二轮复习万有引力与航天难题
高中物理万有引力与航天解题技巧(超强)及练习题(含答案)
【解析】
（1）根据自由落体运动规律 ，解得
（2）在月球表面，设探测器的质量为m，万有引力等于重力， ，解得月球质量
（3）设小球质量为 ，抛出时的速度 即为小球做圆周运动的环绕速度
万有引力提供向心力 ，解得小球速度至少为
4．用弹簧秤可以称量一个相对于地球静止的小物体m所受的重力，称量结果随地理位置的变化可能会有所不同。已知地球质量为M，自转周期为T，万有引力常量为G．将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体。
（1）求火星表面的重力加速度和火星的质量；
（2）如果在火星上发射一颗贴近它表面运行的卫星，求该卫星做匀速圆周运动的线速度和周期。
【答案】（1）g= ，M= ；（2）v= ，2
【解析】
【详解】
（1）物体静止时由平衡条件有:mg=kx，所以火星表明的重力加速度g= ；在火星表面重力由万有引力产生：mg=G ，解得火星的质量M= 。
高中物理万有引力与航天解题技巧(超强)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．中国计划在2017年实现返回式月球软着陆器对月球进行科学探测，宇航员在月球上着陆后，自高h处以初速度v0水平抛出一小球，测出水平射程为L（这时月球表面可以看作是平坦的），已知月球半径为R，万有引力常量为G，求：
（1）求出地球的质量；
（2）求出月球绕地球运动的轨道半径；
（3）若已知月球半径为 ，月球表面的重力加速度为 .当将来的嫦娥探测器登陆月球以后，若要在月球上发射一颗月球的卫星，最小的发射速度为多少？
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【详解】
（1）在地球表面，由
解得地球的质量
（2）月球绕地球运动，万有引力提供向心力，则有
(物理)物理万有引力与航天试题类型及其解题技巧及解析
（物理）物理万有引力与航天试题类型及其解题技巧及解析一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天1．“嫦娥一号”的成功发射，为实现中华民族几千年的奔月梦想迈出了重要的一步．已知“嫦娥一号”绕月飞行轨道近似为圆形，距月球表面高度为H ，飞行周期为T ，月球的半径为R ，引力常量为G ．求：(1) “嫦娥一号”绕月飞行时的线速度大小； (2)月球的质量；(3)若发射一颗绕月球表面做匀速圆周运动的飞船，则其绕月运行的线速度应为多大． 【答案】（1）()2R H Tπ+（2）()3224R H GT π+（3）()2R H R HTRπ++ 【解析】（1）“嫦娥一号”绕月飞行时的线速度大小12π()R H v T+=． （2）设月球质量为M ．“嫦娥一号”的质量为m ．根据牛二定律得2224π()()R H MmG m R H T +=+解得2324π()R H M GT +=． （3）设绕月飞船运行的线速度为V ，飞船质量为0m ，则2002Mm V G m RR =又2324π()R H M GT +=． 联立得()2πR H R HV TR++=2．用弹簧秤可以称量一个相对于地球静止的小物体m 所受的重力，称量结果随地理位置的变化可能会有所不同。
已知地球质量为M ，自转周期为T ，万有引力常量为G ．将地球视为半径为R 、质量均匀分布的球体。
（1）求在地球北极地面称量时弹簧秤的读数F 0，及在北极上空高出地面0.1R 处称量时弹簧秤的读数F 1；（2）求在赤道地面称量时弹簧秤的读数F 2；（3）事实上地球更接近一个椭球体，如图所示。
如果把小物体放在北纬40°的地球表面上，请定性画出小物体的受力分析图，并画出合力。
【答案】（1）02Mm F G R = ()120.1GMm F R R =+ （2）22224Mm RF G m R Tπ=- （3）【解析】 【详解】（1）在地球北极，不考虑地球自转，则弹簧秤称得的重力则为其万有引力，有：02GmMF R =在北极上空高处地面0.1R 处弹簧秤的读数为：12(0.1)GmMF R R =+；（2）在赤道地面上，重力向向心力之和等于万有引力，故称量时弹簧秤的读数为：22224GmM RmF R Tπ=- （3）如图所示3．一名宇航员抵达一半径为R 的星球表面后，为了测定该星球的质量，做下实验：将一个小球从该星球表面某位置以初速度v 竖直向上抛出，小球在空中运动一间后又落回原抛出位置，测得小球在空中运动的时间为t ，已知万有引力恒量为G ，不计阻力，试根据题中所提供的条件和测量结果，求：（1）该星球表面的“重力”加速度g 的大小； （2）该星球的质量M ；（3）如果在该星球上发射一颗围绕该星球做匀速圆周运动的卫星，则该卫星运行周期T 为多大？【答案】（1）2v g t =（2）22vR M Gt=（3）2T π=【解析】 【详解】（1）由运动学公式得：2vt g＝解得该星球表面的“重力”加速度的大小 2v g t＝（2）质量为m 的物体在该星球表面上受到的万有引力近似等于物体受到的重力，则对该星球表面上的物体，由牛顿第二定律和万有引力定律得：mg ＝2mM GR解得该星球的质量为 22vR M Gt= （3）当某个质量为m′的卫星做匀速圆周运动的半径等于该星球的半径R 时，该卫星运行的周期T 最小，则由牛顿第二定律和万有引力定律2224m M m RG R Tπ''＝解得该卫星运行的最小周期 2T π＝ 【点睛】重力加速度g 是天体运动研究和天体表面宏观物体运动研究联系的物理量．本题要求学生掌握两种等式：一是物体所受重力等于其吸引力；二是物体做匀速圆周运动其向心力由万有引力提供．4．2019年4月20日22时41分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号”乙运载火箭，成功发射第四十四颗北斗导航卫星，卫星入轨后绕地球做半径为r 的匀速圆周运动。
高考物理万有引力与航天解题技巧（超强）及练习题（含答案）
最新高考物理万有引力与航天解题技巧(超强)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1．一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验：在离地面h 高处让小球以某一初速度水平抛出，他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x 和落地时间t ，又已知该星球的半径为R ，己知万有引力常量为G ，求：（1）小球抛出的初速度v o（2）该星球表面的重力加速度g （3）该星球的质量M（4）该星球的第一宇宙速度v （最后结果必须用题中己知物理量表示）【答案】(1) v 0=x/t (2) g=2h/t 2 (3) 2hR 2/(Gt 2) (4) 2hR t【解析】（1）小球做平抛运动，在水平方向：x=vt ，解得从抛出到落地时间为：v 0=x/t（2）小球做平抛运动时在竖直方向上有：h=12gt 2，解得该星球表面的重力加速度为：g=2h/t 2；（3）设地球的质量为M ，静止在地面上的物体质量为m ，由万有引力等于物体的重力得：mg=2Mm GR所以该星球的质量为：M=2gR G= 2hR 2/(Gt 2)；（4）设有一颗质量为m 的近地卫星绕地球作匀速圆周运动，速率为v ，由牛顿第二定律得：22Mm vGmRR重力等于万有引力，即mg=2Mm GR，解得该星球的第一宇宙速度为：2hR v gRt2．天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星．双星系统在银河系中很普遍．利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量．已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T ，两颗恒星之间的距离为r ，试推算这个双星系统的总质量．（引力常量为G ）【答案】【解析】设两颗恒星的质量分别为m 1、m 2，做圆周运动的半径分别为r 1、r 2，角速度分别为w 1,w 2．