高考秘籍之天体运动必备十大模型(上)
物理十大天体模型
天体运动的十大模型作业（1-2讲共用）演练1 如图所示，a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是（ ）A ．b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度B ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度C ．c 加速可追上同一轨道上的b ，b 减速可等候同一轨道上的cD ．a 卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大演练2 金星的半径是地球的0.95倍,质量是地球的0.82倍,则关于金星表面的自由落体加速度和第一宇宙速度,下列数据正确的是( ) A.9.8 m/s 27,.9 km/sB.8.9 m/2s ,6.82 km/s C.8.5 m/2s ,6.82 km/sD.8.9 m/2s ,46 km/s演练3 我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星.某双星由质量不等的星体1S 和2S 构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点O 做匀速圆周运动.由天文观察测得其运动周期为1T S ,到O 点的距离为11r S ,和2S 间的距离为r,已知引力常量为G.由此可求出2S 的质量为( )A.22124r (r r )GT π- B.23124r GT π C.2324r GT πD.22124r r GT π演练4 “神舟六号”飞行到第５圈时，在地面指挥控制中心的控制下，由近地点250km 圆形轨道1经椭圆轨道2转变到远地点350km的圆轨道3。
设轨道2与1相切于Q点，与轨道3相切于P点，如图３所示，则飞船分别在1、2、轨道上运行时（）A．飞船在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．飞船在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．飞船在轨道1上经过Q点时的加速度大于在轨道2上经过Q点的加速度D．飞船在轨道2上经过P点时的加速度等于在轨道3上经过P点的加速度演练5 神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体，探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律．天文学家观测河外星系大麦哲伦云时，发现了LMCX－3双星系统，它由可见星A和不可见的暗星B构成。
高三-物理天体运动
专题 天体运动的“四个热点”问题双星或多星模型1.双星模型(1)定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统。
如图1所示。
(2)特点①各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供，即Gm 1m 2L 2＝m 1ω21r 1，Gm 1m 2L 2＝m 2ω22r 2 ②两颗星的周期及角速度都相同，即T 1＝T 2，ω1＝ω2③两颗星的半径与它们之间的距离关系为r 1＋r 2＝L(3)两颗星到圆心的距离r 1、r 2与星体质量成反比，即m 1m 2＝r 2r 1。
【例1】(多选)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。
根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s 时，它们相距约400 km ，绕二者连线上的某点每秒转动12圈。
将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星( )A.质量之积B.质量之和C.速率之和D.各自的自转角速度2.为探测引力波，中山大学领衔的“天琴计划”将向太空发射三颗完全相同的卫星(SC1、SC2、SC3)构成一个等边三角形阵列，地球恰处于三角形的中心，卫星将在以地球为中心、离地面高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行引力波探测。
如图所示，这三颗卫星在太空中的分列图类似乐器竖琴，故命名为“天琴计划”。
已知地球同步卫星距离地面的高度约为3.6万公里，以下说法正确的是( )A.若知道引力常量G 及三颗卫星绕地球的运动周期T ，则可估算出地球的密度B.三颗卫星具有相同大小的加速度C.三颗卫星绕地球运动的周期一定大于地球的自转周期D.从每颗卫星可以观察到地球上大于13的表面赤道上的物体、同步卫星和近地卫星赤道上的物体、近地卫星、同步卫星的对比比较内容赤道上的物体近地卫星同步卫星向心力来源万有引力的分力万有引力向心力方向指向地心重力与万有引力的关系重力略小于万有引力重力等于万有引力角速度ω1＝ω自ω2＝GMR3ω3＝ω自＝GM（R＋h）3ω1＝ω3＜ω2线速度v1＝ω1R v2＝GMRv3＝ω3(R＋h) ＝GMR＋h v1＜v3＜v2(v2为第一宇宙速度)向心加速度a1＝ω21Ra2＝ω22R＝GMR2a3＝ω23(R＋h)＝GM（R＋h）2a1＜a3＜a2【例2】如图3所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c 为地球的同步卫星。
秘籍06 天体运动中的五类热点问题和三大概念理解应用(教师版)-备战2024年高考物理抢分秘籍
