7.4 宇宙航行(课时2)(举一反三)【三大题型】(原卷版)-2024-2025学年高一物理举一反三系列(人教版2019必修第二册).docx

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7.4宇宙航行(课时2)【三大题型】

【人教版2019】

TOC\o1-3\h\u

【题型1双星和多星系统】 1

【题型2拉格朗日点】 3

【题型3黑洞与宇宙】 6

知识点1:双星问题

两个离得比较近的天体,在彼此间的引力作用下绕两者连线上的某一点做圆周运动,这样的两颗星组成的系统称为双星.

1.双星特点

(1)两星做圆周运动的向心力相等;

(2)两星具有相同的角速度和周期;

(3)两星的轨道半径之和等于两星之间的距离,即r1+r2=L.

2.处理方法

双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力.即Geq\f(m1m2,L2)=m1ω2r1=m2ω2r2.

3.双星的两个结论

(1)运动半径:与质量成反比,即m1r1=m2r2

(2)质量之和:m1+m2=eq\f(4π2L3,GT2)

【题型1双星和多星系统】

【例1】宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用,三星质量也相同。现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星做圆周运动,如图甲所示;另一种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,如图乙所示。设两种系统中三个星体的质量均为m,且两种系统中各星间的距离已在图中标出,引力常量为G,则下列说法中正确的是()

A.直线形三星系统中星体做圆周运动的线速度大小为

B.直线形三星系统中星体做圆周运动的周期为

C.三角形三星系统中每颗星做圆周运动的角速度为

D.三角形三星系统中每颗星做圆周运动的加速度大小为

【变式1-1】(多)在银河系中,双星的数量非常多,研究双星,对于了解恒星形成和演化过程的多样性有重要的意义。如图所示为由A、B两颗恒星组成的双星系统,A、B绕连线上一点O做圆周运动,测得A、B两颗恒星间的距离为L,恒星A的周期为T,恒星A做圆周运动的向心加速度是恒星B的2倍,忽略其他星球对A、B的影响,则下列说法正确的是()

A.恒星B的周期为

B.A、B两颗恒星质量之比为1:2

C.恒星B的线速度是恒星A的2倍

D.A、B两颗恒星质量之和为

【变式1-2】(多)经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”。“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的半径远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体。现有两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为,则可知()

A.、做圆周运动的向心力之比为

B.、做圆周运动的线速度之比为

C.星的运动满足方程

D.双星的总质量一定,双星之间的距离越大,其转动周期越大

【变式1-3】(多)在银河系中,双星的数量非常多,研究双星,对于了解恒星形成和演化过程的多样性有重要的意义。如图所示为由A、B两颗恒星组成的双星系统,A、B绕连线上一点O做圆周运动,测得A、B两颗恒星间的距离为L,恒星A的周期为T,其中一颗恒星做圆周运动的向心加速度是另一颗恒星的2倍,则()

A.恒星B的周期为

B.A、B两颗恒星质量之比为1∶2

C.恒星B的线速度是恒星A的2倍

D.A、B两颗恒星质量之和为

【题型2拉格朗日点】

【例2】2023年10月9日,先进天基太阳天文台,即“夸父一号”科学卫星迎来一周岁生日。“夸父一号”已平稳在轨运行365天。已知“夸父一号”位于日地连线、距地球约150万公里的日地系统的拉格朗日点,和地球一起以相同角速度绕太阳做匀速圆周运动,如图所示。关于“夸父一号”和地球一起运行过程中,下列说法正确的是()

A.“夸父一号”受力平衡

B.“夸父一号”绕太阳运行的周期小于一年

C.“夸父一号”绕太阳运行的加速度小于地球绕太阳运行的加速度

D.“夸父一号”和地球一起绕太阳做圆周运动的向心力均由太阳的引力提供

【变式2-1】在两个大物体引力场空间中存在着一些点,在这些点处的小物体可相对于两个大物体基本保持静止,这些点称为拉格朗日点。中国探月工程中的“鹊桥号”中继卫星是世界上首颗运行于地月拉格朗日点的通信卫星,如图所示,该卫星在几乎不消耗燃料的情况下与月球同步绕地球做圆周运动,关于处于拉格朗日和点上的两颗卫星,下列说法正确的是()

A.两卫星绕地球做圆周运动的线速度相等

B.处于点的卫星绕地球做圆周运动的向心加速度大

C.处于点的卫星绕地球做圆周运动的角速度大

D.处于点的卫星绕地球做圆周运动的向心力大

【变式2-2】(多)1772年,法籍意大利数学家拉格朗日在论文《三体问题》中指出:两个质量相差悬殊的天体(如太阳和地球)所在同一平面上有5个特殊点,如图中的所示,人们称为拉格朗日点。若飞行器位于这些点上,会在太阳与地球共同引力作用

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