高考物理一轮复习课时作业20万有引力与航天二含解析新人教版
高考物理复习高三一轮复习：课时跟踪检测17万有引力与航天(二)
高考物理复习课时跟踪检测(十七) 万有引力与航天(二)高考常考题型：选择题1．(2012·北京高考)关于环绕地球运动的卫星，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2．“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中，发现A 、B 两颗均匀球形天体，两天体各有一颗靠近其表面飞行的卫星，测得两颗卫星的周期相等，以下判断正确的是( ) A ．天体A 、B 的质量一定不相等 B ．两颗卫星的线速度一定相等C ．天体A 、B 表面的重力加速度之比等于它们的半径之比D ．天体A 、B 的密度一定相等3．我国成功发射了“神舟九号”载人飞船，假设飞船绕地球做匀速圆周运动，下列正确的是( ) A ．飞船的运行速度小于地球的第一宇宙速度B ．若知道飞船运动的周期和轨道半径，再利用引力常量，就可算出地球的质量C ．若宇航员从船舱中慢慢“走”出并离开飞船，飞船速率将减小D ．若有两个这样的飞船在同一轨道上，相隔一段距离一前一后沿同一方向绕行，只要后一飞船向后喷气加速，则两飞船一定能实现对接4．(2012·唐山调研)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，这颗行星完全由钻石构成。
若已知引力常量，还需知道哪些信息可以计算该行星的质量( )A ．该行星表面的重力加速度及绕行星运行的卫星的轨道半径B ．该行星的自转周期与星体的半径C ．围绕该行星做圆周运动的卫星的公转周期及运行半径D ．围绕该行星做圆周运动的卫星的公转周期及公转线速度5．(2012·天津高考)一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，动能减小为原来的14，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的( )A ．向心加速度大小之比为4∶1B ．角速度大小之比为2∶1C ．周期之比为1∶8D ．轨道半径之比为1∶26．一位同学为了测算卫星在月球表面附近做匀速圆周运动的环绕速度，提出了如下实验方案：在月球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，测出物体上升的最大高度h ，已知月球的半径为R ，便可测算出绕月卫星的环绕速度。
(统考版)高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 第2讲 抛体运动的规律及应用学生用书
第2讲抛体运动的规律及应用一、平抛运动1．定义：将物体以一定的初速度沿水平方向抛出，物体只在________作用下的运动．2．性质：平抛运动是加速度为g的________曲线运动，运动轨迹是抛物线．3．研究方法：运动的合成与分解．(1)水平方向：________直线运动；(2)竖直方向：________运动．4．基本规律：如图所示，以抛出点O为坐标原点，以初速度v0方向(水平方向)为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向．(1)位移关系(2)速度关系(3)常用推论：①图中C点为水平位移中点；②tan θ＝2tan α.注意θ与α不是2倍关系．二、斜抛运动1．定义：将物体以初速度v0________或斜向下方抛出，物体只在________作用下的运动．如图所示．2．性质：斜抛运动是加速度为g的________曲线运动，运动轨迹是________．3．研究方法：运动的合成与分解(1)水平方向：________直线运动；(2)竖直方向：________直线运动．,生活情境1.一架投放救灾物资的飞机在受灾区域的上空水平地匀速飞行，从飞机上投放的救灾物资在落地前的运动中(不计空气阻力)(1)速度和加速度都在不断改变．( )(2)速度和加速度方向之间的夹角一直减小．( )(3)在相等的时间内速度的改变量相等．( )(4)在相等的时间内速率的改变量相等．( )(5)在相等的时间内动能的改变量相等．( )教材拓展2.