秘籍06天体运动中的五类热点问题和三大概念理解一、开普勒行星运动定律k ,k 是一个与行星无关的常量注意：（1）行星绕太阳运动的轨道通常按圆轨道处理．（2）由开普勒第二定律可得12Δl 1r 1＝12Δl 2r 2，12v 1·Δt ·r 1＝12v 2·Δt ·r 2，解得v 1v 2＝r2r 1，即行星在两个位置的速度之比与到太阳的距离成反比，近日点速度最大，远日点速度最小．（3）开普勒第三定律a 3T2＝k 中，k 值只与中心天体质量有关二、万有引力定律的理解1．万有引力与重力的关系地球对物体的万有引力F 表现为两个效果：一是重力mg ，二是提供物体随地球自转的向心力F 向．(1)在赤道上：G MmR 2＝mg 1＋mω2R .(2)在两极上：G MmR2＝mg 0.(3)在一般位置：万有引力GMmR2等于重力mg 与向心力F 向的矢量和．越靠近南、北两极，g 值越大，由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即GMmR 2＝mg .2．星球上空的重力加速度g ′星球上空距离星体中心r ＝R ＋h 处的重力加速度为g ′，mg ′＝GmM （R ＋h ）2，得g ′＝GM（R ＋h ）2.所以g g ′＝（R ＋h ）2R2.3．万有引力的“两点理解”和“两个推论”(1)两点理解①两物体相互作用的万有引力是一对作用力和反作用力．②地球上的物体受到的重力只是万有引力的一个分力．(2)两个推论：①推论1：在匀质球壳的空腔内任意位置处，质点受到球壳的万有引力的合力为零，即∑F 引＝0.②推论2：在匀质球体内部距离球心r 处的质点(m )受到的万有引力等于球体内半径为r 的同心球体(M ′)对其的万有引力，即F ＝GM ′mr 2.三、宇宙速度的理解与计算1．第一宇宙速度的推导方法一：由G Mm R 2＝m v 21R ，得v 1＝GM R＝ 6.67×10－11×5.98×10246.4×106m/s ＝7.9×103m/s.方法二：由mg ＝m v 21R得v 1＝gR ＝9.8×6.4×106m/s ＝7.9×103m/s.第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T min ＝2πRg＝5078s≈85min.2．宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v 发＝7.9km/s 时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动．(2)7.9km/s<v 发<11.2km/s ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆．(3)11.2km/s≤v 发<16.7km/s ，卫星绕太阳做椭圆运动．(4)v 发≥16.7km/s ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．3.对第一宇宙速度的理解1.第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星贴近地面运行的速度，即人造地球卫星的最大运行速度．2.当卫星的发射速度v 满足7.9km/s<v <11.2km/s 时，卫星绕地球运行的轨道是椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上．四、赤道上的物体与近地卫星、同步卫星的比较1．分析人造卫星运动的两条思路(1)万有引力提供向心力即G Mmr2＝ma 。
天体运动的随绕模型(解析版)—2024学年高一物理同步模型易点通(人教版2019必修第二册)
2.配重锤的作用：因为电梯向上会对空间站有向下的拉力，体平衡掉电梯对空间站的拉力。
3.空间站的地基选址问题：位置：赤道区域原因：空间站位于地球同步轨道上，所以要尽可能的保证空间站和地球同步运动，这样对工程的技术难度要求是最小的，同时空间站和地基一起旋转减少的空间站位置的维持损耗。
赤道上随地球自转的物体(r3、ω3、v3、a3)万有引力的一个分力2.鹊桥中继卫星探测器在月球背面着陆的难度要比在月球正面着陆大很多，其主要的原因在于：由于月球的遮挡，着陆前探测器将无法和地球之间实现通讯。
背面的探测器之间搭了一个“桥A．太空电梯上各点线速度的平方与该点离地球球心的距离成反比B．超级缆绳对P平台的作用力方向指向地心C．若从P平台向外自由释放一个小物块，则小物块会一边朝D．若两空间站之间缆绳断裂，配重空间站将绕地球做椭圆运动，且断裂处为椭圆的远地点【答案】C=v wA．地月系统中，O点更靠近月球B．在五个拉格朗日点中，L1位置上的航天器向心加速度最大C．在五个拉格朗日点中，L2位置上的航天器所需向心力仅由地球引力提供D．在地面附近给航天器一初速度则v0>7.9km/sA．b卫星的速度大于7.9km、、做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为B．a b c、、做匀速圆周运动的周期关系为C．a b c、中，a的线速度较大D．在a bA．a的线速度比bB．角速度大小关系是C．d的向心加速度等于赤道处的重力加速度D．周期关系是c T>A．随着离地面高度的增大，货物的角速度增大B．货物的向心力始终由“太空电梯”对货物的作用力提供C．随着离地面高度的增大，货物的向心加速度增大D．随着离地面高度的增大，货物的线速度减小【答案】Ch=时，宇航员绕地心运动的线速度大小约为A．当0B．当h与地球同步卫星距地面高度相同时，宇航员处于完全失重状态C．h越小，宇航员绕地心运动的向心加速度越大D．