高考物理力学知识点之万有引力与航天经典测试题含答案(1)

高考物理力学知识点之万有引力与航天经典测试题含答案(1)
高考物理力学知识点之万有引力与航天经典测试题含答案(1)

高考物理力学知识点之万有引力与航天经典测试题含答案(1)

一、选择题

1.一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为0v 假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为N ,已知引力常量为G,则这颗行星的质量为

A .2mv GN

B .4mv GN

C .2Nv Gm

D .4Nv Gm

2.由于地球自转和离心运动,地球并不是一个绝对的球形(图中虚线所示),而是赤道部分凸起、两极凹下的椭球形(图中实线所示),A 点为地表上地理纬度为θ的一点,在A 点有一静止在水平地面上的物体m ,设地球对物体的万有引力仍然可看做是质量全部集中于地心O 处的质点对物体的引力,地球质量为M ,地球自转周期为T ,地心O 到A 点距离为R ,关于水平地面对该物体支持力的说法正确的是( )

A .支持力的方向沿OA 方向向上

B .支持力的方向垂直于水平地面向上

C .支持力的大小等于

2

GMm

R D .支持力的大小等于2

22cos GMm m R R T πθ??- ???

3.太空——110轨道康复者”可以对卫星在太空中补充能源,使卫星的寿命延长10年或更长。假设“轨道康复者”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运动,且轨道半径为地球同步卫星的

1

5

,且运行方向与地球自转方向相同。下列说法正确的是 A .“轨道康复者”运行的重力加速度等于其所在轨道处的向心加速度 B .“轨道康复者”运行的速度等于同步卫星运行速度的5倍 C .站在地球赤道上的人观察到“轨道康复者”向西运动

D .“轨道康复者”可以从高轨道加速从而对低轨道上的卫星进行拯救

4.一探月卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面,已知月球的质量约为地球质量的181

,月球半径约为地球半径的1

4

,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s ,则该探月卫星绕月运行的速率约为( )

A .0.4km/s

B .1.8km/s

C .11km/s

D .36km/s

5.2019年1月3日上午10点26分,“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面。探测器在着陆过程从轨道3,到轨道2,再到轨道1。设探测器在轨道3与轨道2经过Q 点的速度分别为v 3Q 与v 2Q ,加速度分别为a 3Q 与a 2Q ;探测器在轨道2与轨道1经过P 点的速度分别为v 2P 与v 1P ,加速度分别为a 2P 与a 1P ,则以下说法正确的是( )

A .v 2P =v 1P

B .a 2P =a 1P

C .v 3Q >v 2P

D .a 3Q >a 1P

6.2017年4月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行.与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的: ( ) A .周期变大

B .速率变大

C .动能变大

D .向心加速度变大

7.设地球表面的重力加速度为0g ,物体在距离地球表面3(R R 是地球的半径)处,由于地

球的作用而产生的加速度为g ,则0

g

g 为( )

A .1

B .

19

C .

14

D .

116

8.已知月球半径为R ,飞船在距月球表面高度为R 的圆轨道上绕月飞行,周期为T 。万有引力常量为G ,则( )

A .月球质量为23

2

16R GT

π B .月球表面重力加速度为22

32R

T π

C .月球密度为

2

3GT π

D .月球第一宇宙速度为

2R

T

π 9.关于第一宇宙速度,下列说法正确的是( ) A .它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B .它是使卫星进入近地圆轨道的最大发射速度 C .它是近地圆轨道上人造地球卫星的运行速度 D .它是卫星在椭圆轨道上运行时在远地点的速度

10.“北斗”卫星导航定位系统由5颗同步卫星和30颗非静止轨道卫星组成。则( ) A .5颗同步卫星中质量小的卫星的高度比质量大的卫星的高度要低 B .5颗同步卫星的周期小于轨道在地球表面附近的卫星的周期 C .5颗同步卫星离地面的高度都相同

D .5颗同步卫星运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间

11.2017年6月19日,“中星9A ”卫星在西昌顺利发射升空。卫星变轨如图所示,卫星先沿椭圆轨道Ⅰ飞行,后在远地点Q 改变速度成功变轨进入地球同步轨道Ⅱ,P 点为椭圆轨道近地点。下列说法正确的是( )

A .卫星在椭圆轨道Ⅰ运行时,在P 点的速度等于在Q 点的速度

B .卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q 点加速度大于在同步轨道Ⅱ的Q 点的加速度

C .卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q 点速度小于在同步轨道Ⅱ的Q 点的速度

D .卫星耗尽燃料后,在微小阻力的作用下,机械能减小,轨道半径变小,动能变小 12.如图所示,卫星a 和b ,分别在半径相同的轨道上绕金星和地球做匀速圆周运动,已知金星的质量小于地球的质量,则( )

A .b 的角速度较大

B .b 的周期较大

C .a 、b 的线速度大小相等

D .a 、b 的向心加速度大小相等

13.地球表面的重力加速度为g ,地球半径为R ,万有引力常量为G ,则地球的平均密度为( ) A .

34g

RG

π

B .

2

34g

R G

π C .

g RG

D .

2

g R G

14.“嫦娥四号”是人类历史上首次在月球背面软着陆和勘测。假定测得月球表面物体自由落体加速度g ,已知月球半径R 和月球绕地球运转周期T ,引力常数为G .根据万有引力定律,就可以“称量”出月球质量了。月球质量M 为( )

A .2

GR M g

= B .G

gR M 2

= C .23

2

4R M GT π= D .23

2

4T R M G

π= 15.2017年10与24日,在地球观测组织(GEO )全会期间举办的“中国日”活动上,我国正式向国际社会免费开放共享我国新一代地球同步静止轨道气象卫星“风云四号”和全球第一颗二氧化碳监测科学实验卫星(以下简称“碳卫星”)的数据.“碳卫星”是绕地球极地运行的

卫星,在距地700千米的圆形轨道对地球进行扫描,汇集约140天的数据可制作一张无缝隙全球覆盖的二氧化碳监测图,有关这两颗卫星说法正确的是( ) A .“风云四号”卫星的向心加速度大于“碳卫星”的向心加速度 B .“风云四号”卫星的线速度小于“碳卫星”线速度 C .“风云四号”卫星的周期小于“碳卫星”的周期 D .“风云四号”卫星的线速度大于第一宇宙速度

16.一宇宙飞船绕火星表面做匀速圆周运动,运转周期为T ,引力常量为G 则火星的平均密度( ) A .GT 2/3π

B .3π/GT 2

C .2GT /4π

D .24/GT

17.火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知: A .太阳位于木星运行轨道的中心

B .火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等

C .火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方

D .相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积

18.人造卫星绕地球做匀速圆周运动,假如卫星的线速度增大到原来的2倍,卫星仍做匀速圆周运动,则( )

A .卫星的向心加速度增大到原来的4倍

B .卫星的角速度增大到原来的4倍

C .卫星的周期减小到原来的18

D .卫星的周期减小到原来的

12

19.星球上的物体脱离该星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度.星球的第二宇宙速度v 2与第一宇宙速度v 1的关系是v 2=2v 1.已知某星球的半径为r ,它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的1

6

.不计其他星球的影响,则该星球的第二宇宙速度为 ( ) A .

3

gr B .