(多选)为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图所示的装置进行实验．小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落，关于该实验，下列说法中正确的有( )A．两球的质量应相等B．两球应同时落地C．应改变装置的高度，多次实验D．实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动考点一平抛运动规律的应用用“化曲为直”的思想处理平抛运动中落点在水平面上的问题时，将研究对象抽象为质点平抛运动模型，处理平抛运动的基本方法是运动的分解(化曲为直)．即同时又要注意合运动与分运动的独立性、等时性．例1.[2021·河北卷，2]铯原子钟是精确的计时仪器．图1中铯原子从O点以100 m/s 的初速度在真空中做平抛运动，到达竖直平面MN所用时间为t1；图2中铯原子在真空中从P点做竖直上抛运动，到达最高点Q再返回P点，整个过程所用时间为t2.O点到竖直平面MN、P点到Q点的距离均为0.2 m．重力加速度取g＝10m.则t1∶t2为( )s2A．100∶1 B．1∶100跟进训练1.在高空中匀速飞行的轰炸机，每隔时间t投放一颗炸弹，若不计空气阻力，则投放的炸弹在空中的位置是选项中的(图中竖直的虚线将各图隔离)( )2．[2022·陕西五校联考]墙网球又叫壁球，场地类似于半个网球场，如图所示，在场地一侧立有一竖直墙壁，墙壁上离地面一定高度的位置画了水平线(发球线)，在发球区发出的球必须击中发球线以上位置才有效，假设运动员在某个固定位置将球发出，发球速度(球离开球拍时的速度)方向与水平面的夹角为θ，球击中墙壁位置离地面的高度为h，球每次都以垂直墙壁的速度撞击墙壁，设球撞击墙壁的速度大小为v，球在与墙壁极短时间的撞击过程中无机械能损失，球撞到墙壁反弹后落地点到墙壁的水平距离为x，不计空气阻力，球始终在与墙壁垂直的平面内运动，则下列说法正确的是( )A．h越大，x越大B．v越小，x越大C．h越大，θ越大 D．v越大，h越大考点二平抛运动与各种面结合问题角度1落点在斜面上分解位移，构建位移三例2. [2022·江西八校联考](多选)如图所示，小球A从斜面顶端水平抛出，落在斜面上的Q点，在斜面底端P点正上方水平抛出小球B，小球B也刚好落在斜面上的Q点，B球，A、B 抛出点离斜面底边的高度是斜面高度的一半，Q点到斜面顶端的距离是斜面长度的23两球均可视为质点，不计空气阻力，则A、B两球( )A．平抛运动的时间之比为2∶1B．平抛运动的时间之比为3∶1C．平抛运动的初速度之比为1∶2D．平抛运动的初速度之比为1∶1角度2落点在曲面上例3. [2022·浙江温州一模]如图所示为某种水轮机的示意图，水平管出水口的水流速度恒定为v 0，当水流冲击到水轮机上某挡板时，水流的速度方向刚好与该挡板垂直，该档板的延长线过水轮机的转轴O ，且与水平方向的夹角为30°.当水轮机圆盘稳定转动后，挡板的线速度恰为冲击该挡板的水流速度的一半．忽略挡板的大小，不计空气阻力，若水轮机圆盘的半径为R ，则水轮机圆盘稳定转动的角速度大小为( )A.v 02R B ．v0RC ．√3v 0RD ．2v 0R跟进训练.3 [2022·浙江名校统测]如图所示，水平地面有一个坑，其竖直截面为y ＝kx 2的抛物线(k ＝1，单位为m －1)，ab 沿水平方向，a 点横坐标为－3s2，在a 点分别以初速度v 0、2v 0(v 0未知)沿ab 方向抛出两个石子并击中坑壁，且以v 0、2v 0抛出的石子做平抛运动的时间相等．设以v 0和2v 0抛出的石子做平抛运动的时间为t ，击中坑壁瞬间的速度分别为v 1和v 2，下落高度为H ，仅s 和重力加速度g 为已知量，不计空气阻力，则(选项中只考虑数值大小，不考虑单位)( )A ．不可以求出tB ．可求出t 的大小为 √4sg C ．可以求出v 1的大小为 √3g+16gs 24D ．可求出H 的大小为2s 2考点三 生活中的平抛运动(STSE 问题)素养提升情境1投篮游戏[2021·新疆第二次联考]如图甲所示，投篮游戏是小朋友们最喜欢的项目之一，小朋友站立在水平地面上双手将皮球水平抛出，皮球进入篮筐且不擦到篮筐就能获得一枚小红旗．如图乙所示，篮筐的半径为R，皮球的半径为r，篮筐中心和出手处皮球的中心高度为h1和h2，两中心在水平地面上的投影点O1、O2之间的距离为d.