根据题意有w 1=w 2 ① （1分）r 1+r 2=r ② （1分）根据万有引力定律和牛顿定律，有G③ （3分）G④ （3分）联立以上各式解得⑤ （2分）根据解速度与周期的关系知⑥ （2分）联立③⑤⑥式解得（3分）本题考查天体运动中的双星问题，两星球间的相互作用力提供向心力，周期和角速度相同，由万有引力提供向心力列式求解3．人类第一次登上月球时，宇航员在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放，二者几乎同时落地．若羽毛和铁锤是从高度为h 处下落，经时间t 落到月球表面．已知引力常量为G ，月球的半径为R ．（1）求月球表面的自由落体加速度大小g 月；（2）若不考虑月球自转的影响，求月球的质量M 和月球的“第一宇宙速度”大小v ．【答案】（1）22h g t月（2）222hR MGt；2hR vt【解析】【分析】（1）根据自由落体的位移时间规律可以直接求出月球表面的重力加速度；（2）根据月球表面重力和万有引力相等，利用求出的重力加速度和月球半径可以求出月球的质量M ；飞行器近月飞行时，飞行器所受月球万有引力提供月球的向心力，从而求出“第一宇宙速度”大小．【详解】（1）月球表面附近的物体做自由落体运动h ＝12g 月t2月球表面的自由落体加速度大小g 月＝22h t（2）若不考虑月球自转的影响G2Mm R＝mg月月球的质量222hR M Gt＝质量为m'的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动m ′g 月＝m ′2vR月球的“第一宇宙速度”大小2hR v g R t月＝＝【点睛】结合自由落体运动规律求月球表面的重力加速度，根据万有引力与重力相等和万有引力提供圆周运动向心力求解中心天体质量和近月飞行的速度v ．4．2018年11月，我国成功发射第41颗北斗导航卫星，被称为“最强北斗”。
高考物理万有引力与航天答题技巧及练习题(含答案)含解析
高考物理万有引力与航天答题技巧及练习题 ( 含答案 ) 含分析一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天1． 如下图，返回式月球软着陆器在达成了对月球表面的观察任务后，由月球表面回到绕月球做圆周运动的轨道舱．已知月球表面的重力加快度为 g ，月球的半径为月球中心的距离为 r ，引力常量为 G ，不考虑月球的自转．求：R ，轨道舱到（ 1）月球的质量 M ；（ 2）轨道舱绕月飞翔的周期 T ．22 r r【答案】 （1） MgR（ 2） T gGR【分析】【剖析】月球表面上质量为m 1 的物体 ，依据万有引力等于重力可得月球的质量；轨道舱绕月球做圆周运动，由万有引力等于向心力可得轨道舱绕月飞翔的周期 ；【详解】解： (1)设月球表面上质量为m 1 的物体 ，其在月球表面有 ： GMm1m 1g GMm 1m 1gR 2R 2gR 2月球质量 ： MG(2)轨道舱绕月球做圆周运动，设轨道舱的质量为m2Mm2 2由牛顿运动定律得：G Mmm2πr Gm(rr 2)r 2TT2 r r解得： TgR2．2018年是中国航天里程碑式的高速发展年，是属于中国航天的“超级2018 ”．比如，我国将进行北斗组网卫星的高密度发射，整年发射18 颗北斗三号卫星，为 “一带一路 ”沿线及周边国家供给服务．北斗三号卫星导航系统由静止轨道卫星（同步卫星）、中轨道卫星和 倾斜同步卫星构成．图为此中一颗静止轨道卫星绕地球飞翔的表示图．已知该卫星做匀速圆周运动的周期为 T ，地球质量为 M 、半径为 R ，引力常量为 G ．（1）求静止轨道卫星的角速度ω；（2）求静止轨道卫星距离地面的高度h1；（3）北斗系统中的倾斜同步卫星，其运行轨道面与地球赤道面有必定夹角，它的周期也是T，距离地面的高度为h2．视地球为质量散布均匀的正球体，请比较h1和 h2的大小，并说出你的原因．2πGMT 2R（ 3）h1= h2【答案】（ 1）=；（ 2）h1=3T 4 2【分析】【剖析】（1）依据角速度与周期的关系能够求出静止轨道的角速度；（2）依据万有引力供给向心力能够求出静止轨道到地面的高度；（3）依据万有引力供给向心力能够求出倾斜轨道到地面的高度；【详解】（1）依据角速度和周期之间的关系可知：静止轨道卫星的角速度= 2πTMm2π2（2）静止轨道卫星做圆周运动，由牛顿运动定律有：G2= m( R h1 )( )(R h1 )T解得：h1= 3GMT22R 4π（3）如下图，同步卫星的运行轨道面与地球赤道共面，倾斜同步轨道卫星的运行轨道面与地球赤道面有夹角，可是都绕地球做圆周运动，轨道的圆心均为地心．因为它的周期也是 T，依据牛顿运动定律，GMm2 =m(R h2 )(2) 2 ( R h2 )T解得：h2= 3GMT 2R 42所以 h1= h2．1） =2π GMT 2R （3） h 1= h 2故此题答案是：（ ；（ 2） h 1 =3T4 2【点睛】关于环绕中心天体做圆周运动的卫星来说，都借助于万有引力供给向心力即可求出要求的物理量．3． 据报导，一法国拍照师拍到 “ ” “ ”天宫一号 空间站飞过太阳的瞬时．照片中， 天宫一号 的太阳帆板轮廓清楚可见．如下图，假定“天宫一号 ”正以速度 v =7.7km/s 绕地球做匀速圆 周运动，运动方向与太阳帆板两头 M 、 N 的连线垂直， M 、 N 间的距离 L =20m ，地磁场的磁感觉强度垂直于 v ，MN 所在平面的重量5﹣B=1.0 ×10T ，将太阳帆板视为导体．（1）求 M 、 N 间感觉电动势的大小 E ；（2）在太阳帆板大将一只 “ 1.5V 、 0.3W ”的小灯泡与 M 、 N 相连构成闭合电路，不计太阳帆 板和导线的电阻．试判断小灯泡可否发光，并说明原因；（3）取地球半径 R=6.4 ×3 10km ，地球表面的重力加快度 g = 9.8 m/s 2，试估量 “天宫一号 ”距 离地球表面的高度h （计算结果保存一位有效数字）．【答案】（ 1） 1.54V （ 2）不可以（ 3）4105 m【分析】 【剖析】【详解】（1）法拉第电磁感觉定律E=BLv代入数据得E=1.54V（ 2）不可以，因为穿过闭合回路的磁通量不变，不产生感觉电流．（ 3）在地球表面有GMmmgR 2匀速圆周运动G Mm= m v 2( R + h)2 R + h解得gR2hv2R代入数据得h≈ 4×510m【方法技巧】此题旨在观察对电磁感觉现象的理解，第一问很简单，问题在第二问，学生在第一问的基础上很简单答不可以发光，却不知闭合电路的磁通量不变，没有感觉电流产生．此题难度不大，但第二问很简单犯错，要求考生心细，考虑问题全面．4．已知地球同步卫星到地面的距离为地球半径的 6 倍，地球半径为R，地球视为均匀球体，两极的重力加快度为g，引力常量为G，求：（1）地球的质量；（2）地球同步卫星的线速度大小．【答案】 (1)gR2gR M(2)vG7【分析】【详解】（1）两极的物体遇到的重力等于万有引力，则GMmR2解得mgM gR2；G（2）地球同步卫星到地心的距离等于地球半径的7 倍，即为7R，则GMm v22m7R7R而 GM gR2，解得gRv.75．2016 年 2 月 11 日，美国“激光干预引力波天文台”（LIGO）团队向全球宣告发现了引力波，这个引力波来自于距离地球13 亿光年以外一个双黑洞系统的归并．已知光在真空中流传的速度为c，太阳的质量为M0，万有引力常量为G．（1）两个黑洞的质量分别为太阳质量的26 倍和 39 倍，归并后为太阳质量的62 倍．利用所学知识，求此次归并所开释的能量．（2）黑洞密度极大，质量极大，半径很小，以最迅速度流传的光都不可以逃离它的引力，所以我们没法经过光学观察直接确立黑洞的存在．假定黑洞为一个质量散布均匀的球形天体．a．因为黑洞对其余天体拥有强盛的引力影响，我们能够经过其余天体的运动来推断黑洞的存在．天文学家观察到，有一质量很小的恒星单独在宇宙中做周期为T，半径为 r 0的匀速圆周运动．由此推断，圆周轨道的中心可能有个黑洞．利用所学知识求此黑洞的质量M；b．严格解决黑洞问题需要利用广义相对论的知识，但早在相对论提出以前就有人利用牛顿力学系统预知过黑洞的存在．我们知道，在牛顿系统中，当两个质量分别为m1、 m2的质点相距为 r 时也会拥有势能，称之为引力势能，其大小为E p G m1m2（规定无量远处r势能为零）．请你利用所学知识，推断质量为M′的黑洞，之所以能够成为“黑”洞，其半径R 最大不可以超出多少？