6

gr C .3

gr D .gr

20.2018年5月21日,中国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空.6月14日,“鹊桥”号中继星进入地月拉格朗日L 2点的Halo 使命轨道,以解决月球背面的通讯问题.如图所示,地月拉格朗日L 2点在地球与月球的连线上.若卫星在地月拉格朗日L 2点上,受地球、月球两大天体的引力作用,能保持相对静止.已知地球质量和地月距离,若要计算地月拉格朗日L 2点与地球间的距离,只需要知道的物理量是

A .月球的质量

B .“鹊桥”号中继星的质量

C .月球绕地球运行的周期

D .引力常量

21.我国将发射“天宫二号”空间实验室,之后发射“神州十一号”飞船与“天宫二号”对接.假设“天宫二号”与“神州十一号”都围绕地球做匀速圆周运动,为了实现飞船与空间实验室的对接,下列措施可行的是

A .使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间实验室实现对接

B .使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后空间实验室减速等待飞船实现对接

C .飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速,加速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接

D .飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速,减速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接

22.有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星,a 还未发射,在地球赤道上随地球表面一起转动, b 处于地面附近近地轨道上正常运动,c 是地球同步卫星,d 是高空探测卫星,各卫星排列位置如图,则有

A .a 的向心加速度等于重力加速度g

B .c 在4 h 内转过的圆心角是 π / 6

C .b 在相同时间内转过的弧长最长

D .d 的运动周期有可能是20 h

23.2019年10月31日为“2019年国际暗物质日”,当天,中国锦屏实验室和英国伯毕实验室作为两个世界著名暗物质实验室首次进行了公开互动。假设某一行星绕恒星中心转

动,行星转动周期的理论值与实际观测值之比

(1)T k k T =>理论

观测

,科学家推测,在以两星球球心连线为半径的球体空间中均匀分布着暗物质,设恒星质量为M ,据此推测,暗物质的质量为 A .k 2M

B .4k 2M

C .(k 2-1)M

D .(4k 2-1)M

24.宇航员王亚平在“天宮1号”飞船内进行了我国首次太空授课,演示了一些完全失重状态下的物理现象.若飞船质量为m ,距地面高度为h ,地球质量为M ,半径为R ,引力常量为G ,则飞船所在处的重力加速度大小为( ) A .0

B .

2

()GM

R h +

C .

2

()GMm

R h +

D .

2

GM

h

25.如图所示,地球的公转轨道接近圆,哈雷彗星的公转轨迹则是一个非常扁的椭圆。若已知哈雷彗星轨道半长轴约为地球公转轨道半径的18倍,哈雷彗星在近日点与太阳中心的距离为1r,速度大小为1v,在远日点与太阳中心距离为2r,速度大小为2v,根据所学物理知识判断下列说法正确的是

A.哈雷彗星的公转周期约为76年

B.哈雷彗星在近日点速度1v小于远日点速度2v

C.哈雷彗星在近日点加速度1a的大小与远日点加速度2a的大小之比

2 112

2 221 a v r a v r

=

D.哈雷彗星在椭圆轨道上运动的过程中机械能不守恒【参考答案】***试卷处理标记,请不要删除一、选择题

1.B

解析:B

【解析】

根据G=mg,所以

G N

g

m m

=,根据万有引力提供向心力得:

2

2

Mm v

G m mg

R R

==解

得:

4

mv

M

GN

=,故选B.

点睛:本题是卫星类型的问题,常常建立这样的模型:环绕天体绕中心天体做匀速圆周运动,由中心天体的万有引力提供向心力.重力加速度g是联系星球表面宏观物体运动和天体运动的桥梁.

2.B

解析:B

【解析】

【分析】

【详解】

AB.根据弹力方向可知,支持力的方向应垂直水平线向上,由于地球是椭球形,则OA方向不会垂直水平线,故A错误,B正确;

CD.设支持力方向与赤道平面夹角为α,物体随地球做圆周运动则有

2

22πcos cos ()cos Mm G

N m R R T

θαθ-= 得

22cos 2πcos ()cos cos GMm N m R R T θθ

αα

=

-?

故CD 错误。 故选B 。

3.A

解析:A 【解析】 【详解】

A.由万有引力提供向心力,则有:

2

GmM

ma mg r

'== 可得:2GM

a g r

'==

,可知“轨道康复者”运行的重力加速度等于其所在轨道处的向心加速度,故选项A 符合题意;

B.由万有引力提供向心力,则有:

2

2

GmM mv r r

=

可得:v =

,可知 “轨道康复者”B 不符合题意;

C.由万有引力提供向心力,则有:

2

2

GmM m r r

ω=

可得:ω=

“轨道康复者”运行角速度比人要大,所以站在地球赤道上的人观察到“轨道康复者”向东运动,故选项C 不符合题意;

D.“轨道康复者”可以从高轨道减速从而对低轨道上的卫星进行拯救,故选项D 不符合题意。

4.B

解析:B 【解析】 【分析】 【详解】

对于环绕地球或月球的人造卫星,其所受万有引力即为它们做圆周运动所需向心力,即

2

2Mm v G m r r

=, 所以

v =

第一宇宙速度指的是最小发射速度,同时也是近地卫星的环绕速度,对于近地卫星来说,其轨道半径近似等于中心天体半径,所以

29

v v ===月地, 所以

22

7.9km/s 1.8km/s 99

v v ==?=月地.

A. 0.4km/s ,选项A 不符合题意;

B. 1.8km/s ,选项B 符合题意;

C. 11km/s ,选项C 不符合题意;

D. 36km/s ,选项D 不符合题意; 5.B

解析:B 【解析】 【分析】 【详解】

A .探测器从轨道2到轨道1需要在P 点减速做近心运动,则有

21P P v v >

故A 错误; B .由公式

2Mm

G

ma r

= 可知探测器在轨道2与轨道1经过P 点的加速度

21P P a a =

故B 正确; C .由公式

22Mm v G m r r

= 得

v =

则有

31Q P v v <

由于21P P v v >,则

23P Q v v >

故C 错误; D .由公式

2

Mm

G

ma r = 得

2

GM

a r =

可知

31Q P a a <

故D 错误。 故选B 。

6.C

解析:C 【解析】 【详解】

对于绕地球运行的航天器,地球对它的外有引力提供向心力,则

22

2

24GMm v m m r ma r r T

π===,由公式可知,半径不变,周期不变,速率不变,向心加速度不变.由于质量增加,所以动能增大,故C 正确,ABD 错误.

7.D

解析:D 【解析】 【详解】

根据地球表面重力与万有引力近似相等02

GMm

mg R =

,有地球表面处的重力加速度02

GM

g R =

离地球表面3R ,即离地心距离4R 处,根据牛顿第二定律:2

(4)GMm

mg R =

,0211

1616

GM g g R =

=

即0116

g g =,故ABC 错误,D 正确. 故选D

8.B

解析:B 【解析】 【分析】 【详解】

A .根据万有引力定律得

22242(2)Mm G m R R T

π=? 解得月球质量为23

2

32R GT π,故A 错误;

B .月球表面重力加速度

2Mm

G

mg R

= 解得22

32R T π,故B 正确;

C .月球密度为

232443

M GT R πρπ=

=

故C 错误;

D .月球第一宇宙速度为

22Mm v G m R R

=

解得R

v T

=

,故D 错误。 故选B 。

9.C

解析:C 【解析】

第一宇宙速度是环绕地球运动的最大环绕速度,A 错;是发射卫星的最小发射速度,B 错;是近地圆轨道上人造地球卫星的运行速度,C 对;D 错;

10.C

解析:C 【解析】 【分析】 【详解】

A .静止轨道卫星(同步卫星)都有固定的周期、高度和速率以及固定的轨道平面,与卫星的质量无关,故A 错误;

B .地球静止轨道卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径,根据开普勒第三定律知,地球静止轨道卫星的周期大于近地卫星的周期,故B 错误;

C .根据

2

22Mm G m r r T π??= ???

可知地球静止轨道卫星的轨道半径相同,离地面的高度相同,故C 正确;

D .第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是圆周运动最大的环绕速度,而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据

v =

可以发现,同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,故D 错误。 故选C 。

11.C

解析:C 【解析】 【分析】 【详解】

A .卫星在椭圆轨道I 运行时,根据开普勒第二定律知,在P 点的速度大于在Q 点的速度,A 错误;

B .卫星经过Q 点时的加速度由万有引力产生,根据牛顿第二定律得

2

GMm

ma r

= 得

2

GM

a r =

可知,卫星在椭圆轨道I 的Q 点加速度等于在同步轨道Ⅱ的Q 点的加速度,B 错误; C .卫星变轨过程,要在椭圆轨道I 上的Q 点加速然后进入同步轨道II ,因此卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q 点的速度小于在同步轨道Ⅱ的Q 点的速度,C 正确;

D .卫星耗尽燃料后,在微小阻力的作用下,机械能变小,轨道半径变小,根据

v =

知速度变大,则动能变大,D 错误。 故选C 。

12.A

解析:A 【解析】 【详解】

A 、由万有引力充当向心力G

2mM r =m 2ωr 知,角速度ω,卫星a 和b 的轨道半径

相同,而中心天体金星的质量小于地球的质量,b 的角速度较大,故A 正确.