忽略空气的阻力，已知重力加速度为g.设出手速度为v，要使皮球能入筐，则下列说法中正确的是( )A．出手速度大的皮球进筐前运动的时间也长B．速度v只能沿与O1O2连线平行的方向C．速度v的最大值为(d＋R－r)√g2(h2−h1)D．速度v的最小值为(d－R＋r)√2gh2−h1[思维方法]1．处理平抛运动中的临界问题要抓住两点(1)找出临界状态对应的临界条件；(2)用分解速度或者分解位移的思想分析平抛运动的临界问题．2．平抛运动临界极值问题的分析方法(1)确定研究对象的运动性质；(2)根据题意确定临界状态；(3)确定临界轨迹，画出轨迹示意图；(4)应用平抛运动的规律结合临界条件列方程求解．情境2农林灌溉农林灌溉需要扩大灌溉面积，通常在水管的末端加上一段尖管，示意图如图所示，尖管，尖管水平，不考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是( )的直径是水管直径的13A．由于增加尖管，单位时间的出水量增加2倍B．由于增加尖管，水平射程增加3倍C．增加尖管前后，空中水的质量不变D．由于增加尖管，水落地时的速度大小增加8倍情境3海鸥捕食[2021·山东卷，16] 海鸥捕到外壳坚硬的鸟蛤(贝类动物)后，有时会飞到空中将它丢下，利用地面的冲击打碎硬壳．一只海鸥叼着质量m＝0.1 kg的鸟蛤，在H＝20 m的高度、，以v0＝15 m/s的水平速度飞行时，松开嘴巴让鸟蛤落到水平地面上．取重力加速度g＝10ms2忽略空气阻力．(1)若鸟蛤与地面的碰撞时间Δt ＝0.005 s ，弹起速度可忽略，求碰撞过程中鸟蛤受到的平均作用力的大小F ；(碰撞过程中不计重力)(2)在海鸥飞行方向正下方的地面上，有一与地面平齐、长度L ＝6 m 的岩石，以岩石左端为坐标原点，建立如图所示坐标系．若海鸥水平飞行的高度仍为20 m ，速度大小在15～17 m/s 之间，为保证鸟蛤一定能落到岩石上，求释放鸟蛤位置的x 坐标范围．第2讲 抛体运动的规律及应用必备知识·自主排查一、 1．重力 2．匀变速3．(1)匀速 (2)自由落体 4．(1)12gt 2√x 2+y 2yx(2)√v x 2+v y 2 v y v x二、1．斜向上方 重力 2．匀变速 抛物线 3．(1)匀速 (2)匀变速生活情境1．(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× 教材拓展2．解析：根据合运动与分运动的等时性和独立性特点可知，两球应同时落地，为减小实验误差，应改变装置的高度，多次做实验，选项B 、C 正确；平抛运动的实验与小球的质量无关，选项A 错误；此实验只能说明A 球在竖直方向做自由落体运动，选项D 错误．答案：BC关键能力·分层突破例1 解析：设距离d ＝0.2 m ，铯原子做平抛运动时有d ＝v 0t 1，做竖直上抛运动时有d ＝12g (t 22)2，解得t 1t 2＝1200.故A 、B 、D 错误，C 正确．答案：C1．解析：由题意可知，炸弹被投放后做平抛运动，它在水平方向上做匀速直线运动，与飞机速度相等，所以所有离开飞机的炸弹与飞机应在同一条竖直线上，故A 、C 错误；炸弹在竖直方向上做自由落体运动，从上至下，炸弹间的距离越来越大．故B 正确，D 错误．答案：B 2．解析：将球离开球拍后撞向墙壁的运动反向视为平抛运动，该平抛运动的初速度大小为v ，反弹后球做平抛运动的初速度大小也为v ，两运动的轨迹有一部分重合，运动员在某个固定位置发球，因此不同的发球速度对应击中墙壁的不同高度h ，但所有轨迹均经过发球点，如图所示，h 越大，球从发球点运动到击墙位置的运动时间越长，墙壁到发球点的水平位移x ′相同，则v 越小，由图可知，反弹后球做平抛运动的水平位移x 越小，选项A 、B 、D 错误；设球击中墙壁的位置到发球点的高度为h ′，由平抛运动的推论可知2h ′x ′＝tan θ，则h ′越大，即h 越大，θ越大，选项C 正确．答案：C例2 解析：依题意及几何关系可知，小球A 下落的高度为斜面高度的23，小球B 下落高度为斜面高度的12再减去斜面高度的13，则根据公式h ＝12gt 2，可知A 、B 两球平抛运动时间之比为tA tB ＝2，选项A 正确，B 错误；两小球在水平方向做匀速直线运动，有x ＝v 0t ，小球A水平分位移为斜面宽度的23，小球B 水平分位移为斜面宽度的13，代入上式联立可得v 0A v 0B＝1，选项C 错误，D 正确．