2025高考物理總復習天體運動的四大問題

第3講專題提升天體運動的四大問題高考總復習2025專題概述:對于衛(wèi)星變軌問題,分析衛(wèi)星是做向心運動還是離心運動,同時注意衛(wèi)星能量的變化;掌握雙星、多星系統(tǒng),會解決相關問題;對于天體的追及相遇問題,要知道位于中心天體的同側(cè)(或異側(cè))時,相距最近(或最遠);會應用萬有引力定律解決星球“瓦解”和黑洞問題。題型一衛(wèi)星變軌、能量和對接問題一、變軌原理1.為了節(jié)省能量,在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向先發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道Ⅰ上,衛(wèi)星在軌道Ⅰ上做勻速圓周運動,有,如圖所示。二、變軌過程各物理量比較

考向一

衛(wèi)星變軌問題中各物理量的比較典題1(2023江蘇淮安統(tǒng)考)嫦娥五號成功返回地球,創(chuàng)造了我國到月球取土的偉大歷史。如圖所示,嫦娥五號取土后,在P處由圓形軌道Ⅰ變軌到橢圓軌道Ⅱ,以便返回地球。下列說法正確的是(

)A.嫦娥五號在軌道Ⅰ上的運行周期等于在軌道Ⅱ上的運行周期B.嫦娥五號從軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ需點火加速C.嫦娥五號在軌道Ⅰ和Ⅱ運行至P處時速率相等D.嫦娥五號在軌道Ⅰ和Ⅱ運行至P處時加速度大小不相等B考向二

變軌問題中的能量變化典題2(2024遼寧實驗中學模擬)航天飛機在完成對空間站的維修任務后,在A點短時間開動小型發(fā)動機進行變軌,從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ,B為軌道Ⅱ上的一點,如圖所示。下列說法正確的是(

)A.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的機械能大于經(jīng)過B的機械能B.在A點短時間開動發(fā)動機使航天飛機減速C.在軌道Ⅱ上運動的周期等于在軌道Ⅰ上運動的周期D.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度B解析

在軌道Ⅱ上運動過程,只有引力做功,機械能守恒,故經(jīng)過A的機械能等于經(jīng)過B的機械能,A錯誤;在軌道Ⅰ上A點短時間開動發(fā)動機使航天飛機減速做近心運動,B正確;在軌道Ⅱ上運動的半長軸小于在軌道Ⅰ上運動的半徑,由開普勒第三定律可知,在軌道Ⅱ上運動的周期小于在軌道Ⅰ上運動的周期,C錯誤;由牛頓第二定律可得

,A點到地心距離一定,故在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度等于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度,D錯誤?？枷蛉?/p>

飛船對接問題典題32023年1月21日,神舟十五號3名航天員在400km高的空間站向祖國人民送上新春祝福,空間站的運行軌道可近似看作圓形軌道Ⅰ,設地球表面重力加速度為g,地球半徑為R,橢圓軌道Ⅱ為載人飛船運行軌道,兩軌道相切于A點,下列說法正確的是(

)A.在A點時神舟十五號經(jīng)過點火加速才能從軌道Ⅰ進入軌道ⅡB.飛船在A點的加速度小于空間站在A點的加速度C.空間站在軌道Ⅰ上的速度小于D.軌道Ⅰ上的神舟十五號飛船想與前方的空間站對接,只需要沿運動方向加速即可C題型二雙星和多星一、雙星模型1.定義:繞公共圓心轉(zhuǎn)動的兩個星體組成的系統(tǒng),我們稱之為雙星系統(tǒng)。如圖所示。2.特點(1)各自所需的向心力由彼此間的萬有引力提供,即(2)兩星的周期、角速度相同,即T1=T2,ω1=ω2。(3)兩星的軌道半徑與它們之間的距離關系為r1+r2=L。二、多星模型所研究星體所受萬有引力的合力提供做圓周運動的向心力,除中央星體外,各星體的角速度或周期相同。常見的多星模型及規(guī)律:考向一

雙星問題典題4

科學家經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)銀河系的MAXIJ1820+070是一個由黑洞和恒星組成的雙星系統(tǒng),若系統(tǒng)中的黑洞中心與恒星中心距離為L,恒星做圓周運動的周期為T,引力常量為G,由此可以求出黑洞與恒星的(

)A.質(zhì)量之比、質(zhì)量之和B.線速度大小之比、線速度大小之和C.質(zhì)量之比、線速度大小之比D.質(zhì)量之和、線速度大小之和D考向二

多星問題典題5(多選)宇宙中存在一些離其他恒星較遠的三星系統(tǒng),其中一種三星系統(tǒng)如圖所示。三顆質(zhì)量均為m的星體位于等邊三角形的三個頂點,三角形邊長為R。忽略其他星體對它們的引力作用,三星在同一平面內(nèi)繞三角形中心O做勻速圓周運動,引力常量為G,則(

)ABC題型三衛(wèi)星的追及相遇問題天體“相遇”指兩天體相距最近,以地球和行星“相遇”為例(“行星沖日”),某時刻行星與地球最近,此時行星、地球與太陽三者共線且行星和地球的運轉(zhuǎn)方向相同(圖甲),根據(jù)

可知,地球公轉(zhuǎn)的速度較快,從初始時刻到之后“相遇”,地球與行星距離最小,三者再次共線,有兩種方法可以解決問題。1.角度關系ω1t-ω2t=n·2π(n=1,2,3,…)2.圈數(shù)關系同理,若兩者相距最遠(行星處在地球和太陽連線的延長線上)(圖乙),有關系式典題6(2023哈師大附中模擬)“海王星沖日”是指地球處在太陽與海王星之間,2018年9月7日出現(xiàn)過一次海王星沖日。已知地球和海王星繞太陽公轉(zhuǎn)的方向相同,軌跡都可近似為圓,海王星公轉(zhuǎn)周期約為164.8年,則(

)A.地球的公轉(zhuǎn)軌道半徑比海王星的大B.地球的公轉(zhuǎn)線速度比海王星的小C.2019年不會出現(xiàn)海王星沖日D.2017年出現(xiàn)過海王星沖日D典題7(2023湖北卷)2022年12月8日,地球恰好運行到火星與太陽之間,且三者幾乎排成一條直線,此現(xiàn)象被稱為“火星沖日”?；鹦桥c地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運動,火星與地球的公轉(zhuǎn)軌道半徑之比約為3∶2,如圖所示。根據(jù)以上信息可以得出(

)A.火星與地球繞太陽運動的周期之比約為27∶8B.當火星與地球相距最遠時,兩者的相對速度最大C.火星與地球表面的自由落體加速度大小之比約為9∶4D.下一次“火星沖日”將出現(xiàn)在2023年12月8日之前B題型四天體的瓦解和黑洞問題一、星球的瓦解問題當星球自轉(zhuǎn)越來越快時,星球?qū)Α俺嗟馈鄙系奈矬w的引力不足以提供向心力時,物體將會“飄起來”,進一步導致星球瓦解,瓦解的臨界條件是赤道上的二、黑洞黑洞是一種密度極大、引力極大的天體,以至于光都無法逃逸,科學家一般通過觀測繞黑洞運行的天體的運動規(guī)律間接研究黑洞。當天體的逃逸速度(逃逸速度為其第一宇宙速度的

倍)超過光速時,該天體就是黑洞?？枷蛞?/p>

星球的瓦解問題典題8

我國500m口徑射電望遠鏡(天眼)發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星“J0318+0253”,其自轉(zhuǎn)周期T=5.19ms