2022届高考物理二轮专题练：天体运动 特殊类型 WORD版含解析.docx

1、天体特殊类型1 两个靠得很近的天体绕着它们连线上的一点(质心)做圆周运动,构成稳定的双星系统。双星系统运动时,其轨道平面上存在着一些特殊的点,在这些点处,质量极小的物体(如人造卫星)可以相对两星体保持静止,这样的点被称为“拉格朗日点”。现将“地月系统”看作双星系统,如图所示,O1为地球球心、O2为月球球心,它们绕着O1O2连线上的O点以角速度做圆周运动。P点到O1、O2距离相等且等于O1O2间距离,该点处小物体受地球引力FE和月球引力FM的合力为F,方向恰好指向O,F提供向心力,可使小物体也绕着O点以角速度做圆周运动。因此P点是一个拉格朗日点。现以O1O2连线方向为x轴,过O1与O1O2垂直方

2、向为y轴建立直角坐标系。A、B、C分别为P关于x轴、y轴和原点O1的对称点,D为x轴负半轴上一点,D点到O1的距离小于P点到O1的距离。根据以上信息可以判断()A.A点一定是拉格朗日点B.B点一定是拉格朗日点C.C点可能是拉格朗日点D.D点可能是拉格朗日点2 2018年12月8日，嫦娥四号发射升空。实现人类历史上首次月球背面登月。随着嫦娥奔月梦想的实现，我国不断刷新深空探测的中国高度。嫦娥卫星整个飞行过程可分为三个轨道段：绕地飞行调相轨道段、地月转移轨道段、绕月飞行轨道段。我们用如图所示的模型来简化描绘嫦娥卫星飞行过程，假设调相轨道和绕月轨道的半长轴分别为a、b，公转周期分别为T1、T2。关于

3、嫦娥卫星的飞行过程，下列说法正确的是()A.B嫦娥卫星在地月转移轨道上运行的速度应大于11.2 km/sC从调相轨道切入到地月转移轨道时，卫星在P点必须减速D从地月转移轨道切入到绕月轨道时，卫星在Q点必须减速3 2019年1月3日，“嫦娥四号”探测器登陆月球，实现人类探测器首次月球背面软着陆，为给“嫦娥四号”探测器提供通信支持，我国早在2018年5月21日就成功发射“嫦娥四号”中继星“鹊桥号”，如图所示，“鹊桥号”中继星一边绕拉格朗日L2点做圆周运动，一边随月球同步绕地球做圆周运动且其绕点L2做圆周运动的半径远小于L2点与地球间的距离。(已知位于地、月拉格朗日L1、L2点处的小物体能够在地、月

4、的引力作用下，几乎不消耗燃料，便可与月球同步绕地球做圆周运动)则下列说法正确的是()A“鹊桥号”的发射速度大于11.2 km/sB“鹊桥号”绕地球运动的周期约等于月球绕地球运动的周期C同一卫星在L2点受地、月引力的合力与其在L1点受地、月引力的合力相等D若技术允许，使“鹊桥号”刚好位于拉格朗日L2点，能够更好地为“嫦娥四号”探测器提供通信支持4 如图所示，发射远程弹道导弹，弹头脱离运载火箭后，在地球引力作用下，沿椭圆轨道飞行，击中地面目标B。C为椭圆轨道的远地点，距地面高度为h。已知地球半径为R，地球质量为M，引力常量为G。关于弹头在C点处的速度和加速度a，下列结论正确的是()Av ，aBvD

5、v ，a5 (多选)石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料，它的发现使“太空电梯”的制造成为可能，人类将有望通过“太空电梯”进入太空设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯，电梯顶端可超过地球的同步卫星A的高度延伸到太空深处如图所示，假设某物体B乘坐“太空电梯”到达了图示的位置并停在此处，与同高度运行的卫星C相比较 ()AB的线速度大于C的线速度 BB的线速度小于C的线速度C若B突然脱离电梯，B将做离心运动 D若B突然脱离电梯，B将做近心运动6 由中山大学发起的空间引力波探测工程正式启动后，向太空发射了三颗相同的探测卫星(SC1、SC2、SC3)。三颗卫星构成一个等边三角形阵列，

6、地球恰处于三角形中心，卫星将在高度约10万千米的轨道上运行，因三颗卫星在太空中的分布图类似乐器竖琴(如图所示)，故工程命名为“天琴计划”。有关这三颗卫星的运动，下列描述正确的是A卫星的运行周期大于地球的自转周期B卫星的运行周期等于地球的自转周期C卫星的运行速度大于7.9 km/sD仅知道引力常量G及卫星绕地球运行的周期T，可估算出地球的密度7 （多选）万有引力定律能够很好地将天体运行规律与地球上物体运动规律具有的内在一致性统一起来。用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量，随称量位置的变化可能会有不同的结果。已知地球质量为M，万有引力常量为G。将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体。下列选