答案：AD 例3 解析：由几何关系可知，水流冲击挡板时，水流的速度方向与水平方向成60°角，则有vy v 0＝tan 60°，所以水流速度为v ＝√v 02+v y2 ＝2v 0，根据题意知被冲击后的挡板的线速度为v ′＝12v ＝v 0，所以水轮机圆盘稳定转动的角速度大小为ω＝v ′R＝v0R，选项B 正确．答案：B3．解析：由题可知，两个石子做平抛运动，运动时间一样，则下落的高度H 一样，又因为落在抛物线上，a 、b 是关于y 轴对称的点，可得如下关系3s 2－v 0t ＝2v 0t －3s2，可得v 0t ＝s ，可分别得出落在坑壁上两个石子的横坐标分别为－s 2和s2，由y ＝kx 2，可得初始高度为9s 24，可求得此时高度为s 24，所以利用高度值差可求得H ＝2s 2，由H ＝12gt 2可求出平抛运动的运动时间t ＝ √2Hg ＝2s √1g ，故选项D 正确，A 、B 错误；由前面可求出v 0＝st ＝√g2，竖直方向上的速度v y ＝gt ＝2s √g ，由运动的合成可得v 1＝√v 02+v y2 ＝√g+16gs 24，故选项C 错误．答案：D情境1 解析：本题考查平抛，属于应用性题．平抛运动的时间由下落的高度决定，则进筐的皮球运动时间相同，A 错误；与O 1O 2连线方向成一个合适的角度投出的皮球也可能进筐，B 错误；皮球沿与O 1O 2连线平行的方向投出，下落的高度为h 2－h 1，水平射程临界分别为d ＋R －r 和d ＋r －R ，则投射的最大速度为v max ＝√2(h 2−h 1)g＝(d ＋R －r ) √g2(h 2−h 1)最小速度为v min ＝√2(h 2−h 1)g＝(d －R ＋r ) √g2(h 2−h 1)C 正确，D 错误． 答案：C情境2 解析：单位时间的出水量与单位时间输入水管的量有关，与是否增加尖管无关，选项A 错误；设尖管中水的流速为v 0，水管中水的流速为v ，水管的半径为r ，根据相同时间Δt 内水的流量相同可得，π(r3)2v 0Δt ＝πr 2v Δt ，得水管、尖管中水的流速之比为v v 0＝19，根据平抛运动规律，有h ＝12gt 2，增加尖管后水平射程x 0＝v 0t ＝v 0√2hg ，不加尖管时水平射程x ＝vt ＝v √2hg，可得xx 0＝19，Δx ＝x 0－x ＝8x ，故由于增加尖管，水平射程增加8倍，选项B 错误；不加尖管时，空中水的质量m ＝ρπr 2x ，加尖管时空中水的质量为m 0＝ρ·π(r 3)2·x 0＝πρr 2x ，则m ＝m 0，选项C 正确；由动能定理有mgh ＝12mv 12－12mv 2、m 0gh ＝12m 0v −2212m 0v 02，解得增加尖管前后水落地时的速度分别为v1＝√2g ℎ+v 2、v2＝√2g ℎ+v 02 ，v 2−v 1v 1≠8，选项D 错误．答案：C情境3 解析：(1)设平抛运动的时间为t，鸟蛤落地前瞬间的速度大小为v.竖直方向gt2，v y＝gt，v＝√v02+v y2.分速度大小为v y，根据运动的合成与分解得H＝12在碰撞过程中，以鸟蛤为研究对象，取速度v的方向为正方向，由动量定理得－FΔt ＝0－mv联立并代入数据得F＝500 N(2)若释放鸟蛤的初速度为v1＝15 m/s，设击中岩石左端时，释放点的x坐标为x1，击中岩石右端时，释放点的x坐标为x2，则有x1＝v1t，x2＝x1＋L联立并代入数据得x1＝30 m，x2＝36 m若释放鸟蛤时的初速度为v2＝17 m/s，设击中岩石左端时，释放点的x坐标为x′1，击中岩石右端时，释放点的x坐标为x′2，则有x′1＝v2t，x′2＝x′1＋L联立并代入数据得x′1＝34 m，x′2＝40 m综上得x坐标范围为[34 m，36 m].。
(浙江专版)高考物理一轮复习第4章曲线运动万有引力与航天10第四节万有引力与航天课件新人教版
想一想 (1)如图所示的球体是均匀球体，其中缺少了一规则球形部 分，如何求球体剩余部分对质点 P 的引力？
(2)两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大吗？
提示：(1)求球体剩余部分对质点 P 的引力时，应用“挖补 法”，先将挖去的球补上，然后分别计算出补后的大球和挖 去的小球对质点 P 的引力，最后再求二者之差就是阴影部分 对质点 P 的引力． (2)不是．当两物体无限接近时，不能再视为质点．