h越大，宇航员绕地心运动的角速度越大，线速度越小【答案】B图中圆E表示赤道，S表示卫星，程中，卫星恰好处于地球的阴影区，卫星无法反射太阳光，因此观察者将看不见卫星，设卫星与地心的连线与竖直方向的夹角为q，则由图中几何关系可得：A ．a 的向心加速度大于b 的向心加速度B ．四颗卫星的速度大小关系是：a b c d v v v v >>>A．A、B、C三者所受地球的万有引力B．A、B、C三者的周期C．A、B、C三者的向心加速度D．A、B、C三者运行的动能【答案】BA．Q物体与卫星P的速度相同B．Q物体与卫星P的周期相同C．Q物体处于完全失重状态D．Q物体的向心加速度小于卫星【答案】D【详解】ABD．Q物体停在太空电梯中时与地球同步卫星的角速度相同，根据万有引力提供向心力：A．a的角速度大于b的角速度B．b在相同时间内转过的弧长比c长C．c所受合外力大于d所受合外力A ．AB CF F F >>【答案】B【详解】A ．根据万有引力公式可知：A．2 12a r a Ræö=ç÷èøB．卫星d的运动周期有可能是24小时A．b卫星运动的线速度大于、、中，a的线速度最大B．在a b c、匀速圆周运动的向心加速度大小之比为C．a bA．三颗卫星中A的角速度最大B．卫星B离地球表面的高度为C．三颗卫星中C的线速度最大D．物体D的向心加速度比卫星A．空间站组合体的线速度大于地球的第一宇宙速度B．空间站组合体的周期小于地球自转的周期C．空间站组合体与同步卫星向心加速度大小之比约为6：D．卫星C的向心加速度大于空间站组合体向心加速度【答案】B【详解】A．空间站组合体的线速度小于地球的第一宇宙速度。
天体运动的环绕模型(原卷版)—2024学年高一物理同步模型易点通(人教版2019必修第二册)
．地球静止轨道卫星的6个“一定”轨道面一定轨道平面与赤道平面共面周期一定与地球自转周期相同，即角速度一定与地球自转的角速度相同高度一定由GMmR＋h2＝m4π2T2(R＋h)得同步卫星离地面的高度A．在轨道Ⅱ上的运行周期大于在轨道B．该卫星的发射速度必定大于C．卫星在同步轨道D．在轨道Ⅰ上，卫星在A．在轨道Ⅰ上从P点到Q点的过程中，速度变大B．在轨道Ⅱ上运行的周期小于在轨道C．在轨道Ⅲ上运行速度大于火星的第一宇宙速度D．在轨道Ⅲ上P点受到火星万有引力等于在轨道A．空间站的质量和绕地球运行的半径B．空间站的质量和绕地球运行的周期C．空间站绕地球运行的角速度和周期D．空间站绕地球运行的线速度和角速度A．卫星b的周期等于B．卫星a发射时应该自东向西发射C．卫星c的发射速度必须大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度D．卫星a在运行时可以经过连云港的正上方，且离地面的高度是一定的A．该同步卫星要比其他近地卫星所受地球的引力要小B．地球赤道上物体随地球自转的周期小于该同步卫星的运转周期C．为防止其他国家窃取技术，该同步卫星尽可能定点在北京正上空A．航天员在核心舱中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用A ．23:22:33T T =B ．航天器在轨道I 上运行的速度小于在轨道C ．航天器分别在I 、D ．航天器从轨道II 变轨到轨道A．变轨时需减速才能从轨道B．变轨前后向心加速度大小的比值为C．变轨后神舟十一号的线速度大于D．若天宫二号与神舟十一号处于相同轨道，且一前一后沿同一方向绕行，为实现对接，可使运行靠后A．卫星在轨道Ⅱ上经过B．卫星在轨道Ⅱ上由PA．2次B．14．（2023·全国·高一学业考试）行”学说联系在一起，正式把它命名为木星。
如图甲所示，两卫星绕行方向相反，卫星Ⅲ绕木星做椭圆运动，某时刻开始计时，卫星乙所示，其中R、T为已知量，下列说法正确的是（ ）A．卫星Ⅲ在M点的速度小于卫星Ⅰ的速度B．卫星Ⅰ、Ⅱ的轨道半径之比为1:2C．卫星Ⅰ的运动周期为TD．绕行方向相同时，卫星Ⅰ、Ⅱ连续两次相距最近的时间间隔为7 8 T二、多选题15．（2024下·高一课时练习）最近，科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星运行一周所用的时间为1200年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍。
天体运动中的三大模型(课件)--2025年高考物理一轮复习(新教材新高考)
由
=
=
=
=
2. 当在近代轨道时（即h=0): 由 =
=
∝
=
=
=
∝
3
∝
∝
=
地
(即黄金代换式)
越
高
越
慢
2025
知识固本
知识点2．地球静止轨道卫星的6个“一定”
B.下一次的“木星冲日”时间在2026年
C.木星运行的加速度比地球的大
D.木星运行的周期比地球的大
提示：
AB. 当再一次出现“木星冲日”，即地球再次运动到太阳和木星的连线上，解题
思路与第4题D相同;
CD. 对于天体的卫星，轨道半径越大，只有T在变大，w、a、v、机械能等均变小。
2025
考向洞察
1.(多选)有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，
A．每颗星球的角速度都在逐渐变小
B．两颗星球的距离在逐渐变大
由 =
12
＝m1ω2r1＝m2ω2r2，解得
2
C．两颗星球的轨道半径之比保持不变
D．每颗星球的加速度都在变小
由
2
，可知，周期变小，角速度变大。故A错误
=
(1+2)
，可知w变大，距离L逐渐变小
3
12
1
2
2
2 ＝m1ω r1＝m2ω r2，解得
D．下一次“火星冲日”将出现在2023年12月8日之前
漫谈天体运动问题的十种物理模型
漫谈天体运动问题的十种物理模型闫俊仁（山西省忻州市第一中学 034000）航空航天与宇宙探测是现代科技中的重点内容，也是高考理综物理命题的热点内容，所涉及到的知识内容比较抽象，习题类型较多，不少学生普遍感觉到建模困难，导致解题时找不到切入点．下面就本模块不同类型习题的建模与解题方法做一归类分析。