24 2r032GM【答案】（ 1） 3M 0c（2）M GT 2； R＝c2【分析】【剖析】【详解】（1）归并后的质量损失m (26 39)M 062M 03M 0依据爱因斯坦质能方程E mc2得归并所开释的能量E3M 0c2（2） a．小恒星绕黑洞做匀速圆周运动，设小恒星质量为m依据万有引力定律和牛顿第二定律Mm22r0G mr02T解得4 2 r03M2GTb．设质量为m 的物体，从黑洞表面至无量远处；依据能量守恒定律1 mv2G Mm02R解得2GMRv2因为连光都不可以逃离，有v =c 所以黑洞的半径最大不可以超出2GMRc26．假定在月球上的“玉兔号”探测器，以初速度v0竖直向上抛出一个小球，经过时间t 小球落回抛出点，已知月球半径为R，引力常数为G．(1)求月球的密度．(2)若将该小球水平抛出后，小球永不落回月面，则抛出的初速度起码为多大？3v0（ 2）2Rv0【答案】（1）GRt t2【分析】【详解】(1) 由匀变速直线运动规律：v0gt 2所以月球表面的重力加快度g 2v0 t由月球表面，万有引力等于重力得GMmmg R2gR 2 MG月球的密度 =M23v0V GRt(2) 由月球表面，万有引力等于重力供给向心力：v2 mg mR2Rv0可得： vt7．2019 年 4 月，人类史上首张黑洞照片问世，如图，黑洞是一种密度极大的星球。
(物理)物理万有引力与航天专项习题及答案解析及解析
（物理）物理万有引力与航天专项习题及答案解析及解析一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天1．“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心发射升空，准确进入预定轨道．随后，“嫦娥一号”经过变轨和制动成功进入环月轨道．如图所示，阴影部分表示月球，设想飞船在圆形轨道Ⅰ上作匀速圆周运动，在圆轨道Ⅰ上飞行n 圈所用时间为t ，到达A 点时经过暂短的点火变速，进入椭圆轨道Ⅱ，在到达轨道Ⅱ近月点B 点时再次点火变速，进入近月圆形轨道Ⅲ，而后飞船在轨道Ⅲ上绕月球作匀速圆周运动，在圆轨道Ⅲ上飞行n 圈所用时间为．不考虑其它星体对飞船的影响，求：（1）月球的平均密度是多少？（2）如果在Ⅰ、Ⅲ轨道上有两只飞船，它们绕月球飞行方向相同，某时刻两飞船相距最近（两飞船在月球球心的同侧，且两飞船与月球球心在同一直线上），则经过多长时间，他们又会相距最近？【答案】（1）22192n Gtπ；（2）1237mt t m n （，，）==⋯ 【解析】试题分析：（1）在圆轨道Ⅲ上的周期：38t T n=，由万有引力提供向心力有：222Mm G m R R T π⎛⎫= ⎪⎝⎭ 又：343M R ρπ=，联立得：22233192n GT Gt ππρ==． （2）设飞船在轨道I 上的角速度为1ω、在轨道III 上的角速度为3ω，有：112T πω= 所以332T πω=设飞飞船再经过t 时间相距最近，有：312t t m ωωπ''=﹣所以有：1237mt t m n（，，）==⋯． 考点：人造卫星的加速度、周期和轨道的关系【名师点睛】本题主要考查万有引力定律的应用，开普勒定律的应用．同时根据万有引力提供向心力列式计算．2．我国科学家正在研究设计返回式月球软着陆器，计划在2030年前后实现航天员登月，对月球进行科学探测。
宇航员在月球上着陆后，自高h 处以初速度v 0水平抛出小球，测量出小球的水平射程为L (这时月球表面可以看成是平坦的)，已知月球半径为R ，万有引力常量为G 。
2013高考物理二轮复习能力提升专题：4.4万有引力与航天
4.4万有引力与航天一、单项选择题(本大题共4小题，每小题6分，共24分，每小题只有一个选项符合题意) 1.两颗人造卫星A 、B 绕地球做圆周运动，周期之比为T A ∶T B ＝1∶8，则轨道半径之比和运动速率之比分别为( )A.R A ∶R B ＝4∶1，v A ∶v B ＝1∶2B.R A ∶R B ＝4∶1，v A ∶v B ＝2∶1C.R A ∶R B ＝1∶4，v A ∶v B ＝1∶2D.R A ∶R B ＝1∶4，v A ∶v B ＝2∶12.(创新题)2011年11月3号凌晨，“天宫一号”与“神八”实现对接，11月14日实现第二次对接，组合体成功建立了载人环境，舱内将进行多项太空实验.假设一宇航员手拿一只小球相对于太空舱静止“站立”于舱内朝向地球一侧的“地面”上，如图所示.下列说法正确的是()A.宇航员相对于地球的速度介于7.9 km/s 与11.2 km/s 之间B.若宇航员相对于太空舱无初速度释放小球，小球将落到“地面”上C.宇航员将不受地球的引力作用D.宇航员对“地面”的压力等于零3.(易错题)近地人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为T 1和T 2，设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为g 1、g 2，则( )A.411322g T =()g T B.412321g T =()g T C.g 1g 2＝(T 1T 2)2 D.g 1g 2＝(T 2T 1)2 4.月球与地球质量之比约为1∶80，有研究者认为月球和地球可视为一个由两点构成的双星系统，它们都围绕月地连线上某点O 做匀速圆周运动.据此观点，可知月球与地球绕O 点运动的线速度大小之比和它们的轨道半径之比约为( )A.1∶6 400,1∶80B.1∶80,1∶6 400 C .80∶1,80∶1 D.6 400∶1,80∶1二、双项选择题(本大题共5小题，每小题8分，共40分，每小题有两个选项符合题意) 5.(易错题)(2012·杭州模拟)人类正在有计划地探索地球外其他星球，若宇宙空间某处有质量均匀分布的实心球形天体，则下列有关推断正确的是(引力常量G 已知)( ) A.若宇航员测出宇宙飞船贴着天体表面做匀速圆周运动的周期，则可推知天体的密度 B.只要测出宇宙飞船绕天体做匀速圆周运动的半径和周期，就可推知该天体的密度 C.若宇航员用弹簧测力计测得某一物体在该天体的极地比赤道上重P ，且已知该天体自转周期为T ，则可推知天体的密度D.若测出该天体表面的重力加速度和该天体的第一宇宙速度，则可以推知该天体的密度 6.(2011·广东高考)已知地球质量为M ，半径为R ，自转周期为T ，地球同步卫星质量为m ，引力常量为G ，有关同步卫星，下列表述正确的是( ) A.卫星距地面的高度为3GMT 24π2B.卫星的运行速度小于第一宇宙速度C.卫星运行时受到的向心力大小为G MmR2D.卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度7.(2012·黄冈模拟)太阳由于辐射，质量在不断减小，地球由于接受太阳辐射和吸收宇宙中的尘埃，其质量在增加，假定地球增加的质量等于太阳减小的质量，且地球的轨道半径不变，则( )A.太阳对地球的引力增大B.太阳对地球的引力变小C.地球运行的周期变长D.地球运行的周期变短8.如图所示，在同一轨道平面上的三个人造地球卫星A 、B 、C 在某一时刻恰好在同一直线上，下列说法正确的有( )A.根据v ＝gr ，可知v A ＜v B ＜v CB.根据万有引力定律，F A ＞F B ＞F CC.向心加速度a A ＞a B ＞a CD.运动一周后，C 最晚回到原地点9.(2012·深圳模拟)地球“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致.关于该“空间站”说法正确的有( )A.运行的加速度一定等于其所在高度处的重力加速度B.C.站在地球赤道上的人观察到它向东运动D.在“空间站”工作的宇航员因受到平衡力而在其中悬浮或静止三、计算题(本大题共2小题，共36分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)10.(预测题)(18分)中国赴南极考察船“雪龙号”，从上海港口出发一路向南，经赤道到达南极.某同学设想，在考察船“雪龙号”上做一些简单的实验来探究地球的平均密度：当“雪龙号”停泊在赤道时，用弹簧测力计测量一个钩码的重力，记下弹簧测力计的读数为F1，当“雪龙号”到达南极后，仍用弹簧测力计测量同一个钩码的重力，记下弹簧测力计的读数为F2，设地球的自转周期为T，不考虑地球两极与赤道的半径差异.请根据探索实验的设想，写出地球平均密度的表达式(万有引力常量G、圆周率π已知). 