3．适用条件：严格地说，公式只适用于____质__点______间的相 互作用，当两个物体间的距离___远__大__于_____物体本身的大小 时，物体可视为质点．均匀的球体可视为质点，其中 r 是 ___两__球__心_____间的距离．一个均匀球体与球外一个质点间的 万有引力也适用，其中 r 为____球__心______到质点间的距离．
【自我诊断】 判一判 (1)所有物体之间都存在万有引力．( √ ) (2)地面上的物体所受地球的引力方向一定指向地心．( √ ) (3) 两 物 体 间 的 距 离 趋 近 于 零 时 ， 万 有 引 力 趋 近 于 无 穷 大．( × ) (4)第一宇宙速度的大小与地球质量有关．( √ ) (5)同步卫星可以定点在北京市的正上方．( × ) (6)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度．( √ )
四、经典力学的时空观和相对论时空观 1．经典时空观 (1)在经典力学中，物体的质量是不随____速__度______的改变而 改变的． (2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测 量结果在不同的参考系中是____相__同______的．
练习22万有引力与航天之功和能问题-2021年高考物理一轮复习习题课(必修2)
万有引力与航天习题课--功和能问题练习1．我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。
如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比()A．卫星动能增大，引力势能减小B．卫星动能增大，引力势能增大C．卫星动能减小，引力势能减小D．卫星动能减小，引力势能增大2．（多选）卫星在某一轨道上绕地球做圆周运动，由于受稀薄大气阻力的影响，卫星的绕行高度缓慢降低，对此下列说法正确的是()A．卫星运行的动能增大，机械能减小B．卫星运行的动能减小，机械能减小C．空气阻力做的功与卫星机械能的变化大小相等D．地球引力做的功与卫星机械能的变化大小相等3．“天宫一号”与“神舟十号”对接前需要从距离地面约362千米的近似圆轨道，自然降到约343千米的交会对接轨道，假设“天宫一号”从362千米的近似圆轨道下降到343千米的圆轨道的过程中，没有开动发动机。
则下列说法正确的是()A．“天宫一号”的运行周期将增大B．“天宫一号”运行的加速度将减小C．“天宫一号”的动能将增大D．“天宫一号”的机械能将增大4．(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ，20)目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。
若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是()A．卫星的动能逐渐减小B．由于地球引力做正功，引力势能一定减小C．由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D．卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小5．(多选)如图所示，两星球相距为L，质量比为m A∶m B＝1∶9，两星球半径远小于L.从星球A沿A、B连线向B以某一初速度发射一探测器．只考虑星球A、B对探测器的作用，下列说法正确的是()A．探测器的速度一直减小B ．探测器在距星球A 为L 4处加速度为零C ．若探测器能到达星球B ，其速度可能恰好为零D ．若探测器能到达星球B ，其速度一定大于发射时的初速度 6、某卫星在半径为r 的轨道1上做圆周运动，动能为E k ，变轨到轨道2上后，动能比在轨道1上减小了ΔE ，在轨道2上也做圆周运动，则轨道2的半径为( )A.E k E k －ΔE rB.E k ΔE rC.ΔE E k －ΔE rD.E k －ΔE ΔEr 7、[2014·山东卷] 2013年我国相继完成“神十”与“天宫”对接、“嫦娥”携“玉兔”落月两大航天工程．