B 、由ω=2T π知,卫星的周期T =2a 和b 的轨道半径相同,卫星a 绕中心天体金星的质量较小,则卫星a 的周期较大,故B 错误.

C 、由线速度v =ωr a 和b 的轨道半径相同,中心天体金星的质量小于地球的质量,a 、b 的线速度大小不相等,故C 错误.

D 、由向心加速度a =

2GM

r

知,卫星a 和b 的轨道半径相同,中心天体金星的质量小于地球的质量,a 、b 的向心加速度大小不相等,故D 错误.

13.A

解析:A 【解析】 【详解】 在地球表面有2Mm G

mg R =,且地球的质量3

43

M V R ρπρ==,由两式可得34g RG ρπ=,

故A 正确,BCD 错误。

14.B

解析:B 【解析】 【详解】

AB.在月球表面物体受到的万有引力等于重力,根据

2

GMm

mg R

=, 知

G

gR M 2

= 故A 错误,B 正确;

CD.月球绕地球运动的周期为T ,中心天体是地球,所以求不出月球的质量,故CD 错误。

15.B

解析:B 【解析】 A 、根据2Mm

G

ma r

=可知运行轨道半径越大向心加速度越小,“风云四号”卫星的运行轨道半径大于“碳卫星”的轨道半径,所以“风云四号”卫星的向心加速度小于“碳卫

星”的向心加速度,故A 错误.B 、根据2

2Mm v G m r r

=可得v =,风云四号”卫

星的运行轨道半径大于“碳卫星”的轨道半径,所以“风云四号”卫星的线速度小于“碳

卫星”的线速度,故B 正确.C 、根据222()Mm G m r r T π=

可得T =卫星的运行轨道半径大于“碳卫星”的轨道半径,所以“风云四号”卫星的周期大于“碳卫星”的周期,故C 错误;D 、第一宇宙速度是最大的运行速度,所以“风云四号”卫星的线速度小于第一宇宙速度,故D 错误;故选B .

【点睛】根据万有引力提供向心力比较“飞云四号”卫星和“碳卫星”的向心加速度和线速度,第一宇宙速度是最大的运行速度,由于地球自转,“碳卫星”的轨道无法和某一经线重合.

16.B

解析:B 【解析】 【详解】

宇宙飞船绕火星表面做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:

22(2)GMm m R R T π=,火星的密度:343

M

R ρπ=

,解得:23GT πρ=,故选项B 正确,A 、

C 、

D 错误。

17.C

解析:C 【解析】

太阳位于木星运行轨道的焦点位置,选项A 错误;根据开普勒行星运动第二定律可知,木星和火星绕太阳运行速度的大小不是始终相等,离太阳较近点速度较大,较远点的速度较小,选项B 错误;根据开普勒行星运动第三定律可知, 木星与火星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方,选项C 正确;根据开普勒行星运动第二定律可知,相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积相等,但是不等于木星与太阳连线扫过面积,选项D 错误;故选C.

18.C

解析:C 【解析】 【详解】

人造地球卫星做匀速圆周运动,根据万有引力等于向心力有:

222

224=mM v G mr m r m ma r T r

πω===

解得v =

2倍,则半径为原来的

14

,2GM

a r =,向心加速度增大到原来的16倍,故A

错误;

ω=14,角速度增大到原来的8倍,故B

错误;2T =

半径为原来的

14,卫星的周期减小到原来的1

8

,故C 正确,D 错误. 19.A

解析:A 【解析】 【详解】

在星球表面,重力等于其表面卫星的环绕需要的向心力,根据牛顿第二定律,有:

2

11

6v m g m r

=()解得:1v =根据题意,有:v 2v 1,故v 2,故选A.

20.A

解析:A 【解析】 【详解】

“鹊桥”号中继星绕地球做圆周运动,其向心力是地球和月球的引力的合力题共的,有万有引力定律可得:2

22

4=()(M m M m G

G m r r r r T

π+-月地月地),此方程中“鹊桥”号中继星的质量可以消去,中继星的周期等于月球的周期,所以只要知道月球的质量,就可此计算出地月拉格朗日L 2点与地球间的距离r .故A 正确,BCD 错误.

21.C

解析:C 【解析】

试题分析:在同一轨道上运行加速做离心运动,减速做向心运动均不可实现对接.则AB 错误;飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速,则其做离心运动可使飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接.则C 正确;飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速,则其做向心运动,不可能与空间实验室相接触.则D 错误.故选C . 考点:人造地球卫星

【名师点睛】此题是关于人造卫星的变轨问题,明确正常运行的卫星加速做离心运动会达到高轨道,若减速则会做向心运动达到低轨道.

22.C

解析:C 【解析】

试题分析:同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,角速度相同,根据2a r ω=比较a 与c 的向心加速度大小,再比较c 的向心加速度与g 的大小.根据万有引力提供向心力,列出等式得出角速度与半径的关系,分析弧长关系.根据开普勒第三定律判断d 与c 的周期关系.

同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,角速度相同,则知a 与c 的角速度相同,根据

2a r ω=知,c 的向心加速度大.由

2GMm mg r =,得2

GM

g r =,卫星的轨道半径越大,

向心加速度越小,则同步卫星的向心加速度小于b 的向心加速度,而b 的向心加速度约为g ,故知a 的向心加速度小于重力加速度g ,故A 错误;c 是地球同步卫星,周期是24h ,

则c 在4h 内转过的圆心角是3π,故B 错误;由2

2GMm v m r r =,得v =,卫星的半径越大,速度越小,所以b 的速度最大,在相同时间内转过的弧长最长,故C 正确;由开

普勒第三定律3

2R k T

=知,卫星的半径越大,周期越大,所以d 的运动周期大于c 的周期

24h ,不可能为23h ,故D 错误.

23.C

解析:C 【解析】 【详解】

ABCD. 球体空间中均匀分布着暗物质,设暗物质质量为m ,行星质量为0m ,球心距离为R ,由万有引力定律,行星转动周期的理论值为

2

00224=Mm G m R R T π理

行星转动周期的观测值为

()2

00

2

2

+4=M m m G m R

R T π观

(1)T k k T =>理论

观测

解得

()2=1m k M -

故C 正确ABD 错误。 故选C 。

24.B

解析:B 【解析】

对飞船受力分析知,所受到的万有引力提供匀速圆周运动的向心力,等于飞船所在位置的重力,即2

()Mm

G

mg R h =+,可得飞船的重力加速度为2=()GM g R h +,故选B . 【考点定位】万有引力定律的应用.

25.A

解析:A 【解析】 【详解】

A .根据开普勒第三定律:

2332

3=18T r T r =哈哈

地地

76T ≈哈地年

选项A 正确;

B .哈雷彗星从近日点到远日点,太阳对哈雷彗星的引力做负功,则速度减小,则在近日点速度1v 大于远日点速度2v ,选项B 错误;

C .根据2GM

a r

=

可知哈雷彗星在近日点加速度1a 的大小与远日点加速度2a 的大小之比2

12221

a r a r =,选项C 错误; D .哈雷彗星在椭圆轨道上运动的过程中只有太阳的引力做功,则机械能守恒,选项D 错误;故选A 。

高考物理万有引力与航天专题训练答案

高考物理万有引力与航天专题训练答案 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.一名宇航员到达半径为R 、密度均匀的某星球表面,做如下实验:用不可伸长的轻绳拴一个质量为m 的小球,上端固定在O 点,如图甲所示,在最低点给小球某一初速度,使其绕O 点在竖直面内做圆周运动,测得绳的拉力大小F 随时间t 的变化规律如图乙所示.F 1、F 2已知,引力常量为G ,忽略各种阻力.求: (1)星球表面的重力加速度; (2)卫星绕该星的第一宇宙速度; (3)星球的密度. 【答案】(1)126F F g m -=(212()6F F R m -(3) 128F F GmR ρπ-= 【解析】 【分析】 【详解】 (1)由图知:小球做圆周运动在最高点拉力为F 2,在最低点拉力为F 1 设最高点速度为2v ,最低点速度为1v ,绳长为l 在最高点:2 22mv F mg l += ① 在最低点:2 11mv F mg l -= ② 由机械能守恒定律,得 221211222 mv mg l mv =?+ ③ 由①②③,解得1 2 6F F g m -= (2) 2 GMm mg R = 2GMm R =2 mv R 两式联立得:12()6F F R m -