11.(18分)一组太空人乘太空穿梭机，去修理位于离地球表面6.0×105m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H.机组人员驾驶穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭推动火箭，而望远镜在穿梭机前方数公里处，如图所示，设G为万有引力常量，M E为地球质量.(已知地球半径为6.4×106 m，地球表面的重力加速度g＝9.8 m/s2)(1)在穿梭机内，一个质量为70 kg的人站在台秤上，则其示数是多少？(2)计算轨道上的重力加速度值.(3)计算穿梭机在轨道上的速率和周期.4.4万有引力与航天答案解析1.【解析】选D.设地球质量为M ，卫星质量为m ，卫星周期为T ，轨道半径为R.卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，故G Mm R 2＝m v 2R ＝m(2πT)2R故R 3T 2＝GM 4π2，v所以：R 3A T 2A ＝R 3B T 2B ，R A R B ＝3T 2A T 2B ＝14， v A v B ＝R B R A ＝21.选项D 正确.[金太阳新课标资源网] 2.【解析】选D.7.9 km/s 是发射卫星的最小速度，是卫星环绕地球运行的最大速度，可见，所有环绕地球运转的卫星、飞船等，其运行速度均小于等于7.9 km/s ，故A 错误；若宇航员相对于太空舱无初速度释放小球，由于惯性，小球仍具有原来的速度，所以地球对小球的万有引力正好提供它做匀速圆周运动需要的向心力，即G Mm ′r 2＝m ′v2r ，其中m ′为小球的质量，故小球不会落到“地面”上，而是沿原来的轨道继续做匀速圆周运动，故B 错误；宇航员受地球的引力作用，此引力提供宇航员随空间站绕地球做圆周运动的向心力，否则宇航员将脱离圆周轨道，故C 错误；因宇航员所受的引力全部提供了向心力，宇航员不能对“地面”产生压力，他处于完全失重状态，D 正确.3.【解析】选B.人造卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力，由万有引力(或重力)提供，则G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，又mg ＝m 4π2T 2r ，设两周期为T 1和T 2的卫星的轨道半径分别为r 1和r 2，解得g 1g 2＝4231T ()T ，故B 正确. 4.【解析】选C.月球和地球绕O 做匀速圆周运动，它们之间的万有引力提供向心力，则月球和地球的向心力相等.且月球、地球和O 始终共线，说明它们有相同的角速度和周期.设月球和地球的质量、线速度、轨道半径分别为m 1、m 2，v 1、v 2和r 1、r 2，角速度为ω，它们之间的万有引力提供向心力，即向心力相等，有m 1v 1ω＝m 2v 2ω，即v 1v 2＝m 2m 1＝801，m 1ω2r 1＝m 2ω2r 2，即r 1r 2＝m 2m 1＝801，选项C 正确.【总结提升】解答双星问题的“两等”与“两不等”(1)双星问题的“两等”分别是：①它们的角速度相等.②双星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供，即它们运动的向心力大小总是相等的.(2)“两不等”分别是：①双星做匀速圆周运动的圆心是它们连线上的一点，所以双星做匀速圆周运动的半径与双星间的距离是不相等的，它们的轨道半径之和才等于它们间的距离.②由m 1ω2r 1＝m 2ω2r 2知由于m 1与m 2一般不相等，故r 1与r 2一般也不相等.5.【解析】选A 、D.若天体的半径为R ，宇宙飞船绕天体飞行的半径为r ，周期为T ，即有G Mm r 2＝mr(2πT )2，而ρ＝M 43πR 3.只有当r ＝R 时，可得ρ＝3πGT2，故选项A 正确，B 错误；在极地的重力为G Mm R 2，赤道上的重力为G Mm R 2－mR(2πT )2，由题意可知P ＝mR(2πT )2，仅此不能求出天体的密度，故选项C 错误；第一宇宙速度v ＝gR ，而天体表面的重力加速度g ＝GMR 2，可得M ＝v 4gG ，所以ρ＝M 43πR 3＝3g 24πGv2，即可求出天体的密度，故选项D 正确.6.【解析】选B 、D.对同步卫星有万有引力提供向心力G Mm (R ＋h)2＝m(R ＋h)4π2T 2，所以h ＝3GMT 24π2－R ，故A 错误；第一宇宙速度是最大的环绕速度，B 正确；同步卫星运动的向心力等于万有引力，应为：F ＝GMm (R ＋h)2，C 错误；同步卫星的向心加速度为a 同＝GM(R ＋h)2，地球表面的重力加速度a 表＝GMR2，知a 表>a 同，D 正确.【变式备选】某同学设想驾驶一辆由火箭作动力的陆地太空两用汽车，沿赤道行驶并且汽车相对于地球速度可以任意增加，不计空气阻力，当汽车速度增加到某一值时，汽车将离开地球成为绕地球做圆周运动的“航天汽车”，对此下列说法正确的是(R ＝6 400 km ，取g ＝10 m/s 2)( )A.汽车在地面上速度增加时，它对地面的压力增大B.当汽车离开地球的瞬间速度达到28 440 km/hC.此“航天汽车”环绕地球做圆周运动的最小周期为1 hD.在此“航天汽车”上弹簧测力计无法测量力的大小【解析】选B.汽车受到的重力与地面的支持力的合力提供向心力，在速度增加时，向心力增大，重力不变，支持力减小，即汽车对地面的压力减小，选项A 错误.若要使汽车离开地球，必须使汽车的速度达到第一宇宙速度7.9 km/s ＝ 28 440 km/h ，选项B 正确.此时汽车的最小周期为T ＝2πr3GM＝2πR3gR2＝ 2πRg＝5 024 s ＝83.7 min ，选项C 错误.在此“航天汽车”上弹簧产生形变仍然产生弹力，选项D 错误.7.【解析】选A 、C.由GMm r 2＝m 4π2T2r ，可知T ＝4π2r3GM，由于r 不变M 变小，则T 变长，C 正确，D 错误；由F 万＝GMmr 2可得r 不变，M 与m 的和不变，但差值减小，即Mm 变大，则F 万变大，A 正确，B 错误.8.【解析】选C 、D.由GMm r 2＝m v2r＝ma 可得：v ＝GMr，故v A ＞v B ＞v C ，不可用v ＝gr 比较v 的大小，因卫星所在处的g 不同，A 错误；由a ＝GMr 2，可得a A ＞a B ＞a C ，C 正确；万有引力F＝GMm r 2，但不知各卫星的质量大小关系，无法比较F A 、F B 、F C 的大小，B 错误；由T ＝2πr v 可知，C 的周期最大，最晚回到原地点，故D 正确.9.【解析】选A 、C.在轨道上运动的加速度与重力加速度都等于所受万有引力与其质量的比值，A 正确；根据环绕速度公式v ＝GMr，由于“空间站”的离地高度等于同步卫星离地高度的十分之一，其轨道半径不是十分之一的关系，B 错误；因为运行方向与地球自转方向一致，比地球上的人运动的角速度大，所以站在地球赤道上的人观察到它向东运动，C 正确；在“空间站”工作的宇航员做圆周运动，不是平衡状态，合外力提供向心力，D 错误. 10.【解析】在地球赤道处，钩码受地球的引力与弹簧的弹力作用，钩码随地球自转，做圆周运动，所以F 引－F 1＝m 4π2T2R ①(5分)在地球的南极钩码受地球的引力与弹簧的弹力作用，因该处的钩码不做圆周运动，处于静止状态，有F 引＝F 2＝G MmR 2 ②(5分)又因为M ＝ρV ＝ρ43πR 3③(4分)联立①②③解得ρ＝3F 2πGT (F 2－F 1)(4分)答案：ρ＝3F 2πGT 2(F 2－F 1)11.【解题指南】解答本题需把握以下几点： (1)穿梭机内的人处于完全失重状态.(2)轨道上的重力加速度即穿梭机的向心加速度. (3)利用F 万＝F 向计算穿梭机的速率和周期.【解析】(1)在穿梭机中，由于人处于完全失重状态，故质量为70 kg 的人站在台秤上时，对台秤的压力为零，因此台秤的示数为零. (2分)(2)穿梭机在地面上时mg ＝G M E mR 2 (2分)在轨道上时mg ′＝G M E m(R ＋h)2 (2分)解得：g ′＝gR2(R ＋h)2. (2分)代入数据得： g ′＝8.2 m/s 2. (2分) (3)穿梭机在轨道上运行时：G M E m (R ＋h)2＝m v 2R ＋h ， (2分) GM E m (R ＋h)2＝m(2πT )2(R ＋h) (2分) 联立解得： v ＝Rg R ＋h ，T ＝2πR(R ＋h)3g(2分) 代入数据解得：v ＝7.6×103m/sT ＝5.8×103s. (2分) 答案：(1)示数为零 (2)8.2 m/s 2(3)7.6×103m/s 5.8×103s。