一、“椭圆轨道”模型指行星(卫星)的运动轨道为椭圆，恒星(或行星)位于该椭圆轨道的一个焦点上． 由于受数学知识的限制，此类模型适宜高中生做的题目不多，所用知识为开普勒第三定律及椭圆轨道的对称性。
例1 天文学家观察到哈雷彗星的周期约是75年，离太阳最近的距离是8.9X1010m ，但它离太阳的最远距离不能测出。
试根据开普勒定律计算这个最远距离，已知太阳系的开普勒常量k ＝3.354X1018m 3／s 2。
解析 设哈雷彗星离太阳的最近距离为，最远距离为R 2，则椭圆轨道半长 轴为221R R R += 根据开普勒第三定律k TR =23，得 13222R kT R -==m m 103218109.83600243657510354.38⨯-⨯⨯⨯⨯⨯）（=5.224⨯1012m二、“中心天体——圆周轨道”模型指一个天体(中心天体)位于中心位置不动(自转除外)，另一个天体（环绕天体）以它为圆心做匀速圆周运动，环绕天体只受中心天体对它的万有引力作用。
解答思路 由万有引力提供环绕天体做圆周运动的向心力，据牛顿第二定律，得r Tm r mw r v m ma r Mm G n 2222)2(π==== 式中M 为中心天体的质量，m 为环绕天体的质量， a n 、v 、w 和T 分别表示环绕天体做圆周运动的向心加速度、线速度、角速度和周期．根据问题的特点条件，灵活选用的相应的公式进行分析求解。
此类模型所能求出的物理量也是最多的。
（1）对中心天体而言，可求量有两个：①质量M=2324GT r π，②密度ρ=3233R GT r π，特殊地，当环绕天体为近地卫星时(r ＝R)，有ρ=23GT π。
天体运动的互绕模型(原卷版)—2024学年高一物理同步模型易点通(人教版2019必修第二册)
的两颗相距较近的恒星。
它们间的距离为两星的运行轨道为同心圆，圆心是它们之间连线上的某一点。
由两星之间的万有引力提供，故两星运行所需向心力都由其余行星对其万
A．位于等边三角形三个顶点上的每颗星体做圆周运动的向心加速度大小与B．三星的总动能为
C．若距离L不变，四颗星体的质量
A．O处星体对A
B．C星体对O处星体的万有引力大小为
C．B星体的角速度为
A．
()2
2
A B
2
4R R
GT
π+
C．
()2
A B
2
2R R
GT
π+
9．（2023下·山东威海·高一统考期末）
A．
23
2
4T
π
B．
A．每颗星做圆周运动的线速度为B．每颗星做圆周运动的角速度为C．每颗星做圆周运动的周期为
m
A．星球B的质量为
B．星球B的质量为
L
C．两星球做圆周运动的周期为D．两星球做圆周运动的周期为
A．四颗星的轨道半径均为
B．四颗星表面的重力加速度大小均为。
天体运动模型
m1m2 4π 2 m1m2 4π G 2 = m1 2 r1 ① G 2 = m2 2 r2 ② L T L T ∴ m1r1 = m2 r2 ③ r1 + r2 = L ④ m1 m2 r2 = L⑥ r1 = L ⑤ m1 + m2 m1 + m2
2
1.（2008年宁夏理综卷23）天文学家将相距较近、仅 1.（2008年宁夏理综卷 ）天文学家将相距较近、 年宁夏理综卷23 在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星。 在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星。双星 系统在银河系中很普遍。 系统在银河系中很普遍。利用双星系统中两颗恒星的 运动特征可推算出它们的总质量。 运动特征可推算出它们的总质量。已知某双星系统中 两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆 周运动，周期均为T 两颗恒星之间的距离为r 周运动，周期均为T，两颗恒星之间的距离为r，试推 算这个双星系统的总质量。（引力常量为G 。（引力常量为 算这个双星系统的总质量。（引力常量为G）
GM Mm v = 7.9km / s G 2 =m ① ∴v = R R R
第一宇宙速度由中心天体决定，任何一个星体都有都有自己的第一宇宙 速度。涉及到星体质量时，通常用方法1求第一宇宙速度。
2
方法2 根据“黄金代换” 方法2：根据“黄金代换” 联立①②两式解出 ∴ v = 联立①②两式解出 ①②
②利用“黄金代换”。物体在天体表面的重力大小 利用“黄金代换” 等于天体对物体的万有引力。 等于天体对物体的万有引力。（不考虑天体自转因 素的影响） 素的影响） Mm
Mm v2 2π 2 2 G 2 = m = mω r = m( ) r = mωv r r T
G
R
2
= mg
方法17 高中物理模型盘点(七)天体运动模型
方法17 高中物理模型盘点（七）天体运动模型目 录物理模型盘点——开普勒行星运动定律 .................................................................................................................. 2 物理模型盘点——天体质量和密度的估算 .............................................................................................................. 3 物理模型盘点——行星模型 ...................................................................................................................................... 