(3)在星球表面:2 GMm mg R = ④ 星球密度:M V ρ= ⑤ 由④⑤,解得12 8F F GmR ρπ-= 点睛:小球在竖直平面内做圆周运动,在最高点与最低点绳子的拉力与重力的合力提供向心力,由牛顿第二定律可以求出重力加速度;万有引力等于重力,等于在星球表面飞行的卫星的向心力,求出星球的第一宇宙速度;然后由密度公式求出星球的密度. 2.a 、b 两颗卫星均在赤道正上方绕地球做匀速圆周运动,a 为近地卫星,b 卫星离地面高度为3R ,己知地球半径为R ,表面的重力加速度为g ,试求: (1)a 、b 两颗卫星周期分别是多少? (2) a 、b 两颗卫星速度之比是多少? (3)若某吋刻两卫星正好同时通过赤道同--点的正上方,则至少经过多长时间两卫星相距最远? 【答案】(1 )2 ,16(2)速度之比为2 【解析】 【分析】根据近地卫星重力等于万有引力求得地球质量,然后根据万有引力做向心力求得运动周期;卫星做匀速圆周运动,根据万有引力做向心力求得两颗卫星速度之比;由根据相距最远时相差半个圆周求解; 解:(1)卫星做匀速圆周运动,F F =引向, 对地面上的物体由黄金代换式2 Mm G mg R = a 卫星 2 224a GMm m R R T π= 解得2a T =b 卫星2 2 24·4(4)b GMm m R R T π= 解得16b T = (2)卫星做匀速圆周运动,F F =引向, a 卫星2 2a mv GMm R R =

曲线运动万有引力与航天测试题带答案

第4章曲线运动万有引力与航天 一、选择题(本大题共15小题) 1.一个物体受到恒定的合力作用而做曲线运动,则下列说法正确的是 A.物体的速率可能不变 B.物体一定做匀变速曲线运动,且速率一定增大 C.物体可能做匀速圆周运动 D.物体受到的合力与速度的夹角一定越来越小,但总不可能为零 2.一物体在光滑的水平桌面上运动,在相互垂直的x方向和y方向上的分运动速度随时间变化的规律如图1所示.关于物体的运动,下列说法正确的是 图1 A.物体做曲线运动 B.物体做直线运动 C.物体运动的初速度大小是50 m/s D.物体运动的初速度大小是10 m/s 3.小船过河时,船头偏向上游与水流方向成α角,船相对静水的速度为v,其航线恰好垂直于河岸.现水流速度稍有增大,为保持航线不变,且准时到达对岸,下列措施中可行的是 A.增大α角,增大船速v B.减小α角,增大船速v C.减小α角,保持船速v不变 D.增大α角,保持船速v不变 4.(2011·上海市闸北调研)质量为2 kg的质点在x-y平面上做曲线运动,在x方向的速度图象和y方向的位移图象如图2所示,下列说法正确的是

图2 A .质点的初速度为5 m/s B .质点所受的合外力为3 N C .质点初速度的方向与合外力方向垂直 D .2 s 末质点速度大小为6 m/s 5.如图3所示,甲、乙、丙三个轮子依靠摩擦转动,相互之间不打滑,其半径分别为r 1、r 2、r 3.若甲轮的角速度为ω1,则丙轮的角速度为 图3 A.r 1ω1r 3 B.r 3ω1 r 1 C. r 3ω1r 2 D.r 1ω1 r 2 6.如图4所示,轻杆的一端有一个小球,另一端有光滑的固定轴O.现给球一初速度,使球和杆一起绕O 轴在竖直面内转动,不计空气阻力,用F 表示球到达最高点时杆对小球的作用力.则F 图4 A .一定是拉力 B .一定是推力 C .一定等于0 D .可能是拉力,可能是推力,也可能等于0

最新高考物理万有引力与航天真题汇编(含答案)

最新高考物理万有引力与航天真题汇编(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 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囿周运动,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囿形轨道运行,如图乙所示.设这三个 星体的质量均为 m ,且两种系统中各星间的距离已在图甲、图乙中标出,引力常量为 G , 则: (1)直线三星系统中星体做囿周运动的周期为多少? (2)三角形三星系统中每颗星做囿周运动的角速度为多少? 【答案】(1)3 45L Gm 23 3Gm L 【解析】 【分析】 (1)两侧的星由另外两个星的万有引力的合力提供向心力,列式求解周期; (2)对于任意一个星体,由另外两个星体的万有引力的合力提供向心力,列式求解角速度; 【详解】 (1)对两侧的任一颗星,其它两个星对它的万有引力的合力等于向心力,则: 222 22 2()(2)Gm Gm m L L L T π+= 3 45L T Gm ∴=(2)三角形三星系统中星体受另外两个星体的引力作用,万有引力做向心力,对任一颗 星,满足:2 222cos30()cos30L Gm m L ω?=? 解得:3 3Gm L ω 2.宇航员在某星球表面以初速度2.0m/s 水平抛出一小球,通过传感器得到如图所示的运动轨迹,图中O 为抛出点。若该星球半径为4000km ,引力常量G =6.67×10﹣11N?m 2?kg ﹣ 2 .试求:

高中物理万有引力与航天专题训练答案及解析

高中物理万有引力与航天专题训练答案及解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.如图所示,质量分别为m 和M 的两个星球A 和B 在引力作用下都绕O 点做匀速圆周运动,星球A 和B 两者中心之间距离为L .已知A 、B 的中心和O 三点始终共线,A 和B 分别在O 的两侧,引力常量为G .求: (1)A 星球做圆周运动的半径R 和B 星球做圆周运动的半径r ; (2)两星球做圆周运动的周期. 【答案】(1) R=m M M +L, r=m M m +L,(2)()3L G M m + 【解析】 (1)令A 星的轨道半径为R ,B 星的轨道半径为r ,则由题意有L r R =+ 两星做圆周运动时的向心力由万有引力提供,则有:22 22244mM G mR Mr L T T ππ== 可得 R M r m = ,又因为L R r =+ 所以可以解得:M R L M m = +,m r L M m =+; (2)根据(1)可以得到:2222244mM M G m R m L L T T M m ππ==?+ 则:()()233 42L L T M m G G m M π= =++ 点睛:该题属于双星问题,要注意的是它们两颗星的轨道半径的和等于它们之间的距离,不能把它们的距离当成轨道半径. 2.载人登月计划是我国的“探月工程”计划中实质性的目标.假设宇航员登上月球后,以初速度v 0竖直向上抛出一小球,测出小球从抛出到落回原处所需的时间为t.已知引力常量为G ,月球的半径为R ,不考虑月球自转的影响,求: (1)月球表面的重力加速度大小g 月; (2)月球的质量M ; (3)飞船贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的周期T .