【物理】物理万有引力与航天专项习题及答案解析
【物理】物理万有引力与航天专项习题及答案解析一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天1．如图所示，A 是地球的同步卫星，另一卫星B 的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.已知地球半径为R ，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g ，O 为地球中心．(1)求卫星B 的运行周期．(2)如卫星B 绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A 、B 两卫星相距最近(O 、B 、A 在同一直线上)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？ 【答案】(1)32()2B R h T gR +=23()t gR R h ω=-+ 【解析】 【详解】（1）由万有引力定律和向心力公式得()()2224B MmGm R h T R h π=++①，2Mm G mg R =②联立①②解得：()322B R h T R g+=（2）由题意得()02B t ωωπ-=④，由③得()23B gR R h ω=+代入④得()203t R gR h ω=-+2．一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 Rm-(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：222mv F mg l += ① 在最低点：211mv F mg l-= ② 由机械能守恒定律，得221211222mv mg l mv =⋅+ ③ 由①②③，解得126F F g m-= （2）2GMmmg R = 2GMm R =2mv R两式联立得：12()6F F Rm -（3）在星球表面：2GMmmg R = ④ 星球密度：MV ρ=⑤ 由④⑤，解得128F F GmRρπ-=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．3．一艘宇宙飞船绕着某行星作匀速圆周运动，已知运动的轨道半径为r ，周期为T ，引力常量为G ，行星半径为求： (1)行星的质量M ；(2)行星表面的重力加速度g ； (3)行星的第一宇宙速度v ． 【答案】（1） （2）（3）【解析】 【详解】(1)设宇宙飞船的质量为m ，根据万有引力定律求出行星质量 (2)在行星表面求出:(3)在行星表面求出:【点睛】本题关键抓住星球表面重力等于万有引力，人造卫星的万有引力等于向心力．4．如图所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P 点沿水平方向以初速度v 0抛出一个小球，测得小球经时间t 落到斜坡上另一点Q ，斜面的倾角为α，已知该星球半径为R ，万有引力常量为G ，求：（1）该星球表面的重力加速度； （2）该星球的密度； （3）该星球的第一宇宙速度v ；（4）人造卫星绕该星球表面做匀速圆周运动的最小周期T ． 【答案】(1)02tan v t α；(2)03tan 2v GRt απ；02tanav R t；(4)02tan Rt v α【解析】 【分析】 【详解】(1) 小球落在斜面上，根据平抛运动的规律可得：20012tan α2gt y gt x v t v ===解得该星球表面的重力加速度：02tan αv g t=(2)物体绕星球表面做匀速圆周运动时万有引力提供向心力，则有：2GMmmg R= 则该星球的质量：GgR M 2= 该星球的密度：33tan α34423v M gGR GRt R ρπππ===(3)根据万有引力提供向心力得：22Mm v G m R R= 该星球的第一宙速度为：v ===(4)人造卫星绕该星球表面做匀速圆周运动时，运行周期最小，则有:2RT vπ=所以：22T π==点睛：处理平抛运动的思路就是分解．重力加速度g 是天体运动研究和天体表面宏观物体运动研究联系的物理量．5．某双星系统中两个星体 A 、B 的质量都是 m ，且 A 、B 相距 L ，它们正围绕两者连线上的某一点做匀速圆周运动．实际观测该系统的周期 T 要小于按照力学理论计算出的周期理论值T0，且=k (），于是有人猜测这可能是受到了一颗未发现的星体C 的影响，并认为C 位于双星A、B 的连线中点．求：(1)两个星体 A、B组成的双星系统周期理论值；(2)星体C的质量．【答案】（1）；（2）【解析】【详解】(1)两星的角速度相同,根据万有引力充当向心力知:可得：两星绕连线的中点转动,则解得：(2)因为C的存在,双星的向心力由两个力的合力提供,则再结合：=k可解得：故本题答案是：（1）；（2）【点睛】本题是双星问题,要抓住双星系统的条件:角速度与周期相同,再由万有引力充当向心力进行列式计算即可.6．2016年2月11日，美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）团队向全世界宣布发现了引力波，这个引力波来自于距离地球13亿光年之外一个双黑洞系统的合并．已知光在真空中传播的速度为c，太阳的质量为M0，万有引力常量为G．（1）两个黑洞的质量分别为太阳质量的26倍和39倍，合并后为太阳质量的62倍．利用所学知识，求此次合并所释放的能量．（2）黑洞密度极大，质量极大，半径很小，以最快速度传播的光都不能逃离它的引力，因此我们无法通过光学观测直接确定黑洞的存在．假定黑洞为一个质量分布均匀的球形天体．a ．因为黑洞对其他天体具有强大的引力影响，我们可以通过其他天体的运动来推测黑洞的存在．天文学家观测到，有一质量很小的恒星独自在宇宙中做周期为T ，半径为r 0的匀速圆周运动．由此推测，圆周轨道的中心可能有个黑洞．利用所学知识求此黑洞的质量M ；b ．严格解决黑洞问题需要利用广义相对论的知识，但早在相对论提出之前就有人利用牛顿力学体系预言过黑洞的存在．我们知道，在牛顿体系中，当两个质量分别为m 1、m 2的质点相距为r 时也会具有势能，称之为引力势能，其大小为12p m m E Gr=-（规定无穷远处势能为零）．请你利用所学知识，推测质量为M′的黑洞，之所以能够成为“黑”洞，其半径R 最大不能超过多少？【答案】（1）3M 0c 2（2）23024r M GTπ=；22GM R c '＝ 【解析】 【分析】 【详解】（1）合并后的质量亏损000(2639)623m M M M ∆=+-=根据爱因斯坦质能方程2E mc ∆=∆得合并所释放的能量203E M c ∆=（2）a ．小恒星绕黑洞做匀速圆周运动，设小恒星质量为m 根据万有引力定律和牛顿第二定律20202Mm G m r r T π⎛⎫= ⎪⎝⎭解得23024r M GTπ= b ．设质量为m 的物体，从黑洞表面至无穷远处；根据能量守恒定律2102Mm mv G R ⎛⎫+-= ⎪⎝⎭解得22GM R v '=因为连光都不能逃离，有v =c 所以黑洞的半径最大不能超过22GM R c '=7．侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行,它的运行轨道距地面高为h ,要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全部都拍摄下来,卫星在通过赤道上空时,卫星上的摄影像机至少应拍地面上赤道圆周的弧长是多少?设地球半径为R ,地面处的重力加速度为g ,地球自转的周期为T ．【答案】l =【解析】 【分析】 【详解】设卫星周期为1T ,那么:22214()()Mm m R h G R h T π+=+, ① 又2MmGmg R=, ② 由①②得1T =设卫星上的摄像机至少能拍摄地面上赤道圆周的弧长为l ,地球自转周期为T ,要使卫星在一天(地球自转周期)的时间内将赤道各处的情况全都拍摄下来,则12Tl R T π⋅=. 