6 物理模型盘点——近地卫星模型 .............................................................................................................................. 8 物理模型盘点——同步卫星模型 .............................................................................................................................. 9 物理模型盘点——万有引力等于重力模型 ............................................................................................................ 10 物理模型盘点——卫星模型相关物理量讨论 ........................................................................................................ 11 物理模型盘点——三种天体运动速度比较 ............................................................................................................ 13 物理模型盘点——双星模型 多星模型 ................................................................................................................ 15 物理模型盘点——黑洞模型 .................................................................................................................................... 18 物理模型盘点——暗物质 ........................................................................................................................................ 19 物理模型盘点——卫星变轨 (20)物理模型盘点——常数的应用 (22)物理模型盘点——三星一线模型 (24)R 3T 2物理模型盘点——开普勒行星运动定律【模型概述】（2022·湖南卷·T8）如图，火星与地球近似在同一平面内，绕太阳沿同一方向做匀速圆周运动，火星的轨道半径大约是地球的1.5倍。
高考中天体运动问题模型
高考中的天体运动问题模型运用万有引力定律求解天体运动问题，是高考每年必考的重要内容，天体问题可归纳为以下四种模型。
一、重力与万有引力关系模型1．考虑地球（或某星球）自转影响，地表或地表附近的随地球转的物体所受重力实质是万有引力的一个分力由于地球的自转，因而地球表面的物体随地球自转时需要向心力，向心力必来源于地球对物体的万有引力，重力实际上是万有引力的一个分力，由于纬度的变化，物体作圆周运动的向心力也不断变化，因而地球表面的物体重力将随纬度的变化而变化，即重力加速度的值g随纬度变化而变化；从赤道到两极逐渐增大．在赤道上，在两极处，。
例1如图１所示，Ｐ、Ｑ为质量均为m的两个质点，分别置于地球表面不同纬度上，如果把地球看成是一个均匀球体，Ｐ、Ｑ两质点随地球自转做匀速圆周运动，则以下说法中正确的是：（）A．P、Q做圆周运动的向心力大小相等 B．P、Q受地球重力相等C．P、Q做圆周运动的角速度大小相等 D．P、Q做圆周运动的周期相等例2荡秋千是大家喜爱的一项体育活动．随着科技的迅速发展，将来的某一天，同学们也许会在其它星球上享受荡秋千的乐趣。
假设你当时所在星球的质量是、半径为，可将人视为质点，秋千质量不计、摆长不变、摆角小于90°，万有引力常量为。
那么，（1）该星球表面附近的重力加速度等于多少？（2）若经过最低位置的速度为,则此时摆线的拉力是多少？二、卫星（行星）模型卫星（行星）模型的特征是卫星（行星）绕中心天体做匀速圆周运动，如图2所示。
1．卫星（行星）的动力学特征中心天体对卫星（行星）的万有引力提供卫星（行星）做匀速圆周运动的向心力，即有：。
2．卫星（行星）轨道特征由于卫星（行星）正常运行时只受中心天体的万有引力作用，所以卫星（行星）平面必定经过中心天体中心。
3．卫星（行星）模型题型设计1)讨论卫星（行星）的向心加速度、绕行速度、角速度、周期与半径的关系问题。
由得，故越大，越小。
由得，故越大，越小。
专题3 天体运动的常见模型
A.黑洞A的向心力大于B的向心力
B.黑洞A的线速度大于B的线速度 C.黑洞A的质量大于B的质量
D.两黑洞之间的距离越大,A的周期越小
关键能力 · 突破
栏目多的在上面加，做超链接，且各个栏目居中放； 只有“考点”的书，只上”考点一“这种简化标题
审题关键 (1)黑洞A的向心力的来源与黑洞B的向心力来源有什么关系? 提示:是一对相互作用的万有引力 (2)要想保证二者稳定的圆周运动必须有什么确定的关系? 提示:共面、同心圆且角速度必须相等
Gm1m2 L2
=m1
ω12r1,
Gm1m2 L2
=
m2 ω22 r2。
(2)两颗星的周期及角速度都相等,即T1=T2,ω1=ω2。