《万有引力与航天》测试题

一、选择题 1. 对于万有引力定律的表述式2 2 1r m m G F =,下面说法中正确的是( ) A.公式中 G 为引力常量,它是由实验测得的,而不是人为规定的 B.当r 趋近于零时,万有引力趋于无穷大 C. m 1与m 2受到的引力大小总是相等的,方向相反,是一对平衡力 D. m 1与m 2受到的引力总是大小相等的,而与m 1、m 2是否相等无关 2.人造卫星在运行中因受高空稀薄空气的阻力作用,绕地球运转的轨道半径会慢慢减小, 在半径缓慢变化过程中,卫星的运动还可近似当作匀速圆周运动。当它在较大的轨道半径r 1 上时运行线速度为v 1,周期为T 1,后来在较小的轨道半径r 2上时运行线速度为v 2,周期为T 2,则它们的关系是 ( ) A .v 1﹤v 2,T 1﹤T 2 B .v 1﹥v 2,T 1﹥T 2 C .v 1﹤v 2,T 1﹥T 2 D .v 1﹥v 2,T 1﹤T 2 3.下列关于地球同步卫星的说法正确的是 ( ) A .它的周期与地球自转同步,但高度和速度可以选择,高度增大,速度减小 B .它的周期、高度、速度都是一定的 C .我们国家发射的同步通讯卫星定点在北京上空 D .我国发射的同步通讯卫星也定点在赤道上空 4.人造卫星在太空绕地球运行中,若天线偶然折断,天线将 ( ) A .继续和卫星一起沿轨道运行 B .做平抛运动,落向地球 C .由于惯性,沿轨道切线方向做匀速直线运动,远离地球 D .做自由落体运动,落向地球 5. 两个质量均为M 的星体,其连线的垂直平分线为AB 。O 为两星体连线的中点,如图,一个质 量为M 的物体从O 沿OA 方向运动,则它受到的万有引力大小变化情况是( ) A.一直增大 B.一直减小 C.先减小,后增大 D.先增大,后减小 6.土星外层上有一个土星环,为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群,可以测量环中各层的线速度v 与该层到土星中心的距离R 之间的关系来判断 ①若v R ∝,则该层是土星的一部分②2 v R ∝,则该层是土星的卫星群.③若1 v R ∝ ,则该层是土星的一部分④若2 1 v R ∝ ,则该层是土星的卫星群.以上说法正确的是 ( ) A. ①② B. ①④ C. ②③ 4. ②④ 7.假如地球自转速度增大,关于物体重力的下列说法中不正确的是 ( ) A 放在赤道地面上的物体的万有引力不变 B.放在两极地面上的物体的重力不变 C 赤道上的物体重力减小 D 放在两极地面上的物体的重力增大 8.我们研究了开普勒第三定律,知道了行星绕恒星的运动轨道近似是圆形,周期T 的平方与轨道半径 R 的三次方的比为常数,则该常数的大小 ( ) A.只跟恒星的质量有关 B.只跟行星的质量有关 C.跟行星、恒星的质量都有关 D.跟行星、恒星的质量都没关 9.在太阳黑子的活动期,地球大气受太阳风的影响而扩张,这样使一些在大气层外绕地球飞行的太空垃圾被大气包围,而开始下落。大部分垃圾在落地前烧成灰烬,但体积较大的则会落到地面上给我们造成威胁和危害.那么太空垃圾下落的原因是 A .大气的扩张使垃圾受到的万有引力增大而导致的 B .太空垃圾在燃烧过程中质量不断减小,根据牛顿第二定律,向心加速度就会不断增大,所以垃圾落向地面 C .太空垃圾在大气阻力的作用下速度减小,那么它做圆运动所需的向心力就小于实际受到的万有引力,因此过大的万有引力将垃圾拉向了地面 D .太空垃圾上表面受到的大气压力大于下表面受到的大气压力,所以是大气的力量将它推向地面的 10.假如一作圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍,仍作圆周运动,则 ( ) A. 根据公式v=ωr ,可知卫星的线速度将增大到原来的2倍 B. 根据公式2v F m r =,可知卫星所需要的向心力将减小到原来的1 2 C. 根据公式2Mm F G r =,可知地球提供的向心力将减小到原来的1 4 D. 根据上述B 和C 中给出的公式,可知卫星运动的线速度将减小到原来的 2 2

近几年高考万有引力与航天难题详析

近几年高考“万有引力与航天”10难题详析 江苏省特级教师 戴儒京 万有引力与航天,历来是高考的重点、热点和难点,体现在每年的高考试卷中都有有关万有引力与航天的题目,每套物理试卷或理综试卷都有有关万有引力与航天的题目。本文就近几年高考“万有引力与航天”的难题10题,给以详细解析,以帮助广大高三或高一的学生学习这一部分内容。当你读本文时,对每一题,还是先自己解一下,然后再看本文的解析与答案。 1.(2010年浙江卷第20题). 宇宙飞船以周期为T 绕地地球作圆周运动时,由于地球遮挡阳光,会经历“日全食”过程,如图所示。已知地球的半径为R ,地球质量为M ,引力常量为G ,地球处置周期为T 。太阳光可看作平行光,宇航员在A 点测出的张角为α,则 A. 飞船绕地球运动的线速度为 22sin(R T απ B. 一天内飞船经历“日全食”的次数为T/T 0 C. 飞船每次“日全食”过程的时间为0/(2)aT π D. 飞船周期为 【解析】飞船绕地球运动的线速度为T r v π2= 由几何关系知r R = )2/sin(α,所以 )2/sin(r αR = ) 2/sin(2απT R v = ∴,A 正确; 因为r T m r mM G 22)2(π= 所以GM r r GM r T ππ223== 因为) 2/sin(r αR = 所以) 2/sin()2/sin(2ααπGM R R T ? =,D 正确。 一天内飞船经历“日全食”的次数为T h n 24= =T 0/T ,所以B 错误; 飞船每次“日全食”过程的时间,如下图所示,是飞船沿BAC 圆弧从B

到C 的时间,因为tan OBC 21∠=r R ,r R 2sin =α,所以∠OBC=α,时间T t π α 2=, 所以C 错误; 【答案】AD 【点评】本题考查圆周运动与航天知识及用数学解决物理问题的能力。 2.(2010安徽卷17).为了对火星及其周围的空间环境进行探测,我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”。假设探测器在离火星表面高度分别为1h 和2h 的圆轨道上运动时,周期分别为1T 和2T 。火星可视为质量分布均匀的球体,且忽略火星的自转影响,万有引力常量为G 。仅利用以上数据,可以计算出 A .火星的密度和火星表面的重力加速度 B .火星的质量和火星对“萤火一号”的引力 C .火星的半径和“萤火一号”的质量 D .火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力 【解析】由于万有引力提供探测器做圆周运动的向心力,则有 2 12112()()Mm G m R h R h T π??=+ ?+??;2 22 222()()Mm G m R h R h T π??=+ ?+?? ,可求得火星的质量2323 1222 12 4()4()R h R h M GT GT ππ++== 和火星的半径R =,根据密度 公式得:333443 M M M V R R ρππ= ==。在火星表面的物体有2 Mm G mg R =,可得火星表面的重力加速度2GM g R =,故选项A 正确。 【答案】A 3.(2010全国卷1。25).(18分)如右图,质量分别为m 和M 的两个星球A 和B 在引力作用下都绕O 点做匀速周运动,星球A 和B 两者中心之间距离为L 。已知A 、B 的中心和O 三点始终共线,A 和B 分别在O 的两侧。引力常数为G 。

备战2021新高考物理-重点专题-万有引力与航天(三)(含解析)

备战2021新高考物理-重点专题-万有引力与航天(三) 一、单选题 1.三颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,运行方向如图所示.已知 ,则关于三颗卫星,下列说法错误的是() A.卫星运行线速度关系为 B.卫星轨道半径与运行周期关系为 C.已知万有引力常量G,现测得卫星A的运行周期T A和轨道半径R A,可求地球的平均密度 D.为使A 与B同向对接,可对A适当加速 2.如图所示,A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,下列说法中正确的是() A.B,C的角速度相等,且小于A的角速度 B.B,C的线速度大小相等,且大于A的线速度 C.B,C的向心加速度相等,且大于A的向心加速度 D.B,C的周期相等,且小于A的周期 3.2020年4月24日,国家航天局宣布,我国行星探测任务命名为“天问”,首次火星探测任务命名为“天问一号”。已知万有引力常量,为计算火星的质量,需要测量的数据是() A.火星表面的重力加速度和火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径 B.火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径和火星的公转周期 C.某卫星绕火星做匀速圆周运动的周期和火星的半径 D.某卫星绕火星做匀速圆周运动的轨道半径和公转周期 4.一宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动,飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上.用R表示地球的半径,g表示地球表面处的重力加速度,g′表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度,F N表示人对秤的压力,下面说法中正确的是()