所以12RT l T π==【点睛】摄像机只要将地球的赤道拍摄全，便能将地面各处全部拍摄下来；根据万有引力提供向心力和万有引力等于重力求出卫星周期；由地球自转角速度求出卫星绕行地球一周的时间内，地球转过的圆心角，再根据弧长与圆心角的关系求解．8．我国航天事业的了令世界瞩目的成就，其中嫦娥三号探测器与2013年12月2日凌晨1点30分在四川省西昌卫星发射中心发射，2013年12月6日傍晚17点53分，嫦娥三号成功实施近月制动顺利进入环月轨道，它绕月球运行的轨道可近似看作圆周，如图所示，设嫦娥三号运行的轨道半径为r ，周期为T ，月球半径为R ．(1)嫦娥三号做匀速圆周运动的速度大小 (2)月球表面的重力加速度 (3)月球的第一宇宙速度多大．【答案】(1) 2r T π；(2) 23224r T R π； (3) 2324rT Rπ 【解析】 【详解】(1)嫦娥三号做匀速圆周运动线速度：2rv r Tπω==(2)由重力等于万有引力：2GMmmg R = 对于嫦娥三号由万有引力等于向心力：2224GMm m rr Tπ= 联立可得：23224r g T Rπ=(3)第一宇宙速度为沿月表运动的速度：22GMm mv mg R R==可得月球的第一宇宙速度：2324r v gR T Rπ==9．已知某行星半径为，以其第一宇宙速度运行的卫星的绕行周期为，该行星上发射的同步卫星的运行速度为.求（1）同步卫星距行星表面的高度为多少？ （2）该行星的自转周期为多少？【答案】（1） （2） ．【解析】 【分析】 【详解】（1）设同步卫星距地面高度为 ，则： ，以第一宇宙速度运行的卫星其轨道半径就是R ，则联立解得：．（2）行星自转周期等于同步卫星的运转周期．10．假如你乘坐我国自行研制的、代表世界领先水平的神州X 号宇宙飞船，通过长途旅行，目睹了美丽的火星，为了熟悉火星的环境，飞船绕火星做匀速圆周运动，离火星表面的高度为H ，测得飞行n 圈所用的时间为t ，已知火星半径为R ，引力常量为G ，求： （1）神舟X 号宇宙飞船绕火星的周期T ； （2）火星表面重力加速度g ．【答案】（1）t T n = （2）()322224n R H g R tπ+=【解析】(1)神舟X 号宇宙飞船绕火星的周期t T n= (2)根据万有引力定律()()2224MmGm R H TR H π=++，2MmGmg R = 解得()322224n R H g R tπ+=【点睛】本题考查了万有引力定律的应用，考查了求重力加速度、第一宇宙速度问题，知道万有引力等于重力、万有引力提供向心力是解题的前提与关键，应用万有引力公式与牛顿第二定律可以解题．。
高考物理二轮复习 专题05 万有引力定律与航天(测)(含解析)-人教版高三全册物理试题
万有引力定律与航天【总分为：110分时间：90分钟】一、选择题〔本大题共12小题，每一小题5分，共60分。
在每一小题给出的四个选项中，1~8题只有一项符合题目要求； 9~12题有多项符合题目要求。
全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
〕1．2017年10月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〞(如下列图)和全球第一颗二氧化碳监测科学实验卫星(简称“碳卫星〞)的数据。
“碳卫星〞是绕地球极地运行的卫星，在离地球外表700公里的圆轨道对地球进展扫描，聚集约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，有关这两颗卫星的说法正确的答案是〔〕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〞的线速度C．“碳卫星〞的运行轨道理论上可以和地球某一条经线重合D．“风云四号〞卫星的线速度大于第一宇宙速度【答案】 B2．某行星半径R=2440km，行星周围没有空气且忽略行星自转。
假设某宇航员在距行星外表h=1.25m处由静止释放一物块，经t=1s后落地，如此此行星A．外表重力加速度为10m／s2B．外表重力加速度为5m／s2C．第一宇宙速度大约为2．47km／sD．第一宇宙速度大约为78m／s【答案】 C点睛：第一宇宙速度是指绕星体外表运行卫星的速度。
是所有圆轨道卫星的最大的运行速度，也是卫星的最小发射速度。
3．如下列图，地球绕太阳做匀速圆周运动，地球处于运动轨道b位置时，地球和太阳连线上的a位置、c 与d位置均关于太阳对称，当一无动力的探测器处在a或c位置时，它仅在太阳和地球引力的共同作用下，与地球一起以一样的角速度绕太阳做圆周运动，如下说法正确的答案是A．该探测器在a位置受太阳、地球引力的合力等于在c位置受到太阳、地球引力的合力B．该探测器在a位置受太阳、地球引力的合力大于在c位置受到太阳、地球引力的合力C．假设地球和该探测器分别在b、d位置，它们也能以一样的角速度绕太阳运动D．假设地球和该探测器分别在b、e位置，它们也能以一样的角速度绕太阳运动【答案】 B【解析】探测器与地球具有一样的角速度，如此根据F=ma=mω2r可知该探测器在a位置受太阳、地球引力的合力大于在c位置受到太阳、地球引力的合力，选项B正确，A错误；假设地球和该探测器分别在b、d位置，根据可知，因转动的半径不同，如此它们不能以一样的角速度绕太阳运动，选项C错误；同理假设地球和该探测器分别在b、e位置，它们也不能以一样的角速度绕太阳运动，选项D错误；应当选B.4．如下论述中正确的答案是A．开普勒根据万有引力定律得出行星运动规律B．爱因斯坦的狭义相对论，全面否认了牛顿的经典力学规律C．普朗克把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化〞的传统观念D．玻尔提出的原子结构假说，成功地解释了各种原子光谱的不连续性【答案】 C5．如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动，假设从水星与金星在一条直线上开始计时，天文学家测得在一样时间内水星转过的角度为θ1，金星转过的角度为θ2(θ1、θ2均为锐角)，如下列图，如此由此条件不可求得的是( )A．水星和金星的质量之比B．水星和金星到太阳的距离之比C．水星和金星绕太阳运动的周期之比D．水星和金星绕太阳运动的向心加速度大小之比【答案】 A【解析】【详解】A、水星和金星作为环绕体，无法求出质量之比，故A错误；一样时间内水星转过的角度为θ1；金星转过的角度为θ2，可知道它们的角速度之比，根据万有引力提供向心力：，，知道了角速度比，就可求出轨道半径之比．故B正确．C、一样时间内水星转过的角度为θ1；金星转过的角度为θ2，可知它们的角速度之比为θ1：θ2．周期，如此周期比为θ2：θ1．故C正确．根据a=rω2，轨道半径之比、角速度之比都知道，很容易求出向心加速度之比．故D正确．此题求不可求的，应当选A【点睛】在万有引力这一块，设计的公式和物理量非常多，在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后弄清楚各个物理量表示的含义，最后选择适宜的公式分析解题，另外这一块的计算量一是非常大的，所以需要细心计算6．我们国家从 1999 年至今已屡次将“神州〞号宇宙飞船送入太空。