(3)两颗星的半径与它们之间的距离关系为r1+r2=L。
(4)两颗星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比,即m1 =r2 。
m2 r1
关键能力 · 突破
(5)双星的运动周期T=2π
知m<6.25,m可取7个值,故在b转动一周的过程中,a、b、c共线14次,选项D正
确,C错误。
关键能力 · 突破
栏目多的在上面加，做超链接，且各个栏目居中放； 只有“考点”的书，只上”考点一“这种简化标题
2.[相距最近](2020江西上饶六校联考)当地球位于太阳和木星之间且三者几 乎排成一条直线时,称之为“木星冲日”,2017年4月7日出现了一次“木星冲 日”。已知木星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳近似做匀速圆 周运动,木星到太阳的距离大约是地球到太阳距离的5倍。则下列说法正确 的是( B ) A.下一次的“木星冲日”时间肯定在2019年 B.下一次的“木星冲日”时间肯定在2018年 C.木星运行的加速度比地球的大 D.木星运行的周期比地球的小
2021新高考2版物理一轮课件：专题 天体运动的常见模型
有引力等于重力有G
mm' R2
=m'g,则g=
Gm R2
,故C正确;根据万有引力提供向心力有
G
(
m2 2a)2
+2G
m2 a2
cos
45°=m· 2
2
a
2π T
2
,解得T=2πa
2a ,故D正确。
(4 2)Gm
考点二 “黑洞”模型
考点突破 栏目索引
暗物质和黑洞是当前宇宙探测的热点,对于暗物质和黑洞的相关问题,可 以依据万有引力定律和天体运动规律进行解答。
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A.直线三星系统中甲星和丙星的线速度相同 B.直线三星系统的运动周期T=4πR R
5GM
C.三角形三星系统中星体间的距离L= 3 12 R
5
D.三角形三星系统的线速度大小为 1 5GM
2R
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解析 BC 直线三星系统中甲星和丙星的线速度大小相同,方向相反,选项A
错误;对直线三星系统由牛顿第二定律有G
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考向2 宇宙三星模型 2.(多选)太空中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成 的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用。已观测到稳定的三星 系统存在两种基本的构成形式(如图):一种是三颗星位于同一直线上,两颗星 围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行;另一种形式是三颗星位于等边 三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行。设这三颗星 的质量均为M,并设两种系统的运动周期相同,引力常量为G,则 ( )
A.质量之比mA∶mB=2∶1 B.角速度之比ωA∶ωB=1∶2 C.线速度大小之比vA∶vB=2∶1 D.向心力大小之比FA∶FB=2∶1
高考物理状元谋略四万有引力天体运动常考模型
万有引力 天体运动常考模型 万有引力定律的应用是每年高考的必考内容之一，主要考查：天体的质量或密度的估算、人造卫星的运行规律、同步卫星、双星问题和卫星的发射与变轨等。
一．解决此类问题的基本思路是：(1）在地球表面附近，忽略地球的自转时，可认为重力近似等于万有引力,即mg ＝G 错误!。
(2）把天体的运动近似为匀速圆周运动，则F 万＝F 向。
二、热点问题：卫星的各物理量随轨道半径的变化而变化的规律及卫星的变轨问题1.卫星的各物理量随轨道半径的变化而变化的规律2．卫星的变轨问题卫星的速度增大，应做离心运动，要克服万有引力做负功,其动能要减小,速度也减小，所以稳定后速度减小与卫星原来速度增大并不矛盾，这正是能量守恒定律的具体体现. 三：热点问题:环绕速度与发射速度的比较及地球同步卫星1．环绕速度与发射速度的比较近地卫星的环绕速度7.9m/s,M v G gR R=== 通常称为第一宇宙速度，它是地球周围所有卫星的最大环绕速度，是在地面上发射卫星的最小发射速度。
不同高度处的人造卫星在圆轨道上的运行速度,M v G r=其大小随半径的增大而减小.但是，由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功,所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大.2.地球同步卫星特点(1）地球同步卫星只能在赤道上空。
(2)地球同步卫星与地球自转具有相同的角速度和周期.(3)地球同步卫星相对地面静止.(4）同步卫星的高度是一定的.四、例题赏析1．如图所示是行星m绕恒星M运动的情况示意图，根据开普勒行星运动定律可知下面说法正确的是（）A．速度最大的点是B点 B．速度最小的点是C点C．m从A到B做减速运动D．m从B到A做减速运动2。
假设神舟8号飞船在绕地球椭圆轨道无动力运行，地球的中心位于椭圆的一个焦点上，其中A为椭圆轨道的近地点，B为椭圆轨道的远地点．则飞船从A点开始沿椭圆轨道运行到B 的过程中，下列论述正确的是（）A．飞船受地球引力减小，运行速度也减小B．飞船加速度减小，运行速度增大C．飞船动能增大，飞船重力势能也增大D．飞船的动能减小，飞船机械能减小3。
天体运动的各种物理模型..
