根据GMm r 2 m4 2r T 2解得： T2 r 3 GM ， 可知轨道半径越大，周期越大，所以“ 神舟十号 ”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周 期，故

21、D 正确。 考点四宇宙双星及多星系统模型 13.考查宇宙双星系统问题 宇宙中两颗靠得比较近的恒星只受到彼此之间的万有引力作用互相绕 转，称之为双星系统。如图所示，双星A、 B 绕其连线上的O 点做匀速圆周 运动，已知A、B 两恒星的半径之比为m，A、B 做圆周运动的轨道半径之比 为 n，则 () AA、B 两恒星的密度之比为 1 m 3 BA、B 两恒星的密度之比为 1 nm 3 CA、B 两恒星表面的重力加速度之比为 1 m DA、B 两恒星表面的重力加速度之比为 1 nm 解析：选 B双星系统做圆周运动时的角速度相等，万有引力等于双星做圆周运动的向心 力，则有m1 2r 1m2 2r 2，

22、故质量之比为m1 m2r2 r11 n，密度之比为 1 2 m1 m2 R2 3 R1 3 1 nm 3， 选项 A 错误， B 正确；A、B 两恒星表面的重力加速度之比 g1 g2 m1 m2 R2 2 R1 2 1 nm 2，选项 C、D 错误。 14考查宇宙三星系统问题 (多选 )宇宙中有这样一种三星系统，系统由两个质量为m 的小星体和一个质量为M 的大 星体组成，两个小星体围绕大星体在同一圆形轨道上运行，轨道半径为r。关于该三星系统的 说法中正确的是() A在稳定运行的情况下，大星体提供两小星体做圆周运动的向心力 B在稳定运行的情况下，大星体应在小星体轨道中心，两小星体在大星体相对的两

23、侧 C小星体运行的周期为T 4 r3 2 G 4Mm D大星体运行的周期为T 4 r3 2 G 4Mm 解析： 选 BC该三星系统应该在同一直线上，并且两小星体在大星体相对的两侧，只有 这样才能使某一小星体受到大星体和另一小星体的引力的合力提供向心力。由G Mm r 2 Gm 2 2r 2 mr 2 T 2，解得小星体运行的周期 T 4 r3 2 G 4M m 。 15考查宇宙双星系统及其演变过程 (多选 )(2016 三门峡市陕州中学尖子生专训)某国际研究小组观测到了一组双星系统，它们 绕二者连线上的某点做匀速圆周运动，双星系统中质量较小的星体能“吸食”质量较大的星 体的表面物质，达到质量转

24、移的目的。根据大爆炸宇宙学可知，双星间的距离在缓慢增大， 假设星体的轨道近似为圆，则在该过程中() A双星做圆周运动的角速度不断减小 B双星做圆周运动的角速度不断增大 C质量较大的星体做圆周运动的轨道半径减小 D质量较大的星体做圆周运动的轨道半径增大 解析： 选 AD设质量较小的星体质量为m1，轨道半径为r1，质量较大的星体质量为m2， 轨道半径为r2。 双星间的距离为L。转移的质量为 m。 根据万有引力提供向心力 对 m1：G m1 m m2 m L 2 (m1 m) 2r 1 对 m2：G m1 m m2 m L 2 (m2 m) 2r 2 由得： G m1m2 L 3 ，总质量 m1m2不变，两者距离L 增大，则角速度变 小。故 A 正确、 B 错误。 由式可得r2 G m1 m 2L2，把 的值代入得： r2 G m1 m G m1m2 L 3 L 2 m1 m m1m2 L， 因为 L 增大，故r2增大，即质量较大的星体做圆周运动的轨道半径增大，故C 错误、 D 正确。