7、项中说法正确的是A在北极地面称量时，弹簧秤读数为F0GB在赤道地面称量时，弹簧秤读数为F1GC在北极上空高出地面h处称量时，弹簧秤读数为F2GD在赤道上空高出地面h处秤量时，弹簧秤读数为F3G8 (多选)(2017衡水模拟)由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同。已知地球表面两极处的重力加速度大小为g0，在赤道处的重力加速度大小为g，地球自转的周期为T，引力常量为G。假设地球可视为质量均匀分布的球体。下列说法正确的是()A质量为m的物体在地球北极受到的重力大小为mgB质量为m的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为mg0C地球的半径为D地球的密度为9 (多选)已知质量分

8、布均匀的球壳对其内部物体的引力为零，设想在地球赤道正上方高h处和正下方深为h处各修建一绕地心的环形真空轨道，轨道面与赤道面共面，两物体分别在上述两轨道中做匀速圆周运动，轨道对它们均无作用力，设地球半径为R，则()A两物体的速度大小之比为 B两物体的速度大小之比为C两物体的加速度大小之比为 D两物体的加速度大小之比为10 某行星的同步卫星下方的行星表面上有一观察者，行星的自转周期为T，他用天文望远镜观察被太阳照射的此卫星，发现日落的 时间内有的时间看不见此卫星，不考虑大气对光的折射，则该行星的密度为()A.B. C. D.11 如图所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点沿水平方向以

9、初速度0拋出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q，斜坡的倾角为,已知该星球半径为R，引力常量为G,下列说法错误的是()A星球表面的重力加速度为B该星球的质量为C在该星球上发射卫星的发射速度一定大于D在该星球上不可能发射周期小于的卫星12 （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()AP1的平均密度比P2的大BP1的“第一宇宙速度”比P2的大CS1的向心加速

10、度比S2的大DS1的公转周期比S2的大13 2014年10月24日，“嫦娥五号”探路兵发射升空，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。已知地球半径为R，地心到d点的距离为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”探路兵在b点处于完全失重状态B“嫦娥五号”探路兵在d点的加速度小于C“嫦娥五号”探路兵在d点的速率小于 D“嫦娥五号”探路兵在c点的速率大于在e点的速率14 某卫星在半径为r的轨道1

11、上做圆周运动，动能为Ek，变轨到轨道2上后，动能比在轨道1上减小了E，在轨道2上也做圆周运动，则轨道2的半径为()A.rB.r C.r D.r15 如图所示,一宇宙飞船绕地球中心做圆周运动,已知地球半径为R,轨道1半径是2R,现在欲将飞船转移到另一个半径为4R的圆轨道2上去,已知地球表面处的重力加速度为g,飞船质量为m,万有引力常数为G,求:(1)地球的质量;(2)飞船在1、2两个轨道上做圆周运动的环绕速度之比v1v2;(3)理论上,若规定距地心无穷远处为引力势能零势能点,飞船和地球系统之间的引力势能表达式为Ep=-GMmr(其中r为飞船到地心的距离),请根据这一理论,计算完成这次轨道转移点火

12、需要的能量。天体特殊类型参考答案：1 答案：A解析：由对称性可知,在A点的小物体受地球和月球吸引力的合力方向一定指向O点,其受力情况与P点相同,可知A点一定是拉格朗日点,选项A正确;在B点的小物体,受地球的引力和月球的引力的合力不可能指向O点,则B点不可能是拉格朗日点;同理C点也不可能是拉格朗日点,选项BC错误;在D点时,小物体受到的地球的引力大于在P点时地球的引力,再加上月球的引力,则在D点的合力大于在P点时的合力,则角速度不可能与在P点时的角速度相等,即D点不可能是拉格朗日点,选项D错误。2 答案：D解析：根据开普勒第三定律，调相轨道与绕月轨道的中心天体分别是地球和月球，故它们轨道半长轴的

13、三次方与周期的二次方的比值不相等，A错误；11.2 km/s是第二宇宙速度，是在脱离地球束缚的卫星的最小发射速度，B错误；从调相轨道切入到地月转移轨道时，卫星的轨道半长轴将增大，故卫星在P点必须加速，C错误；从地月转移轨道切入到绕月轨道时，相对月球而言，卫星轨道半长轴减小，故卫星在Q点必须减速，D正确。3 答案：B解析：11.2 km/s是在地面附近发射卫星，使卫星脱离地球束缚的最小发射速度，“鹊桥号”没有脱离地球的束缚，所以“鹊桥号”的发射速度小于11.2 km/s，故A错误；根据题意可知，“鹊桥号”绕地球转动的周期与月球绕地球转动的周期相同，故B正确；由Fnmr2可知，同一卫星在L2点受月