天体运动的各种物理模型(08年、5月)一、追赶相逢类型1-1、科学家在地球轨道外侧发现了一颗绕太阳运行的小行星，经过观测该小行星每隔时间t 与地球相遇一次，已知地球绕太阳公转半径是R ，周期是T ，设地球和小行星都是圆轨道，求小行星与地球的最近距离。
解：设小行星绕太阳周期为T /，T />T,地球和小行星每隔时间t 相遇一次，则有/1t t T T -= ， /tTT t T=- 设小行星绕太阳轨道半径为R /,万有引力提供向心力有/2///2/24Mm G m R R Tπ= 同理对于地球绕太阳运动也有2224Mm G m R R T π=由上面两式有 /3/232R T R T = /2/3()t R R t T=-所以当地球和小行星最近时 /2/3()t d R R R R t T=-=--1-2、火星和地球绕太阳的运动可以近似看作为同一平面内同方向的匀速圆周运动，已知火星的轨道半径m r 11105.1⨯=火，地球的轨道半径m r 11100.1⨯=地，从如图所示的火星与地球相距最近的时刻开始计时，估算火星再次与地球相距最近需多少地球年？（保留两位有效数字） 解：设行星质量m ，太阳质量为M ，行星与太阳的距离为r ，根据万有引力定律，行星受太阳的万有引力2r mMGF =（2分） 行星绕太阳做近似匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有r m ma F 2ω==（2分）Tπω2=（1分） 以上式子联立r T m r mM G 2224π= 故3224r GM T π=（1分） 地球的周期1=地T 年，（1分） 32)()(地火地火r r T T = 火星的周期地地火火T t t T ⋅=3)(（2分）1)100.1105.1(31111⨯⨯⨯=年=1.8年 （1分）设经时间t 两星又一次距离最近，根据t ωθ=（2分） 则两星转过的角度之差πππθθ2)22(=-=-t T T 火地火地（2分） 年年地火地火火地3.218.118.1111=-⨯=-=-=T T T T T T t （2分，答“2.2年”同样给分）二、宇宙飞船类型（神舟五号类型）2-1、随着我国“神舟五号”宇宙飞船的发射和回收成功。
高考冲刺专题：天体运动的各种物理模型
⾼考冲刺专题：天体运动的各种物理模型⾼考冲刺专题：天体运动的各种物理模型⼀、追赶相逢类型1-1、科学家在地球轨道外侧发现了⼀颗绕太阳运⾏的⼩⾏星，经过观测该⼩⾏星每隔t 时间与地球相遇⼀次，已知地球绕太阳公转半径是R ，周期是T ，设地球和⼩⾏星都是圆轨道，求⼩⾏星与地球的最近距离。
解：设⼩⾏星绕太阳周期为T /，T />T,地球和⼩⾏星没隔时间t 相遇⼀次，则有/1t t T T -= /tTT t T=- 设⼩⾏星绕太阳轨道半径为R /,万有引⼒提供向⼼⼒有/2///2/24Mm G m R R Tπ= 同理对于地球绕太阳运动也有 2224Mm G m R R T π= 由上⾯两式有 /3/232R T R T= /2/3()t R R t T =- 所以当地球和⼩⾏星最近时 /2/3()t d R R R R t T=-=--1-2、⽕星和地球绕太阳的运动可以近似看作为同⼀平⾯内同⽅向的匀速圆周运动，已知⽕星的轨道半径m r 11105.1?=⽕，地球的轨道半径m r 11100.1?=地，从如图所⽰的⽕星与地球相距最近的时刻开始计时，估算⽕星再次与地球相距最近需多少地球年？（保留两位有效数字）解：设⾏星质量m ，太阳质量为M ，⾏星与太阳的距离为r ，根据万有引⼒定律，⾏星受太阳的万有引⼒2rmMG F =（2分）⾏星绕太阳做近似匀速圆周运动，根据⽜顿第⼆定律有r m ma F 2ω==（2分）T πω2=（1分）以上式⼦联⽴r Tm r m M G 2224π= 故3224r GM T π=（1分）地球的周期1=地T 年，（1分） 32)()(地⽕地⽕r r T T = ⽕星的周期地地⽕⽕T t t T ?=3)(（2分）1)100.1105.1(31111=年=1.8年（1分）设经时间t 两星⼜⼀次距离最近，根据t ωθ=（2分）则两星转过的⾓度之差πππθθ2)22(=-=-t T T ⽕地⽕地（2分）年年地⽕地⽕⽕地3.218.118.1111=-?=-=-=T T T T T T t （2分，答“2.2年”同样给分）⼆、宇宙飞船类型（神⾈五号类型）2-1、随着我国“神⾈五号”宇宙飞船的发射和回收成功。
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【例14】一均匀球体以角速度ω绕自己的对称轴自转，若维持球体不被解体的 唯一作用力是万有引力，则此球的最小密度是多少?