A.g′=0 B.g′= C.F N=0 D.F N= 5.2019年11月23日8时55分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号“乙运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第50、51颗北斗导航卫星。两颗卫星均属于中圆轨道(MEO)卫星,是我国的“北斗三号”系统的组网卫星。这两颗卫星的中圆轨道(MEO)是一种周期为12小时,轨道面与赤道平面夹角为60°的圆轨道。是经过GPS和GLONASS运行证明性能优良的全球导航卫星轨道。关于这两颗卫星,下列说法正确的是() A.这两颗卫星的动能一定相同 B.这两颗卫星绕地心运动的角速度是长城随地球自转角速度的4倍 C.这两颗卫星的轨道半径是同步卫星轨道半径的 D.其中一颗卫星每天会经过赤道正上方2次 6.如图所示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,a、b质量相等且小于c的质量,则下列判断错误的是() A.b所需向心力最小 B.b、c周期相等,且大于a的周期 C.b、c向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度 D.b、c线速度大小相等,且小于a的线速度 7.将地球看成质量均匀的球体,假如地球自转速度增大,下列说法中正确的是() A.放在赤道地面上的物体所受的万有引力增大 B.放在两极地面上的物体所受的重力增大 C.放在赤道地面上的物体随地球自转所需的向心力增大 D.放在赤道地面上的物体所受的重力增大 8.太阳系中有一颗绕太阳公转的行星,距太阳的平均距离是地球到太阳平均距离的4倍,则该行星绕太阳公转的周期是() A.2年 B.4年 C.8年 D.10年 9.若将八大行星绕太阳运行的轨迹可粗略地认为是圆,各星球半径和轨道半径如下表所示:从表中所列数据可以估算出海王星的公转周期最接近( )

第六章《万有引力与航天》测试题(含详细解答)

《万有引力与航天》测试题 一、选择题(每小题4分,全对得4分,部分对的得2分,有错的得0分,共48分。) 1.第一次通过实验比较准确的测出引力常量的科学家是( ) A . 牛顿 B . 伽利略 C .胡克 D . 卡文迪许 2.如图1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c ; D .a 卫星由于某种原因,轨道半径变小,其线速度将变大 3.宇宙飞船为了要与“和平号“轨道空间站对接,应该:( ) A.在离地球较低的轨道上加速 B.在离地球较高的轨道上加速 C.在与空间站同一高度轨道上加速 D.不论什么轨道,只要加速就行 4、 发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火, 使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,如图2所示。则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是:( ) A .卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。 B .卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。 C .卫星在轨道1上经过Q 点时的速度大于它在轨道2 上经过Q 点时的速度。 D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3 b a c 地球 图1

上经过P 点时的加速度 5、 宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会处于完全失重中,下列说法中正确的是 ( ) A.宇航员仍受重力的作用 B.宇航员受力平衡 C.宇航员受的重力正好充当向心力 D.宇航员不受任何作用力 6.某星球质量为地球质量的9倍,半径为地球半径的一半,在该星球表面从某一高度以10 m/s 的初 速度竖直向上抛出一物体,从抛出到落回原地需要的时间为(g 地=10 m/s 2 )( ) A .1s B . 91s C .18 1 s D . 36 1 s 7.假如地球自转速度增大,关于物体重力,下列说法正确的是( ) A 放在赤道地面上的万有引力不变 B 放在两极地面上的物体的重力不变 C 放在赤道地面上物体的重力减小 D 放在两极地面上的物体的重力增加 8、设想把质量为m 的物体放在地球的中心,地球的质量为M ,半径为R ,则物体与地球间的万有引力是( ) A.零 B.无穷大 C.2 GMm R D.无法确定 9.对于质量m 1和质量为m 2的两个物体间的万有引力的表达式12 2m m F G r ,下列说法正确的是 ( ) 和m 2所受引力总是大小相等的 B 当两物体间的距离r 趋于零时,万有引力无穷大 C.当有第三个物体m 3放入之间时,m 1和m 2间的万有引力将增大 D.所受的引力性质可能相同,也可能不同 10地球赤道上的重力加速度为g ,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a ,要使赤道上物 体“飘” 起来,则地球的转速应为原来转速的( )

2020年高考物理试题分类汇编 万有引力与航天

2020年高考物理试题分类汇编:万有引力与航天 1(2020海南卷).2020年4月10日,我国成功发射第8颗北斗导航卫星,建成以后北斗导航卫星系统将包含多可地球同步卫星,这有助于减少我国对GPS 导航系统的依赖,GPS 由运行周期为12小时的卫星群组成,设北斗星的同步卫星和GPS 导航的轨道半径分别为1R 和2R ,向心加速度分别为1a 和2a ,则12:R R =____34_。 12:a a 3 2 (可用根式表示) 解析:122T T =,由2224GMm m R ma R T π==得:2 32 4GMT R π =,2GM a R =因而:2 3 3 11224R T R T ??== ??? ,2 3 11222a R a R -??== ??? 2(2020广东卷).如图6所示,飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动,不考虑质量变化,相对于在轨道1上,飞船在轨道2上的 A.动能大 B.向心加速度大 C.运行周期长 D.角速度小 答案:CD 3(2020北京高考卷).关于环绕地球卫星的运动,下列说法正确的是 A .分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星,不可能具有相同的周期 B .沿椭圆轨道运行的一颗卫星,在轨道不同位置可能具有相同的速率 C .在赤道上空运行的两颗地球同步卫星,它们的轨道半径有可能不同 D .沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星,它们的轨道平面一定会重合 答案:B 4(2020山东卷).2020年11月3日,“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器

成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道,等待与“神州九号”交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道,对应的轨道半径分别为R 1、R 2,线速度大小分别为1v 、2v 。则1 2 v v 等于 C. 2 2 21R R D. 21R R 答案:B 5(2020福建卷).一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为0v 假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为0N ,已知引力常量为G,则这颗行星的质量为 A . 2 GN mv B. 4 GN mv C . 2Gm Nv D. 4 Gm Nv 答案:B 6(2020四川卷).今年4月30日,西昌卫星发射中心发射的中圆轨道卫星,其轨道半径为2.8×l07m 。它与另一颗同质量的同步轨道卫星(轨道半径为4.2×l07m )相比 A .向心力较小 B .动能较大 C .发射速度都是第一宇宙速度 D .角速度较小 答案:B 7.(2020全国新课标).假设地球是一半径为R 、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d 。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为 A.R d - 1 B. R d +1

万有引力与航天专题

A O 万有引力与航天专题 1.【2012?湖北联考】经长期观测发现,A 行星运行的轨道半径为R 0,周期为T 0但其实际运行的轨道与圆轨道总存在一些偏离,且周期性地每隔t 0时间发生一次最大的偏离.如图所示,天文学家认为形成这种现象的原因可能是A 行星外侧 还存在着一颗未知行星B ,则行星B 运动轨道半径为( ) A . 030002()2t R R t T =- B .T t t R R -=000 C . 3 20000)(T t t R R -= D .300200T t t R R -= 2.【2012?北京朝阳期末】2011年12月美国宇航局发布声明宣布,通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外第一颗类似地球的、可适合居住的行星。该行星被命名为开普勒一22b (Kepler 一22b ),距离地球约600光年之遥,体积是地球的2.4倍。这是目前被证实的从大小和运行轨道来说最接近地球形态的行星,它每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星运转一圈。若行星开普勒一22b 绕恒星做圆运动的轨道半径可测量,万有引力常量G 已知。根据以上数据可以估算的物理量有( ) A.行星的质量 B .行星的密度 C .恒星的质量 D .恒星的密度 3.【2012?江西联考】如右图,三个质点a 、b 、c 质量分别为m 1、m 2、 M (M>> m 1,M>> m 2)。在c 的万有引力作用下,a 、b 在同一平面内 绕c 沿逆时针方向做匀速圆周运动,它们的周期之比T a ∶T b =1∶k ; 从图示位置开始,在b 运动一周的过程中,则 ( ) A .a 、b 距离最近的次数为k 次 B .a 、b 距离最近的次数为k+1次 C .a 、b 、c 共线的次数为2k D .a 、b 、c 共线的次数为2k-2 4.【2012?安徽期末】2011年8月26日消息,英国曼彻斯特大学的天文学家认为,他们已经在银河系里发现一颗由曾经的庞大恒星转变而成的体积较小的行星,这颗行星完全