某航天爱好者提出“玉兔”回家的设想：如图所示，将携带“玉兔”的返回系统由月球表面发射到h 高度的轨道上，与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接，然后由飞船送“玉兔”返回地球．设“玉兔”质量为m ，月球半径为R ，月面的重力加速度为g 月．以月面为零势能面，“玉兔”在h 高度的引力势能可表示为E p ＝GMmh R （R ＋h ），其中G 为引力常量，M 为月球质量．若忽略月球的自转，从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功为( )A.mg 月R R ＋h (h ＋2R )B.mg 月R R ＋h(h ＋2R ) C.mg 月R R ＋h ⎝⎛⎭⎫h ＋22R D.mg 月R R ＋h ⎝⎛⎭⎫h ＋12R 8、[2013·安徽卷] 质量为m 的人造地球卫星与地心的距离为r 时，引力势能可表示为E p ＝－GMm r，其中G 为引力常量，M 为地球质量．该卫星原来在半径为R 1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R 2，此过程中因摩擦而产生的热量为( )A ．GMm(1R 2－1R 1)B ．GMm(1R 1－1R 2) C.GMm 2(1R 2－1R 1) D.GMm 2(1R 1－1R 2) 9．(2019·湖北省宜昌市调研)2013年我国相继完成“神十”与“天宫”对接、“嫦娥”携“玉兔”落月两大航天工程．某航天爱好者提出“玉兔”回家的设想：如图5，将携带“玉兔”的返回系统由月球表面发射到h 高度的轨道上，与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接，然后由飞船送“玉兔”返回地球．设“玉兔”质量为m ，月球半径为R ，月球表面的重力加速度为g 月．以月球表面为零势能面，“玉兔”在h 高度的引力势能可表示为E p ＝mg 月Rh R ＋h.若忽略月球的自转，求：(1)“玉兔”在h高度的轨道上的动能；(2)从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功．10、设想宇航员完成了对火星表面的科学考察任务，乘坐返回舱返回围绕火星做圆周运动的轨道舱，如图所示．为了安全，返回舱与轨道舱对接时，必须具有相同的速度．求该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得多少能量，才能返回轨道舱？已知：返回过程中需克服火星引力做功W＝mgR（1一R/r），返回舱与人的总质量为m，火星表面重力加速度为g，火星半径为R，轨道舱到火星中心的距离为r；不计火星表面大气对返回舱的阻力和火星自转的影响．万有引力与航天习题课--功和能问题练习答案1．我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。
【精选资料】届高考物理一轮复习 第4章 第4单元万有引力与航天定时跟踪检测 新人教版 Word版含解析
2014届高考物理一轮复习定时跟踪检测：第4章 第4单元《万有引力与航天》（人教版）(时间：45分钟 满分：100分)一、选择题(每小题7分，共70分)1．[2012·广东]如图所示，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 ．角速度小解析：结合GMm R 2＝mv 2R ＝m ω2R ＝m (2πT)2R ，可判断飞船在2轨道上速度小，动能小，向心力小，向心加速度小，周期长，角速度小，正确选项为CD.答案：CD2．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是( ) A ．第一宇宙速度又叫最大环绕速度 B ．第一宇宙速度又叫脱离速度 C ．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D ．第一宇宙速度跟地球的半径无关解析：第一宇宙速度又叫最大环绕速度，故A 正确、B 错误；根据牛顿第二定律有G mM R 2＝m v 2R，得v ＝GMR，其中，M 为地球质量，R 为地球半径，故C 、D 错误． 答案：A3．