【例15】 一物体静置在平均密度为 体静 在平均密度 ρ的球形天体表面的赤道上。已知万有引 球形 体表面 赤道 有引 力常量G，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天 体自转周期为( )
)
【 11】某人在一星球上以速度 【例 】某 在 速 v竖直上抛一物体，经时间 直 抛 物 t物体以速度 物 速 v落回手 落 中。已经该星球的半径为R，求这星球上的第一宇宙速度。
模型五：求密度模型 【例12】某研究小组用天文望远镜对一颗行星进行观测，发现该行星有一颗卫 星，卫星在行星的表面附近绕行，并测得其周期为 在 的表 绕 并测 其 期为T，已知引力常量 引 常 为G，根据这些数据可以估算出( ) A．行星的质量 行星的质量 B．行星的半径 行星的半径 C．行星的平均密度 D．行星表面的重力加速度 【例13】已知地球的半径 球 半径 R＝6400Km， ，地面的重力加速度 面 重力 度g＝9.8m/s2，求 ，求地 球的平均密度。
模型三：黄金代换模型 【例6】 质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速 圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度 为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的( ) GM A．线速度 v B．角速度 gR R C．运行周期 T 2 R g D．向心加速度 a
高考秘籍之天体运动必备十大模型(上)
天体运动 考察形式多样 每年高考必考 十大模型 模型八：同步卫星模型 模型九：能量模型 模型十：变轨模型
模型一：公转模型 模型二：自转模型 模型三：黄金代换模型 模型四：卫星发射模型 模型五：求密度模型 模型六：天体的追及相遇模型 模型七：多星系模型
覆盖历年高考以及模拟的全部类型 轻松应对高考及各种考试 适用同学 已经学完天体运动部分，想进一步提高的同学 学完天体运动部分，想进 步提高的同学 高三复习的同学 课程要求 一定要完成给同学们布置的课后作业 课程要求， 定要完成给同学们布置的课后作业QQ群：248831169 GM 1 ma a＝ 2 a ∝ 2 r r v2 GM 1 m v＝ v∝ r r r Mm F万＝G 2 ＝F向＝ GM 1 r ∝ m 2 r ＝ 3 r r3 4π2 4π2r 3 m 2 r T＝ T ∝ r3 T GM
【例7】宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原 处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t 小球落回原处。 球落 原处 (取地球表面重力加速度 取地球表 重力加速度g＝10m/s / 2，空气阻力不计 空气 力 计) ⑴求该星球表面附近的重力加速度g′； ⑵已知该星球的半径与地球半径之比为R星∶R地＝1∶4，求该星球的质 求该星球的质 量与地球质量之比M星∶M地。
【例4】在一个星球上，宇航员为了估测星球的平均密度，设计了一个简单的 ， T， ，然后用弹簧秤测一个钩码 弹 秤 个 实验：他先利用手表，记下一昼夜的时间 的重力，发现在赤道上的重力为两极的90%。试写出星球平均密度的 估算表达式 估算表达式。
【例5】 中子星是恒星演化过程的一种可能结果 中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大，现有一中子 它的密度很大 现有一中子 1 星，观测到它的自转周期为 T＝ s。问该中子星的最小密度应是多 30 少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解？计算时星体可视为均 匀球体。(引力常数 G＝6.67 6 67 1011 N m 2 /kg 2 )
【例9】物体在地面上受到的重力为 】物体在地 上受到的重力为160N，将它放置在卫星中，在卫星以加速 将它放置在 星中 在 星 加速 度g/2随火箭向上加速上升的过程中，当物体与卫星中的支持物的相互 挤压力为90N时，求此时卫星距地球表面有多远？ 时 求此时卫星距地球表面有多远？(地球半径R＝ 3 6.4×10 km，g＝10m/s2)
等量关系:
F万 ＝F向
模型一：公转模型 F万 ＝F合 ＝F向
具体用哪一个向心力表达式，视题目条件而定。
Gm'm 2π 2 v2 2r ＝ mw ＝ m ＝ m ( )r 2 r r T
【例1】如图所示，在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星 A、B、C，在某一 时刻恰好在同一直线上，下列说法正确的有( ) A．vA＜vB＜vC B．根据万有引力定律，向心力FA＞FB＞FC C．向心加速度 向心加速度aA＞aB＞aC D．运动一周后， A先回到原地点 【例2】关于人造地球卫星的向心力的大小与圆周运动半径的关系的下面说法 中正确的是( ) A．由公式F＝m 2 r 得向心力的大小和半径成正比 B．由公式 由公式F＝m v 2 / r 得向心力的大小和半径成反比 C．由公式F＝m v 得向心力的大小和半径无关 D．由公式 由公式F＝G M m / r 2 得向心力的大小和半径的平方成反比 1
Gm G R2
【例8】宇航员在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球。经过时 间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为l。若抛出 时初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为 倍 则抛出点与落地点之间的 离为 3l ，已知两落 知 落 地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常数为G。求该星 球的质量M。
4 2 A． 3G
1
3 2 B． 4 G
1
2 C． G
1
3 2 D． G
1
3
2
模型四：卫星发射模型 卫星做圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得
G Mm v2 m r2 r v GM 6.67 1011 5.89 1024 m/s＝7.9km/s 6.37 106 r
V＝7.9km/s 这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必 须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度(环绕 速度)，最大环绕速度
【例3】 一行星绕恒星作圆周运动。由天文观测可得，其运动周期为T，速度 为v，引力常量为G，则( ) 3 4 2v 3 vT A．恒星的质量为 B．行星的质量为 GT 2 2 G vT 2 v C．行星运动的轨道半径为 D．行星运动的加速度为 2 T 模型二：自转模型 物体随地球一起自转 m 2 R Mm 忽略自传 mg＝ G 2 R mM M 自传太快(星球瓦解) G 2 R Mm G 2 ＝m 2 R R mg
如果速度继续增加，达到或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离 开地球，成为绕太阳运动的一颗人造行星 我们把7.9km/s叫做第一宇宙速度(环绕速度) 我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度(脱离速度) 我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度(逃逸速度)
【例10】人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度( A．一定等于7.9km/s B．等于或小于7.9km/s C．一定大于7.9km/s D．介于7.9km/s与11.2km/s之间