（全国版）2021高考物理一轮复习 专题五 万有引力与航天 考点2 宇宙航行问题的分析与求解教案.docx

-9-考点2宇宙航行问题的分析与求解401考向1卫星运行参量的分析与比较1.[2019浙江4月选考,7,3分]如图,某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星(即卫星相对于地面静止),则此卫星的()A.线速度大于第一宇宙速度B.周期小于同步卫星的周期C.角速度大于月球绕地球运行的角速度D.向心加速度大于地面的重力加速度必备知识:同步卫星的概念及运行特点,第一宇宙速度,地球卫星运行周期、角速度、加速度等.关键能力:类比推理能力.解题指导:北斗导航卫星相对地面静止,即为同步卫星.同步卫星运行的轨迹半径r大于地球半径,小于月球的轨迹半径.根据天体运动的动力学规律,即可对相应物理量进行判断.考向2宇宙航行的综合应用问题2.[2018浙江下半年选考,12,3分]20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空的全新领域.如图所示,现有一艘远离星球在太空中直线飞行的宇宙飞船,为了测量自身质量,启动推进器,测出飞船在短时间Δt内速度的改变为Δv,和飞船受到的推力F(其他星球对它的引力可忽略).飞船在某次航行中,当它飞近一个孤立的星球时,飞船能以速度v,在离星球的较高轨道上绕星球做周期为T的匀速圆周运动.已知星球的半径为R,引力常量用G表示.则宇宙飞船和星球的质量分别是()A.FΔvΔt,v2RGB.FΔvΔt,v3T2πGC.FΔtΔv,v2RGD.FΔtΔv,v3T2πG必备知识:牛顿第二定律、万有引力定律、运动学和动力学相关规律等.关键能力:宇宙飞船太空运动的物理模型的构建能力.解题指导:由飞船在推力F作用下,经Δt时间速度改变Δv,并根据牛顿第二定律可求得飞船质量,再由飞船绕星球做匀速圆周运动,可求星球的质量.考法1卫星运行参量的比较与求解1[2016江苏高考,7,4分,多选]如图所示,两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动,用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积.下列关系式正确的有A.TA>TBB.EkA>EkBC.SA=SBD.RA3TA2=RB3TB2卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,即GMmR2=mv2R=mR(2πT)2,得v=GMR,T=2πR3GM,又RA>RB,可知TA>TB,vA<vB,因为两卫星的质量相等,所以EkA<EkB,A项正确,B项错误;由开普勒第三定律可知RA3TA2=RB3TB2,D项正确;卫星与地心的连线在t时间内扫过的面积S=tTπR2=tGMR2,因此轨道半径大的卫星与地心的连线在单位时间内扫过的面积大,C项错误.AD1.[2018江苏高考,1,3分]我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高.今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km,之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km,它们都绕地球做圆周运动.与“高分四号”相比,下列物理量中“高分五号”较小的是()A.周期B.角速度C.线速度D.向心加速度考法2环绕速度、宇宙速度和发射速度的比较与分析2[多选]我国计划2020年发射火星探测器.已知火星的质量约为地球质量的19,火星的半径约为地球半径的12.下列关于火星探测器的说法正确的是A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的一半根据三个宇宙速度的意义,可知选项A、B错误,C正确;已知M火=M地9,R火=R地2,则vmaxv1=GM火R火GM地R地=23≈0.5,选项D正确.CD2.[2015天津高考,8,6分,多选]P1、P2为相距遥远的两颗行星,距各自表面相同高度处各有一颗卫星s1、s2做匀速圆周运动.图中纵坐标表示行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度a,横坐标表示物体到行星中心的距离r的平方,两条曲线分别表示P1、P2周围的a与r2的反比关系,它们左端点横坐标相同.则()A.P1的平均密度比P2的大B.P1的“第一宇宙速度”比P2的小C.s1的向心加速度比s2的大D.s1的公转周期比s2的大考法3同步卫星问题的分析与比较3[2019北京高考,18,6分]2019年5月17日,我国成功发射第45颗北斗导航卫星,该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星).该卫星A.入轨后可以位于北京正上方B.入轨后的速度大于第一宇宙速度C.发射速度大于第二宇宙速度D.若发射到近地圆轨道所需能量较少同步卫星只能位于赤道正上方,A项错误;由GMmr2=mv2r知,卫星的轨道半径越大,卫星做匀速圆周运动的线速度越小,因此入轨后的速度小于第一宇宙速度(近地卫星的速度),B项错误;同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度,C项错误;若发射到近地圆轨道,所需发射速度较小,所需能量较少,D项正确.D3.[2016四川高考