[2012·江苏]2011年8月，“嫦娥二号”成功进入了绕“日地拉格朗日点”的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家，如图所示，该拉格朗日点位于太阳与地球连线的延长线上，一飞行器位于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的( )A ．线速度大于地球的线速度B ．向心加速度大于地球的向心加速度C ．向心力仅由太阳的引力提供D ．向心力仅由地球的引力提供解析：根据v＝ωr，A正确；根据a＝ω2r，B正确，向心力由太阳和地球的引力的合力提供，C、D错误．答案：AB4．2012年6月18日，搭载中国首位飞天神女刘洋的“神舟九号”飞船，与“天宫一号”飞行器实现了自动对接，对接时飞船为了追上“天宫一号”()A．只能从较低轨道上加速B．只能从较高轨道上加速C．只能从与“天宫一号”在同一高度的轨道上加速D．无论在什么轨道上，只要加速都行解析：本题考查万有引力提供向心力的情况．在原来轨道上有向心力F n＝F＝m v2R，万有引力F提供向心力，当飞船从低轨道上加速时，v变大，向心力F n＝m v2R变大，那么万有引力F小于F n，飞船将做离心运动，正好由低轨道到达高轨道，实现飞船与“天宫一号”的安全对接，故只有A项对．答案：A5．[2012·北京]关于环绕地球运动的卫星，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解析：所有的同步卫星都在同一个赤道上空轨道上运动，C错误；沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星它们的运行轨道面与赤道面的夹角可以不同，它们的轨道平面就不会重合，D错误；分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，可能具有相同的周期，A错误；沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道的关于长轴对称的两个位置的速率相等，所以在轨道不同位置可能具有相同的速率是正确的．答案：B6．我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为T1＝12 h；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面在赤道平面内，周期为T2＝24 h；两颗卫星相比( )A．“风云一号”离地面较高B．“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大C．“风云一号”线速度较大D．若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空解析：因T 1<T 2由T ＝4π2r3GM可得r 1<r 2，A 错；由于“风云一号”的轨道半径小，所以每一时刻可观察到地球表面的范围较小，B 错；由v ＝GMr可得v 1>v 2，C 正确；由于T 1＝12 h ，T 2＝24 h ，则需再经过24 h 才能再次同时到达该小岛上空，D 错．答案：C7．同步卫星离地心距离为r ，运行速率为v 1，加速度为a 1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a 2，第一宇宙速度为v 2，地球半径为R ，则下列比值正确的为( )A.a 1a 2＝r RB.a 1a 2＝(R r)2C.v 1v 2＝r RD.v 1v 2＝R r解析：设地球质量为M ，同步卫星质量为m 1，地球赤道上的物体质量为m 2，在地球表面运行的物体质量为m 3，由于地球同步卫星周期与地球自转周期相同，则a 1＝r ω21，a 2＝R ω22，ω1＝ω2.所以a 1a 2＝r R ，故A 选项正确．依据万有引力定律和向心力表达式可得：对m 1：G Mm 1r 2＝m 1v 21r，所以v 1＝GMr① 对m 3：G Mm 3R 2＝m 3v 22R，所以v 2＝GMR② ①式除以②式得：v 1v 2＝Rr，故D 选项正确． 答案：AD8．[2013·重庆二诊]如图所示，A 为静止于地球赤道上的物体，B 为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，C 为绕地球做圆周运动的卫星，P 为B 、C 两卫星轨道的交点．