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g i 、g 2，地球自传周期为 T ,万有引力常量为 G 若把地球看作为个质量均匀分布的圆球体，则地球的密度为（引力场，是宇宙的重要组成部分•瑞士天文学家弗里兹？扎维奇观测螺旋星系旋转速度时，发现星系外侧的旋转速度较牛顿引力预期的快， 故推测必有数量庞大的暗物质拉住星系外俄侧，以使其不致因过大的离心力而脱离星系.假设暗物质及其星体均匀分布在球形星系内，观察发现星系外侧的旋转速度较牛顿引力预期的快十倍以上•据此推测 可知道暗物质的质量是其中恒星数量计算所得到的质量值的倍数为（ B ）A. 1000倍之上B. 100倍之上C. 10倍之上D. 2倍之上3•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”.据报道，2014年各行星冲日时间分别是：1月6日木星冲日；4月9日火星冲日；5月11日土星冲日；8月29日海王星冲日；10月8日天王星冲日.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，则下列判断正确的是（D ）A. 各地外行星每年都会出现冲日现象B. 在2015年内一定会出现火星冲日C. 天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半D. 地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短4. 金星和地球在同一平面内绕太阳公转，且公转轨道均视为圆形，如图所示，在地球上观测，发现金星与太阳可 呈现的视角（太阳与金星均视为质点，它们与眼睛连线的夹角）有最大值，最大视角的正弦值为 n ,则金星的公转周期为（D ）二轮复习万有引力与航天难题.选择题（共20小题）1在地球两极和赤道的重力加速度大小分别为A.3兀（呂严*GT2S]B.3兀馴 GT 2(g r g £)C.2. 暗物质(Dark Matter )是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和A.地球对火箭的引力较大A 「■年B . 1C n 3年D •厂年5. 关于人造地球卫星，下面说法中正确的是（A ）A. 发射卫星时，运载火箭飞行的最大速度必须达到或超过第一宇宙速度，发射才有可能成功B. 卫星绕地球做圆周运动时，其线速度一定不会小于第一宇宙速度C.卫星绕地球做圆周运动的周期只要等于 24小时，这个卫星一定相对地面“定点”D. 发射一颗地球同步卫星，可以使其“定点”于芜湖市的正上方 6.下列说法正确的是（ C ）A. 同一物体在地球上的任何位置所受重力都相同B. 同一物体在赤道上受到的重力比两极大C. 把物体从地面移向正上方的空中，物体所受重力减小D. 物体所受重力的方向与所受地球万有引力的方向一定不相同 7.下列说法正确的是（ D ）A. 力学中的三个基本单位是：长度的单位“米” 、时间的单位“秒”、力的单位“牛顿”B. 牛顿仅通过现实中的斜面实验得到了物体的运动不需要力来维持C. 胡克认为在任何情况下，弹簧的弹力都与弹簧的形变量成正比D. 卡文迪杵通过扭称实验测出了万有引力常量8 2009年9月海南航天发射场破土动工，将于 2013年建成并投入使用.届时它将与西昌、 射中心冬酒泉 3个卫星发 28°、 38°、 41°.而 相比较我国其它三个发射场，海南发射场所具备的优势是（一些即可B. 火箭在该点随地球自转线速度较大C. 该处的重力加速度较大D. 火箭在该点随地球自转角速度较大9. 已知地球的半径为 R,地球的自转周期为 T ,地表的重力加速度为 g ,要在地球赤道上发射一颗近地的人造地球 卫星，使其轨道在赤道的正上方，若不计空气的阻力，那么（ D ）A.向东发射与向西发射耗能相同，均为 mgR_ m （…） 222 TB. 向东发射耗能为 丄m （— 2兀R ）2,比向西发射耗能多2TC.向东发射与向西发射耗能相同，均为 -m （v 二丁- 一 ） 22TD. 向西发射耗能为 二m （ —T+， ? ） 2,比向东发射耗能多2T10.假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知一颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为R,周期为T ;地球的半径为R ）,自转周期为To.则地球表面赤道处的重力加速度大小与两极处重力加速度大小的比值为（C ）11. 某行星自转周期为 T ,赤道半径为 R ,研究发现，若该行星自转角速度变为原来的两倍，会导致该行星赤道上 物体将恰好对行星表面没有压力，已知万有引力常量为 G,则以下说法中正确的是（B ）A. 该行星质量为M 『GT 2B.该行星的同步卫星轨道半径为 r= ： 7R2C.静置在该行星赤道地面上质量为 m 的物体对地面的压力为 'Z ”T 2D. 环绕该行星做匀速圆周运动的卫星线速度必不大于 7.9 km/s12.下列有关天体运动的说法中正确的是（ A ）A. 第一宇宙速度是发射卫星必须具备的最小发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度B. 地球同步卫星必须位于地球赤道的正上方，但高度可以是任意的C. 在宇宙飞船中绕地球做匀速圆周运动的宇航员处于完全失重状态，所以宇航员不受地球的吸引力，即重力为零D. 原来在同一轨道上沿着同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要后一卫星追上前一卫星，只要将后者速率增大A.B .R 叱R Q T 2C .D.£To RfiT 213. 2009年10月7日电，美国宇航局（NASA的斯皮策（Spitzer ）太空望远镜近期发现土星外环绕着一个巨大的漫射环•该环比已知的由太空尘埃和冰块组成的土星环要大得多•据悉，这个由细小冰粒及尘埃组成的土星环温度接近-157° C,结构非常松散，难以反射光线，所以此前一直未被发现，而仅能被红外探测仪检测到•这一暗淡的土星环由微小粒子构成，环内侧距土星中心约600万公里，外侧距土星中心约1800万公里•若忽略微粒间的作用力，假设土环上的微粒均绕土星做圆周运动，则土环内侧、外侧微粒的（ A ）A. 线速度之比为7： 1B.角速度之比为1:1C.周期之比为1 : 1D.向心加速度之比为8: 114•我国将于2011年下半年发射目标飞行器“天宫一号” ，若“天宫一号”能在离地面约300km高的圆轨道上正常运行，两月后再发射“神舟八号”飞船并与其进行对接试验.下列说法中正确的是（ C ）A. “天宫一号”的发射速度应大于第二宇宙速度B. 对接后，“天宫一号”的速度大于第一宇宙速度C. 对接时，“神舟八号”与“天宫一号”的加速度相等D. 对接前，“神舟八号”欲追上“天宫一号”，必须在同一轨道上点火加速15. 牛顿A. 牛顿第二定律B. 牛顿第三定律C. 开普勒的研究成果D. 卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常数8颗卫星，该卫星绕地球做圆周运动的周期约为12小时, 16. 2011年4月10日我国成功发射了北斗导航系统的第下列表述正确的是（ C ）A. 该卫星是地球的同步卫星B. 各个国家发射的同步卫星期离地球表面的距离是不同的C. 该卫星离地面的高度比近地卫星高D. 该卫星受到的向心力与卫星和地心之间的距离无关17. 某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球半径为R,地面重力加速度为g，下列说法错误的是（A.人造卫星的最小周期为B. 卫星在距地面高度R处的绕行速度为匕C卫星在距地面高度为R处的重力加速度为D. 地球同步卫星的速率比近地卫星速率小，所以发射同步卫星所需的能量较少18•人造卫星由于受大气阻力作用，其轨道半径逐渐减少，线速度和周期变化情况为（A. 线速度增大，周期减小 B .线速度增大，周期增大C. 线速度减小，周期增大 D .19.地球同步卫星到地心距离2, 2r可由- “,求出已知式中a的单位是m,4 K 2b的单是s, c的单位是m/s2,则A. a是地球半径, b是地球自转周期, c是地球表面重力加速度B. a是地球半径, b是同步卫星绕心运动的周期, c是同步卫星的加速度C. a是赤道周长, b是地球自转周期, c是同步卫星的加速度D. a是赤道周长, b是同步卫星绕地心运动的周期, c是地球表面加速度20•甲、乙两颗人造地球卫星围绕地球做匀速圆周运动，它们的质量之比比为r i：「2=1：2，下列关于卫星的说法中正确的是（ C ）A. 它们的线速度之比v i：V2=1 :二B. 它们的运行周期之比T1：T2=2二：1C. 它们的向心加速度比a1：a2=4：1D. 它们的向心力之比F1：F2=4: 1:2，它们圆周运动的轨道半径之二.多选题（共30小题）21•如图所示，方框表示绕地球做匀速圆周运动的航天站中的一个实验室，质量为A放在P平面上，引力G的方向与P平面垂直.设物体A与P平面的动摩擦因数为面方向的力F,则以下结论不正确的是（BC ）m受地球的吸引力为G的物体卩，现在A物体上加一个沿P平A. 实验室观察到A物体的加速度为—B. 实验室观察到 A 物体的加速度为：—rC.A 物体绕地球做圆周运动的向心加速度为 -8022.