14、球和地球引力的合力比在L1点要大，故C错误；“鹊桥号”若刚好位于L2点，由几何关系可知，通讯范围较小，并不能更好地为“嫦娥四号”探测器提供通信支持，故D错误。4 答案：B解析：根据Gm知，若弹头在C处做匀速圆周运动，线速度v ，因为弹头在C处做近心运动，万有引力大于向心力，知vA，而BA，则CB，又据vr，rCrB，得vCvB，故B项正确，A项错误对C有GmCrC，又CB，对B有GmBrB，若B突然脱离电梯，B将做近心运动，D项正确，C项错误6 答案：A解析：地球同步卫星距地面高度大约为36 000 km，“天琴计划”的卫星距地面高度大约为100 000 km，因此“天琴计划”的卫星的运行周期

15、大于地球自转周期，选项A正确，B错误。卫星的运行速度小于7.9 km/s，选项C错误。仅知道引力常量G及卫星绕地球运行的周期T，不能估算出地球的密度，选项D错误。7 答案：AC解析：北极地面物体不随地球自转，万有引力等于重力，则有：F0G，选项A正确；在赤道地面称量时，万有引力等于重力加上随地球一起自转所需要的向心力，则有F1G，选项B错误；在北极上空高出地面h处称量时，万有引力等于重力，则有F2G，选项C正确；在赤道上空高出地面h处称量时，万有引力大于重力，弹簧秤读数F3G，选项D错误。8 解析：选BCD因地球表面两极处的重力加速度大小为g0，则质量为m的物体在地球北极受到的重力大小为mg0

16、，选项A错误；因在地球的两极Gmg0，则质量为m的物体在地球赤道上受到的万有引力大小为FGmg0，选项B正确；在赤道上：GmgmR；联立解得：R，选项C正确；地球的密度为，联立解得：，选项D正确。9 答案：AC解析：设地球密度为，则有：在赤道上方：Ga1，在赤道下方：Ga2，联立解得：，故选项A、C正确，选项B、D错误10 答案：A解析：设行星质量为M，半径为R，密度为，卫星质量为m，如图所示，发现日落的时间内有的时间看不见同步卫星，则60，故60，r2R，根据Gm22R，MR3，解得.11 答案：A解析：根据tan 解得，星球表面的重力加速度g，A错误；在星球表面，有Gmg，解得M，B正确；

17、根据重力提供向心力，有mgm，解得第一宇宙速度为v ，因此发射卫星的速度一定大于 ，C正确；根据Gmr 可得T2r3，当rR时，最小周期为 ，故在该星球上不可能发射周期小于 的卫星，D正确12 答案：ABC解析：根据牛顿第二定律，行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度为：a，两曲线左端点横坐标相同，所以P1、P2的半径相等，结合a与r2的反比关系函数图象得出P1的质量大于P2的质量，根据，所以P1的平均密度比P2的大，故A正确；第一宇宙速度v，所以P1的“第一宇宙速度”比P2的大，故B正确；S1、S2的轨道半径相等，根据a，所以S1的向心加速度比S2的大，故C正确；根据万有引力提供向心力得出

18、周期表达式T2，所以S1的公转周期比S2的小，故D错误；13 答案：C解析：“嫦娥五号”探路兵沿abc轨迹做曲线运动，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，因此在b点处于超重状态，故A错误；在d点，加速度aG，又GMgR2，故a，故B错误；若在半径为r的轨道上做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力得Gm，解得v ，而“嫦娥五号”探路兵在d点做近心运动，则速率小于 ，故C正确；从c点运动到e点，不受空气阻力 ，机械能守恒，则c点速率和e点速率相等，故D错误。14 答案：A解析：卫星在轨道1上时，Gm，因此Ek，同样，在轨道2上，EkE，因此r2r，A项正确。15 解析：(1)设在地面附近有一小物体m0,m0g=Gm0MR2,可得地球的质量M=gR2G。(2)飞船在轨道1有:GmM(2R)2=mv122R,v1=GM2R飞船在轨道2有:GmM(4R)2=mv224R,v2=GM4R可得:v1v2=2。(3)设飞船在2R和4R轨道上稳定运行时的机械能分别为E1和E2,则:E1=Ek1+Ep1,Ek1=12mv12,GmM(2R)2=mv122R,Ep1=-GMm2R,E1=-GmM4R=-mgR4同理可得:E2=-GmM8R=-mgR8所以完成这次轨道转移点火需要的能量E=E2-E1=mgR8。答案：(1)gR2G(2)2(3)mgR8