万有引力与航天重点知识归纳及经典例题练习

第五讲 万有引力定律重点归纳讲练 知识梳理 考点一、万有引力定律 1. 开普勒行星运动定律 (1) 第一定律(轨道定律):所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。 (2) 第二定律(面积定律):对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。 (3) 第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值都相等,表达式: k T a =23 。其中k 值与太阳有关,与行星无关。 (4) 推广:开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运转,也适用于卫星绕地球运转。当卫星绕行星旋转时,k T a =2 3 ,但k 值不同,k 与行星有关,与卫星无关。 (5) 中学阶段对天体运动的处理办法: ①把椭圆近似为园,太阳在圆心;②认为v 与ω不变,行星或卫星做匀速圆周运动; ③k T R =2 3 ,R ——轨道半径。 2. 万有引力定律 (1) 内容:万有引力F 与m 1m 2成正比,与r 2 成反比。 (2) 公式:2 21r m m G F =,G 叫万有引力常量,2211 /10 67.6kg m N G ??=-。 (3) 适用条件:①严格条件为两个质点;②两个质量分布均匀的球体,r 指两球心间的距离;③一个均匀球体和球外一个质点,r 指质点到球心间的距离。 (4) 两个物体间的万有引力也遵循牛顿第三定律。 3. 万有引力与重力的关系 (1) 万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用,一个是重力mg ,另一个是物体随地球自转所需的向心力f ,如图所示。 ①在赤道上,F=F 向+mg ,即R m R Mm G mg 22 ω-=; ②在两极F=mg ,即mg R Mm G =2 ;故纬度越大,重力加速度越大。 由以上分析可知,重力和重力加速度都随纬度的增加而增大。 (2) 物体受到的重力随地面高度的变化而变化。在地面上,2 2 R GM g mg R Mm G =?=;在地球表面高度为h 处: 22)()(h R GM g mg h R Mm G h h +=?=+,所以g h R R g h 2 2 ) (+=,随高度的增加,重力加速度减小。 考点二、万有引力定律的应用——求天体质量及密度 1.T 、r 法:2 3 2224)2(GT r M T mr r Mm G ππ=?=,再根据3 23 33,34R GT r V M R V πρρπ=?== ,当r=R 时,2 3GT πρ= 2.g 、R 法:G g R M mg R Mm G 22 = ?=,再根据GR g V M R V πρρπ43,3 43=?== 3.v 、r 法:G rv M r v m r Mm G 2 22 =?=

《万有引力与航天》测试题含答案

《万有引力与航天》单元测试 一、选择题 1.星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为第二宇宙速度.星球的第二宇宙速度v 2与第一宇宙速度v 1的关系就是v 2=2v 1、已知某星球的半径为r ,它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的1 6 ,不计其她星球的影响,则该星球的第二宇宙速度为( ) A 、gr B 、 16 gr C 、 1 3 gr D 、13gr 解析:由题意v 1=g ′r = 1 6 gr ,v 2=2v 1= 1 3 gr ,所以C 项正确. 答案:C 2.太阳能电池就是将太阳能通过特殊的半导体材料转化为电能,在能量的利用中,它有许多优点,但也存在着一些问题,如受到季节、昼夜及阴晴等气象条件的限制.为了能尽量地解决这些问题,可设想把太阳能电池送到太空中并通过一定的方式让地面上的固定接收站接收电能,太阳能电池应该置于( ) A.地球的同步卫星轨道 B.地球大气层上的任一处 C.地球与月亮的引力平衡点 D.地球与太阳的引力平衡点 解析:太阳能电池必须与地面固定接收站相对静止,即与地球的自转同步.

答案:A 3.据媒体报道,“嫦娥”一号卫星绕月工作轨道为圆轨道,轨道距月球表面的高度为200 km,运行周期为127 min 、若要求出月球的质量,除上述信息外,只需要再知道( ) A.引力常量与“嫦娥”一号的质量 B.引力常量与月球对“嫦娥”一号的吸引力 C.引力常量与地球表面的重力加速度 D.引力常量与月球表面的重力加速度 解析:对“嫦娥”一号有G Mm (R +h )2=m 4π2T 2(R +h ),月球的质量为M =4π2GT 2(R +h )3,在月球表面g =G M R 2,故选项D 正确. 答案:D 4.地球同步卫星轨道半径约为地球半径的6、6倍,设月球密度与地球相同,则绕月心在月球表面附近做圆周运动的探月探测器的运行周期约为( ) A.1 h B.1、4 h C.6、6 h D.24 h 解析:因月球密度与地球的相同,根据ρ=m 4πR 3/3,可知m 地m 月=R 3 地R 3月 ,又 Gm 地m 卫 (6、6R 地)2=m 卫4π2T 2卫×6、6R 地,Gm 月m 探R 2 月=m 探4π2 T 2探R 月,已知T 卫=24 h,联立解得T 探≈1、4 h 、 答案:B 5、

高考物理力学知识点之万有引力与航天技巧及练习题

高考物理力学知识点之万有引力与航天技巧及练习题 一、选择题 1.“北斗”卫星导航定位系统由5颗同步卫星和30颗非静止轨道卫星组成。则()A.5颗同步卫星中质量小的卫星的高度比质量大的卫星的高度要低 B.5颗同步卫星的周期小于轨道在地球表面附近的卫星的周期 C.5颗同步卫星离地面的高度都相同 D.5颗同步卫星运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间 2.观看科幻电影《流浪地球》后,某同学设想地球仅在木星引力作用下沿椭圆轨道通过木星的情景,如图所示,轨道上P点距木星最近(距木星表面的高度可忽略)。则 A.地球靠近木星的过程中运行速度减小 B.地球远离木星的过程中加速度增大 C.地球远离木星的过程中角速度增大 D.地球在P点的运行速度大于木星第一宇宙速度 3.宇宙中两个星球可以组成双星,它们只在相互间的万有引力作用下,绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动.根据宇宙大爆炸理论,双星间的距离在不断缓慢增加,设双星仍做匀速圆周运动,则下列说法错误的是() A.双星相互间的万有引力减小 B.双星圆周运动的角速度增大 C.双星圆周运动的周期增大 D.双星圆周运动的半径增大 4.若人造卫星绕地球做匀速圆周运动,则离地面越近的卫星() A.线速度越大B.角速度越小C.加速度越小D.周期越大 5.中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。预计2020年左右,北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图,已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动,a是地球同步卫星,则() A.卫星a的角速度小于c的角速度