我国研制并成功发射的“嫦娥二号”探测卫星，在距月球表面高度为h 的轨道上做匀速圆周运动，运行的周期为T .若以R 表示月球的半径，则（ ACD ）■-IA. 卫星运行时的向心加速度为――_广 *T 2B.物体在月球表面自由下落的加速度为 -1T 2c.卫星运行时的线速度为'TD .月球的第一宇宙速度为 -「山"•口TR23. 2008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务，他的第一次太空行走标志着中国航天事 业全新时代的到来.“神舟七号”绕地球做近似匀速圆周运动，其轨道半径为 r ，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为2r ,则可以确定（ AC ）B. 在月球上发射一颗绕它运行的卫星的最小周期为C. 在月球上发射一颗绕它运行的卫星的最小发射速度为A. 翟志刚出舱后处于完全失重状态B. 翟志刚出舱取回外挂实验样品，若样品脱手,C. “神舟七号”与卫星的加速度大小之比为D. “神舟七号”与卫星的线速度大小之比为则样品做自由落体运动 4: 1 1 :匚24.若已知月球质量为 M,半径为R,万有引力常量为 G,以下畅想中不可能的是（BC ）A.在月球表面以初速度V ）竖直上拋一个物体，物体上升的最大高度为3R 22GHD. A 物体的加速度大小为D. 在月球上荡秋千，将人视为质点、秋千质量不计、摆长不变、摆角小于人能上升的最大高度是 ''2GM25. “嫦娥二号”进入环月轨道后，分别在距月球表面最远100km,最近15km 高度的轨道上做圆周运动，此高度远小于月球的半径，设“嫦娥二号”绕月与月绕地的转动方向同向•已知地球的质量为月球质量的 k 倍，月球绕地球运行的轨道半径为月球的半径的n 倍，月球绕地球运行的周期为T .若某时刻“嫦娥二号”距地球最远，经△t 时间“嫦娥二号”距地球最近，则△ t 不可能为（ACD ）26. 2013年6月11日17时38分，中国载人飞船“神舟十号”点火升空.中国宇航员聂海胜、张晓光、王亚平搭 乘“神舟十号”出征太空，奔向“天宫一号”.飞行期间先后与“天宫一号”进行一次自动交会对接和一次航天员手控交会对接.2013年6月26日8时07分，“神舟十号”返回舱安全着陆，飞行任务取得圆满成功•以下说法正 确的是（BC ）A. 神舟十号在升空过程中，燃料不断燃烧，机械能减小B. 三名宇航员在加速启动过程中处于超重状态，对座椅的压力很大C.神舟十号圆周运动的运行速度小于 7.9km/sD. 神舟十号无需变轨即能实现和天宫一号对接 27.如图所示，一个质量为 M 的匀质实心球，半径为 R,如果从球上挖去一个直径为 R 的球，放在距离为 d=3R 的地方•下列两种情况下，两球之间的万有引力分别为 F 1, F 2,则以下说法正确的是（ BC ）（1） 从球的正中心挖去（如图甲） （2） 从与球相切处挖去（如图乙）A. F 1=F 2 B . R> F 2C. F 1： F 2=175: 164D. F 1： R=49: 4 28.宇航员站在星球表面上某高处，沿水平方向抛出一小球，经过时间t 小球落回星球表面，测得抛出点和落地点之间的距离为L .若抛出时的速度增大为原来的2倍，则抛出点到落地点之间的距离为_：.已知两落地点在同一水平面上，该星球半径为 R ,若引力常量G 已知，则可能求出（ ABD ）90°若秋千经过最低位置的速度为v o,A. 抛出点的高度 B .该星球表面的重力加速度 C.小球的质量D.该星球的质量29 •中国航天界考虑 2013年发射中国首颗火星探测卫星，这颗环境卫星只有100公斤左右•它要完成对火星气候条件、空间环境等的探测，打算从基础开始一步步的确认火星是否有支持地球类生物存在的可能•已知火星与地球 的质量之比为a ,半径之比为b ,有关火星和地球，下列说法正确的是（ A. 火星表面的第一宇宙速度与地球表面第一宇宙速度之比为 B. 火星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为 C. 火星表面附近运动的卫星与地球表面运动的卫星周期之比为D. 火星和地球的上空运行的卫星其 '■的比值为—T? aCOMPASSGI 地球同步卫星.这标志着中国北斗卫星导航系统工程建设A. 运行速度大于 7.9 km/sB. 离地面高度一定，相对地面静止C. 绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度小D. 向心加速度比静止在赤道上的物体的向心加速度大31. 潮汐是一种常见的自然现象.发生在杭州湾钱塘江入海口的“钱江潮”是闻名世界的潮汐现象，在农历初一和 十五前后各有一次大潮，在两次大潮之间又各有一次小潮.下列有关潮汐现象认识正确的是（ BC ）A. 世界各地的潮汐都是一天涨落两次，没有一天涨落一次的地区B. 由于半日潮两次高潮之间的时间间隔约 12小时25分，故潮汐现象也与地球自转有关C. 每月出现两次大潮时，太阳，地球、月亮基本在一直线上D. 每月出现两次小潮时，地球在太阳和月亮之间ABC )30. 2010年1月17日，我国成功发射北斗 又迈出重要一步•关于成功定点后的“北斗COMPASSGI ”地球同步卫星，下列说法正确的是（BD )32. 如图所示，A是地球的同步卫星.另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.已知地球半径为R, 地球自转角速度为3 0，地球表面的重力加速度为g, O为地球中心.关于AB两卫星的下列叙述正确的是（BCD ）33•火星是太阳系中离地球最近的行星，经研究发现下表的相关数据资料•若把火星和地球的公转均视为匀速圆周 运动，那么根据引力常量 G 和表中数据可以计算出下面哪些物理量？ （ BD ）自转周期 24h37mi n22s 公转周期 686.98d 公转半径 82.28 x 10 km 火星直径6794kmA.火星表面的重力加速度 B •火星绕太阳运动的线速度 C.火星的平均密度D.太阳的质量34. 2015年12月29日0时04分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射高分四号卫星，它是 目前世界上空间分辨率最高、幅宽最大的地球同步轨道遥感卫星，堪称最牛“天眼” ，它的发射和应用将显著提高我国天基对地遥感观测能量，关于高分四号卫星，以下说法正确的是（ AD ）A. 高分四号卫星的向心加速度小于地球表面的重力加速度B. 高分四号卫星可定位在钓鱼岛正上方，观测附近海洋上的航母C. 高分四号卫星比近地环绕飞船运行速度大D.高分四号卫星的运行周期等于 24hA. 同步卫星 A 的高度是B 的2倍必等于2hB. B 的周期应为T B =2 -(R+h) ° gK 2C. A 、 B 绕行方向与地球自转方向相同，某时刻 A B 两卫星相距最近（O B 、A 在同一直线上），他们再一次相距最近，则至少经过时间 • - ----- - 1D. A 、 B 两卫星的线速度之比:3 _______VgW 0R 2'AR+h35. 某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，春分那天（太阳光直射赤道）在日落后的 12小时内有t i 时间该观察者看不见此卫星•已知地球半径为 速度为g ,地球自转周期为 T ,卫星的绕行方向与地球转动方向相同，不考虑大气对光的折射•下列说法中正确的 是（BC ）' 2 2A. 同步卫星离地高度为可空9 2卫2 2B. 同步卫星离地高度为咅空」R--C. t i =^_arcsin $4 兀_D. 11= 丁 arcsin 孑 4 兀__K36.宇宙空间由一种由三颗星体 A B 、C 组成的三星体系，它们分别位于等边三角形ABC 的三个顶点上，绕一个固定且共同的圆心 0做匀速圆周运动，轨道如图中实线所示，其轨道半径 「A V 「B V r c •忽略其他星体对它们的作用，可知这三颗星体 A. 线速度大小关系是 V A V V B V V C B. 加速度大小关系是 a A > a B > a c C. 质量大小关系是 m A > mt > m C D. 所受万有引力合力的大小关系是 F A > F B > F C37.冥王星绕太阳的公转轨道是个椭圆，公转周期为 T 。