【最新】一轮优化探究物理(人教版)课件：第四章+微专题四+“嫦娥”探月四步曲

A．若已知嫦娥三号环月段圆轨道的半径、运动周期和引力常 量，则可算出月球的密度 B．嫦娥三号由环月段圆轨道变轨进入环月段椭圆轨道时，应 让发动机点火使其加速 C．嫦娥三号在环月段椭圆轨道上 P 点的速度大于 Q 点的速度 D．嫦娥三号在动力下降段，其引力势能减小
[解析]
利用环月圆轨道半径、运动周期和引力常量，可以计
第四章 曲线运动 万有引力与航天 微专题四|“嫦娥”探月四步曲
C
目 录
ONTENTS
[巩固训练]
[章末检测]
中国探月工程，又称“嫦娥工程”.2004 年，中国正式开展月 球探测工程．嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建 立月球基地”三个阶段.2007 年 10 月 24 日 18 时 05 分，“嫦娥一 号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于 2009 年按预定计 划受控撞月.2010 年 10 月 1 日 18 时 57 分 59 秒“嫦娥二号”顺利 发射，也已圆满并超额完成各项既定任务.2011 年离开拉格朗日点 L2 点后，向深空进发，现今仍在前进，意在对深空通信系统进行 测试.2013 年 9 月 19 日，探月工程进行了嫦娥三号卫星和玉兔号月 球车的月面勘测任务．嫦娥四号是嫦娥三号的备份星．嫦娥五号主 要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析，以及月球样品返回地 球以后的分析与研究．要完成“嫦娥”工程的前提是要把卫星成功 送到月球，大致经历“发射→转移→环绕→着陆”四步.
图．假设“嫦娥三号”运行经过 P 点第一次通过近月制动使 “嫦娥三号”在距离月面高度为 100 km 的圆轨道Ⅰ上运动， 再次经过 P 点时第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月 面近地点为 Q、高度为 15 km，远地点为 P、高度为 100 km 的 椭圆轨道Ⅱ上运动，下列说法正确的是( )
A． “嫦娥三号”在距离月面高度为 100 km 的圆轨道Ⅰ上运动 时速度大小可能变化 B． “嫦娥三号”在距离月面高度 100 km 的圆轨道Ⅰ上运动的 周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期 C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过 Q 点时的加速度一 定大于经过 P 点时的加速度 D．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过 Q 点时的速度可能 小于经过 P 点时的速度
设在距离地面的高度为 h 时，平台对仪器的支持力为 F1，根据 17 题述和牛顿第三定律得，F1＝ F0 18 g 由牛顿第二定律得，F1－F＝m0a，a＝ 2 R 联立解得：h＝ 2
[答案] 见解析
第二步：卫星转移 [典例 2] 嫦娥三号的飞行轨道示意图如图所示． 假设嫦娥三号
在环月段圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引 力，则( )
[解析]
“嫦娥三号”在距离月面高度为 100 km 的圆轨道上运动是
匀速圆周运动，速度大小不变，选项 A 错误．由于圆轨道的轨道半 径大于椭圆轨道半长轴，根据开普勒定律， “嫦娥三号”在距离月 面高度 100 km 的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运 动的周期， 选项 B 正确． 由于在 Q 点“嫦娥三号”所受万有引力大， 所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过 Q 点时的加速度一定大 于经过 P 点时的加速度，选项 C 正确．“嫦娥三号”在椭圆轨道上 运动的引力势能和动能之和保持不变，Q 点的引力势能小于 P 点的 引力势能，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动到 Q 点的动能较 大，速度较大，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过 Q 点时 的速度一定大于经过 P 点时的速度，选项 D 错误． [答案] BC
(2)假设在“嫦娥三号”舱内有一平台，平台上放有测试仪器， 仪器对平台的压力可通过监控装置传送到地面．火箭从地面发 g 射后以加速度 竖直向上做匀加速直线运动，升到某一高度时， 2 地面监控器显示“嫦娥三号”舱内测试仪器对平台的压力为 17 发射前压力的 ，求此时火箭离地面的高度． 18
[解析]
第四步：卫星着陆 [ 典例 4] 如图所示为“嫦娥三号”探测器在
月球上着陆最后阶段的示意图．首先在发动机 作用下，探测器受到推力在距月面高度为 h1 处 悬停(速度为 0，h1 远小于月球半径)；接着推力 改变，探测器开始竖直下降，到达距月面高度 为 h2 处的速度为 v；此后发动机关闭，探测器仅受重力下落至 月面．已知探测器总质量为 m(不包括燃料)，地球和月球的半 径比为 k1，质量比为 k2，地球表面附近的重力加速度为 g，求：
M 地m (1)在地面附近，mg＝G 2 ， R
gR2 解得：M 地＝ G . (2)设此时火箭离地面的高度为 h，选仪器为研究对象，设仪器 质量为 m0，火箭发射前，仪器对平台的压力 M地m0 F0＝G 2 ＝m0g. R 在距地面的高度为 h 时，仪器所受的万有引力为 M地m0 F＝G R＋h2
算出月球的质量，月球半径未知，不能计算出月球的密度， A 错误；由环月圆轨道进入椭圆轨道时，在 P 点让发动机点火使 其减速，B 错误；嫦娥三号在椭圆轨道上 P 点速度小于在 Q 点 速度，C 错误；嫦娥三号在动力下降段，高度减小，引力势能 减小，D 正确．
[答案] D
第三步：绕月飞行 [典例 3] (多选)典例 2 的题图是“嫦娥三号”飞行轨道示意
第一步：卫星发射 [典例 1] 我国已于 2013 年 12 月 2 日凌晨 1 点 30 分使用长征
三号乙运载火箭成功发射“嫦娥三号”．火箭加速是通过喷气 发动机向后喷气实现的．设运载火箭和“嫦娥三号”的总质量 为 M，地面附近的重力加速度为 g，地球半径为 R，万有引力 常量为 G. (1)用题给物理面时的 速度大小； (2)从开始竖直下降到刚接触月面时，探测器机械能的变化．
[解析]
(1)设地球质量和半径分别为 M 和 R，月球的质量、半
径和表面附近的重力加速度分别为 M′、R′和 g′，探测器 M′m 刚接触月面时的速度大小为 vt，则有 mg′＝G 2 ，mg＝ R′ Mm G 2 R k1 2 解得 g′＝ g k2