第六章 万有引力与航天 单元测试

第六章 万有引力与航天 一、单项选择题 1.对于万有引力定律的表达式F =G m 1m 2 r 2,下列说法中正确的是( ) ①公式中G 为引力常量,它是由卡文迪许扭秤实验测得的;②当r 趋于零时,万有引力趋于无穷大;③m 1与m 2受到的引力大小总是相等的,与m 1、m 2是否相等无关;④m 1与m 2受到的引力是一对平衡力;⑤用该公式可求出任何两个物体之间的万有引力. A .①③⑤ B .②④ C .①②④ D .①③ 2.人造地球卫星在绕地球运行时,它的轨道半径R 与周期T 的关系是( ) A .R 与T 成正比 B .R 3与T 2成正比 C .R 2与T 3成正比 D .R 与T 无关 3.关于地球同步通信卫星的说法,正确的是( ) A .为避免通信卫星在轨道上相撞,应使它们运行在不同的轨道上 B .通信卫星定点在地球上空某处,各个通信卫星的角速度不同,但线速度大小相同 " C .不同国家发射通信卫星的地点不同,这些卫星轨道不一定在同一平面内 D .通信卫星只能运行在赤道上空某一恒定的高度上 4.随着“神舟”七号的发射成功,中国航天员在轨道舱内停留的时间将增加,体育锻炼成了一个必不可少的环节,下列在地面上正常使用的未经改装的器材最适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是( ) A .哑铃 B .弹簧拉力器 C .单杠 D .徒手跑步机 5.(2013·安徽名校联考)北京时间2012年10月25日23时33分,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,成功将第16颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道.第16颗北斗导航卫星是一颗地球静止轨道卫星,它将与先期发射的15颗北斗导航卫星组网运行,形成区域服务能力.根据计划,北斗卫星导航系统将于2013年初向亚太大部分地区提供服务.下列关于这颗卫星的说法正确的是( ) A .该卫星正常运行时一定处于赤道正上方,角速度小于地球自转角速度 B .该卫星正常运行时轨道也可以经过地球两极 C .该卫星的速度小于第一宇宙速度 D .如果知道该卫星的周期与轨道半径可以计算出其质量 6.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ,某行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球半径的倍,则这颗行星上的第一宇宙速度约为( ) & A .16 km/s B .32 km/s C .4 km/s D .2 km/s 7.“嫦娥”一号探月卫星沿地月转移轨道到达月球,在距月球表面200 km 的P 点进行第一次“刹车制动”后被月球捕获,进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行,如图所示.之后,卫星在P 点经过几次“刹车制动”,最终在距月球表面200 km 的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动.用T 1、T 2、T 3分别表示卫星在椭圆轨道Ⅰ、Ⅱ和圆形轨道Ⅲ的周期,用a 1、a 2、a 3分别表示卫星沿三个轨道运动到P 点的加速度,则下面说法正确的是( ) A .T 1>T 2>T 3 B .T 1a 2>a 3 D .a 1

高考物理万有引力与航天常见题型及答题技巧及练习题(含答案)

高考物理万有引力与航天常见题型及答题技巧及练习题(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 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囿周运动,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囿形轨道运行,如图乙所示.设这三个 星体的质量均为 m ,且两种系统中各星间的距离已在图甲、图乙中标出,引力常量为 G , 则: (1)直线三星系统中星体做囿周运动的周期为多少? (2)三角形三星系统中每颗星做囿周运动的角速度为多少? 【答案】(1)3 45L Gm 23 3Gm L 【解析】 【分析】 (1)两侧的星由另外两个星的万有引力的合力提供向心力,列式求解周期; (2)对于任意一个星体,由另外两个星体的万有引力的合力提供向心力,列式求解角速度; 【详解】 (1)对两侧的任一颗星,其它两个星对它的万有引力的合力等于向心力,则: 222 22 2()(2)Gm Gm m L L L T π+= 3 45L T Gm ∴=(2)三角形三星系统中星体受另外两个星体的引力作用,万有引力做向心力,对任一颗 星,满足:2 222cos30()cos30L Gm m L ω?=? 解得:3 3Gm L ω 2.如图所示是一种测量重力加速度g 的装置。在某星球上,将真空长直管沿竖直方向放置,管内小球以某一初速度自O 点竖直上抛,经t 时间上升到最高点,OP 间的距离为h ,已知引力常量为G ,星球的半径为R ;求:

万有引力与航天专题复习

万有引力与航天专题 复习 Revised on November 25, 2020

万有引力与航天 一、行星的运动 1、 开普勒行星运动三大定律 ①第一定律(轨道定律):所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。 ②第二定律(面积定律):对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。 推论:近日点速度比较快,远日点速度比较慢。 ③第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比 值都相等。 即: 其中k 是只与中心天体的质量有关,与做圆周运动的天体的质量无关。 推广:对围绕同一中心天体运动的行星或卫星,上式均成立。K 取决于中心天体的质量 例1. 据报道,美国计划从2021年开始每年送15 000名游客上太空旅游.如图所示,当航天器围绕地球沿椭圆轨道运行时,在近地点A 的速率 (填“大于”“小于”或“等于”)在远地点B 的速率。 例2、宇宙飞船进入一个围绕太阳运动的近乎圆形的轨道上运动,如果轨道半径是地球轨道半径的9倍,那么宇宙飞船绕太阳运行的周期是( ) 年 年 年 年 二、万有引力定律 1、万有引力定律的建立 ①太阳与行星间引力公式 ②卡文迪许的扭秤实验——测定引力常量G 2、万有引力定律 ①内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的大小与物体的质量1m 和2m 的乘积成正 比,与它们之间的距离r 的二次方成反比。即: ②适用条件 (Ⅰ)可看成质点的两物体间,r 为两个物体质心间的距离。 (Ⅱ)质量分布均匀的两球体间,r 为两个球体球心间的距离。 ③运用 (1)万有引力与重力的关系: 重力是万有引力的一个分力,一般情况下,可认为重力和万有引力相等。 忽略地球自转可得: 例3.设地球的质量为M ,赤道半径R ,自转周期T ,则地球赤道上质量为m 的物体所受重力的大小为(式中G 为万有引力恒量) (2)计算重力加速度 3 2a k T =2Mm F G r =1122 6.6710/G N m kg -=??12 2m m F G r =2R Mm G mg =

高考物理万有引力与航天专题经典例题

万有引力与航天专题——经典例题 1.(2018·重庆月考)(多选)下列说法正确的是( ) A .关于公式r 3 T 2=k 中的常量k ,它是一个与中心天体有关的常量 B .开普勒定律只适用于太阳系,对其他恒星系不适用 C .已知金星绕太阳公转的周期小于地球绕太阳公转的周期,则可判定金星到太阳的距离小于地球到太阳的距离 D .发现万有引力定律和测出引力常量的科学家分别是开普勒、伽利略 2.假如地球的自转角速度增大,关于物体所受的重力,下列说法错误的是( ) A .放在赤道上的物体所受的万有引力不变 B .放在两极上的物体的重力不变 C .放在赤道上的物体的重力减小 D .放在两极上的物体的重力增大 3.(2018·河南商丘二模)(多选)“雪龙号”南极考察船在由我国驶向南极的过程中,经过赤道时测得某物体的重力是G 1;在南极附近测得该物体的重力为G 2.已知地球自转的周期为T ,引力常量为G ,假设地球可视为质量分布均匀的球体,由此可知( ) A .地球的密度为3πG 1GT 2G 2-G 1 B .地球的密度为3πG 2GT 2G 2-G 1 C .当地球的自转周期为 G 2-G 1G 2 T 时,放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 D .当地球的自转周期为 G 2-G 1G 1 T 时,放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 4.(2018·吉林长春外国语学校模拟)(多选)宇宙飞船绕地心做半径为r 的匀速圆周运动,飞船舱内有一质量为m 的人站在可称体重的台秤上,用R 表示地球的半径,g 表示地球表面处的重力加速度,g 0表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度,N 表示人对台秤的压力,则关于g 0、N ,下列式子正确的是( ) A .g 0=0 B .g 0=R 2 r 2g C .N =0 D .N =mg 5.(2018·福建厦门一模)据报道,2020年前我国将发射8颗海洋系列卫星,包括4颗海洋水色卫星,2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星,以加强对黄岩岛、钓鱼岛及西沙群岛全部岛屿附近海域的监测.设海陆雷达卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径是海洋动力环境卫星的n 倍,下列说法正确的是( ) A .在相等的时间内,海陆雷达卫星到地心的连线扫过的面积与海洋动力环境卫星到地心的连线扫过的面积相等 B .在相等的时间内,海陆雷达卫星到地心的连线扫过的面积与海洋动力环境卫星到地心的连线扫过的面积之比为n :1 C .海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星线速度之比为n :1 D .海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星向心加速度之比为n 2:1 6.(2018·贵州遵义航天高级中学五模)(多选)若宇航员在月球表面附近自高h 处以初速度v 0水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为L .已知月球半径为R ,万有引力常量为G .则下列说法正确的是( ) A .月球表面的重力加速度g 月=2hv 20L 2 B .月球的平均密度ρ=3hv 20 2πGL 2R C .月球的第一宇宙速度v =v 0 L 2h D .月球的质量M 月=hR 2v 2 0GL 2 7.(2018·辽宁省实验中学质检)设地球是一质量分布均匀的球体,O 为地心.已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零.在下列四 个图中,能正确描述x 轴上各点的重力加速度g 的分布情况的是( )

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