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1、高高 考考 总总 复复 习习 优优 化化 设设 计计GAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JIGAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JI研专项素养提升研专项素养提升第四章第四章2023一、重要科学思一、重要科学思维方法指方法指导:卫星通信中的星通信中的“阴影区阴影区”问题【思维指导】【思维指导】在卫星的通信、观测星体问题中,由于另一个星体的遮挡出现“阴影区”,解决此类问题的基本方法是:(1)建立几何模型:通过构建平面几何图,找出被星体遮挡的“阴影区”。(2)建立几何关系:关键是找出两个星体转动角度之间的几何关系。【案例探究】【案例探究】(2021
2、福建福州二模)有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行周期是地球近地卫星的2 倍,卫星圆形轨道平面与地球赤道平面重合,卫星上有太阳能收集板可以把光能转化为电能,已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R,忽略地球公转,此时太阳处于赤道平面上,近似认为太阳光是平行光,则卫星绕地球一周,太阳能收集板的工作时间为()答案 C二、情境化主二、情境化主题突破突破:航天事航天事业发展与宇宙探索展与宇宙探索【背景资料】【背景资料】资料一火箭发射技术1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”在酒泉发射成功,中国成为世界上第五个发射卫星的国家。近年来,中国的航天科技取得了举世瞩目的成就,随着202
3、0年5月长征五号的顺利升空,我们在卫星发射技术、探月技术和载人航天方面有着国际领先水平。我们的“长征”系列火箭是世界上发射成功率最高的运载火箭之一。资料二空间站建设2021年4月29日,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱,在文昌航天发射场发射升空。2021年5月30日,天舟二号携带航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等设备与天和核心舱完成了交会对接。2021年6月17日,神舟十二号载人飞船与天和核心舱对接,航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱,标志着中国人首次进入了自己的空间站。2021年9月20日,天舟三号与天和核心舱完成了自主快速交会对接。2021
4、年10月16日,神舟十三号与天和核心舱完成交会对接,翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员进入天和核心舱。资料三探月工程中国探月工程分“绕、落、回”三步走,2020年嫦娥五号成功完成我国探月工程三步走中“回”的任务。嫦娥五号突破一系列关键技术,成功携带月球样本回到地球。资料四北斗卫星导航系统2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授
5、时服务,并具有短报文通信能力。资料五火星探测火星是太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一,一直以来都是人类深空探测的热点。2020年7月23日,长征五号遥四运载火箭搭载天问一号探测器发射升空,迈出了中国自主开展行星探测的第一步。2021年2月10日,天问一号探测器成功进入火星轨道,2021年5月15日,天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部着陆区,并传回了任务着陆区域高分影像图。2021年5月22日,祝融号火星车驶离着陆平台,到达火星表面,开始巡视探测。资料六天眼、黑洞、宇宙探索由我国天文学家南仁东于1994年提出构想,历时22年建成的500 m口径球面射电望远镜被誉为
6、“中国天眼”,于2016年9月25日落成启用。它是由中国科学院国家天文台主导建设,它具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。综合性能是著名的射电望远镜阿雷西博的10倍。截至2020年11月,发现脉冲星数量超过240颗。2019年11月28日凌晨,国际科学期刊自然发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现。依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST),研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞,并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望
7、推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。【思维指导】【思维指导】基于上述背景资料,从火箭发射、卫星运行、飞行器对接返回、北斗导航到探测月球、探测火星、探测宇宙奥秘中都蕴含着物理概念和规律。站在新高考的角度,除了要关注“从天体质量或密度的计算、行星运动规律的分析到同步卫星、双星、宇宙速度、变轨问题”这些动力学问题外,还要多关注一些涉及功能关系和动量的新情境问题,关注宇宙探索的前沿知识,关注近几年以中国及世界空间技术和宇宙探索为背景的题目。【创新训练】【创新训练】1.(多选)(2021黑龙江大庆检测)脉冲星的本质是中子星,它具有在地面实验室无法实现的极端物理性质,是理想的天体物理实验室,对其进行研究,有
8、希望得到许多重大物理学问题的答案,如脉冲星的自转周期极其稳定,准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学技术应用提供了理想工具。我国FAST天文望远镜发现了一颗太空脉冲星,它的自转周期为T,距离地球1.6万光年,假设该星球恰好能维持自转不瓦解。地球可视为球体,其自转周期为T0,用弹簧测力计测得同一物体在地球赤道上的重力为两极处的k倍,已知引力常量为G,则下列关于该脉冲星的平均密度及其与地球的平均密度0之比的表达式正确的是()答案AC解析星球恰好能维持自转不瓦解时,万有引力恰好能提供其表面物体做圆周运动所需的向心力,设该星球的质量为m,半径为R,表面一物体质量为2.2020年6月23日,北
9、斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心成功升空,它是一颗地球同步轨道卫星。已知地球的平均半径为R0,自转周期为T0,地表的重力加速度为g。(1)试求这颗同步卫星的轨道半径R。(2)有一颗与上述同步卫星在同一轨道平面的低轨道卫星,自西向东绕地球运行,其运行半径为同步轨道半径R的 ,试求该卫星的周期T和该卫星每隔多长时间在地球上同一地点的正上方出现一次。(计算结果只能用题中已知物理量的字母表示)(3)若已知地球质量m地=6.01024 kg,地球半径r=6 400 km,其自转周期T0=24 h,引力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2。在赤道处地面上有一质量为m0的物体A,用W0表示
10、物体A在赤道处地面上所受的重力,F0表示其在赤道处地面上所受的万有引力。请求出 的值(结果保留1位有效数字),并以此为依据说明在处理万有引力和重力的关系时,为什么经常可以忽略地球自转的影响。这一计算结果说明,地球赤道表面上静止的物体所受重力大小与所受地球引力大小差别很小,所以通常情况下可以忽略地球自转造成的地球引力大小与重力大小的区别。3.嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面,并通过“鹊桥”中继卫星传回了世界上第一张近距离拍摄月球背面的图片。此次任务实现了人类探测器首次在月球背面软着陆、首次在月球背面通过中继卫星与地球通信,开启了人类探索月球的新篇章。探测器在月球背面着陆的难度要比在月球正面着陆大
11、很多,其主要的原因是月球的遮挡使探测器着陆前无法和地球实现通信。我国发射了一颗名为“鹊桥”的中继卫星,在地球和月球背面之间搭了一个“桥”,从而有效地解决了通信问题。为了实现通信和节约能量,“鹊桥”的理想情况就是围绕“地月”系统的一个拉格朗日点运动,如图甲所示。所谓“地月”系统的拉格朗日点是指空间中的某个点,在该点放置一个质量很小的天体,该天体仅在地球和月球的万有引力作用下保持与月球同步绕地球运动。甲(1)设地球质量为m地,月球质量为m,地球中心和月球中心间的距离为L,月球绕地心运动,图甲中所示的拉格朗日点到月球球心的距离为r。推导并写出r与m地、m和L之间的关系式。(2)地球和太阳组成的“日地”系统同样存在拉格朗日点,图乙为“日地”系统示意图,请在图中太阳和地球所在直线上用符号“*”标记出几个拉格朗日点的大概位置。乙(2)对于“日地”系统,在太阳和地球的连线上共有3个可能的拉格朗日点,其大概位置如图所示。本 课 结 束