第五章万有引力与宇宙航行章末教考衔接2025高考物理二轮专题

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一、黑洞问题【真题1】　（2021·全国乙卷5题）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1 000 AU（太阳到地球的距离为1 AU）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为（　　）
F向↓，mg↑，A错误；
　　有些恒星，在它一生的最后阶段，强大的引力把其中的物质紧紧 地压在一起，密度极大，每立方厘米的质量可达数吨。它们的质量非 常大，半径又非常小，其逃逸速度非常大。于是，我们自然要想，会 不会有这样的天体，它的质量更大、半径更小，逃逸速度更大，以 3×108 m/s的速度传播的光都不能逃逸？如果宇宙中真的存在这种天 体，即使它确实在发光，光也不能进入太空，我们也根本看不到它。 这种天体称为黑洞。
衔接分析：人教版教材必修第二册P64“科学漫步”讲了恒星发展 的最后阶段变为黑洞，以3×108 m/s运行的光都无法逃逸。2021年 全国乙卷和2023年湖南高考题均以“黑洞”为背景，考查万有引 力定律的应用。
二、行星冲日问题【真题3】　（多选）（2022·湖南高考8题）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。地球上的观测者在大多数的时间内观测到火星相对于恒星背景由西向东运动，称为顺行；有时观测到火星由东向西运动，称为逆行。当火星、地球、太阳三者在同一直线上，且太阳和火星位于地球两侧时，称为火星冲日。忽略地球自转，只考虑太阳对行星的引力，下列说法正确的是（　　）
【真题4】　（2023·湖北高考2题）2022年12月8日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为3∶2，如图所示。根据以上信息可以得出（　　）
　　人教版教材必修第二册P72“复习与提高”B组第6题　　太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。 当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线 的现象，天文学称为“行星冲日”。已知地球及各地外行星绕太阳运 动的轨道半径如下表所示。　　根据题中信息，试计算木星相邻两次冲日的时间间隔，哪颗地外 行星相邻两次冲日的时间间隔最短？
衔接分析：人教版教材必修第二册P72“复习与提高”B组第6题以行 星运行为背景，解决木星冲日问题。2022年湖南高考题和2023年湖北 高考题也是以行星运行为背景，解决火星冲日问题，解题的思路和应 用的规律相同，但高考题所涉及的问题多，考查点更加全面。　　
1. 2020年诺贝尔物理学奖授予对黑洞的研究和观测作出贡献的三位科学家。科学家团队经过数十年对银河系中心人马座A*的观测，发现数十颗恒星以极不寻常的轨道围绕银河系中心运行，以此推测银河系中心存在一个超大质量黑洞。恒星S2运行轨道为椭圆，黑洞位于椭圆轨道的一个焦点上，恒星S2绕黑洞运行一周需要16年，离黑洞中心的最近距离为120天文单位，椭圆轨道半长轴长为970天文单位（设地球绕太阳做圆周运动的轨道半径为1天文单位），恒星S2最大运行速度约为7 000 km/s。假设黑洞对其周围的恒星的引力作用也遵循万有引力定律，不考虑恒星之间的相互作用。下列推测合理的是（　　）
2. 2022年11月9日发生了天王星冲日现象，即天王星和太阳正好分处 在地球的两侧，三者几乎成一条直线，此时是观察天王星的最佳时 间，已知此时地球到天王星和太阳的距离分别为（N－1）r、r，地 球的公转周期为T，则天王星相邻两次冲日的时间间隔为（　　）
3. 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”，若2022年9月26日出现一次“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（　　）