已知A 、B 、C 绕地心运动的周期相同，相对于地心，下列说法中正确的是( )A ．物体A 和卫星C 具有相同大小的线速度B ．物体A 和卫星C 具有相同大小的加速度C ．卫星B 在P 点的加速度与卫星C 在该点的加速度一定相同D ．卫星B 在P 点的线速度与卫星C 在该点的线速度一定相同解析：物体A 和卫星B 、C 周期相同，故物体A 和卫星C 角速度相同，但半径不同，根据v ＝ωR 可知二者线速度不同，A 项错；根据a ＝R ω2可知，物体A 和卫星C 向心加速度不同，B 项错；根据牛顿第二定律，卫星B 和卫星C 在P 点的加速度a ＝GM r2，故两卫星在P 点的加速度相同，C 项正确；卫星C 做匀速圆周运动，万有引力完全提供向心力，卫星B 轨道为椭圆，故万有引力与卫星C 所需向心力不相等，二者线速度一定不相等，D 项错．答案：C9．某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变，某次测量卫星的轨道半径为r 1，后来变为r 2(r 2<r 1)，用E k1、E k2表示卫星在这两个轨道上的动能，T 1、T 2表示卫星在这两个轨道上的运行周期，则( )A ．E k2<E k1，T 2<T 1B ．E k2<E k1，T 2>T 1C ．E k2>E k1，T 2<T 1D ．E k2>E k1，T 2>T 1解析：由G Mm r 2＝m v 2r 可得v ＝GMr， 又因为E k ＝12mv 2＝GMm 2r ，则E k ∝1r ，所以E k2>E k1，又由G Mmr2＝mr (2πT)2得T ＝4π2r3GM，则T ∝r 3，所以T 2<T 1，故应选C.答案：C10．[2013·陕西省陕师大附中高三上学期期中试题]随着世界航空事业的发展，深太空探测已逐渐成为各国关注的热点．假设：深太空中有一颗外星球，质量是地球质量的2倍，半径是地球半径的一半．则下列判断正确的是( )A ．该外星球的同步卫星周期一定小于地球同步卫星周期[B ．某物体在该外星球表面上所受重力是在地球表面上所受重力的8倍C ．该外星球上第一宇宙速度是地球上第一宇宙速度的2倍D ．绕该外星球的人造卫星和以相同轨道半径绕地球的人造卫星运行速度相同解析：外星球的同步卫星周期等于外星球的自转周期，地球同步卫星的周期等于地球的自转周期，根据题中条件，无法比较外星球与地球的自转周期大小，所以选项A 错误；根据题意，有M 外M 地＝2，r 外r 地＝12；根据G Mm r 2＝mg 可得g ＝G M r 2，所以mg 外mg 地＝g 外g 地＝M 外M 地·r 2地r 2外＝2×22＝8，选项B 正确；根据G Mm r2＝mv 2r 可得v ＝GM r (第一宇宙速度)所以v 外v 地＝M 外M 地·r 地r 外＝2×2＝2，选项C 正确；设绕该外星球的人造卫星的轨迹半径为R ，则其运行线速度v 外＝GM 外R，同理可求出，轨道半径也为R 的人造地球卫星运行的线速度v 地＝GM 地R，可见，它们并不相同，选项D 错误． 答案：BC二、非选择题(共30分)11．(14分)某物体在地面上受到的重力为160 N，将它放在卫星中，在卫星以加速度a＝12g随火箭向上加速上升的过程中，当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为90 N时，求此时卫星距地球表面的高度．(地球半径R＝6.4×103 km，g＝10 m/s2)解析：设卫星随火箭上升离地球表面的高度为h，火箭上物体受支持物的支持力为F N，重力为mg′，根据牛顿第二定律得：F N－mg′＝ma在高h处物体的重力为GMmR＋h2＝mg′物体在地球表面时物体的重力为G MmR2＝mg由以上各式得F N－mgR2R＋h2＝ma解得卫星距地球表面的高度为h＝(mgF N－ma－1)R＝(16090－16×5－1)×6.4×103 km＝1.92×104 km.答案：1.92×104 km12．[2013·浙江省杭州市高三第一次教学质量检测试题](16分)质量为m的物体放在地球赤道上随地球自转，物体对地面的压力大小为F N，已知地球的半径为R，自转周期为T，引力常量为G，某同学根据以上信息求得地球的质量M，他的求解过程如下：G MmR2＝mR(2πT)2，M＝4π2R3GT2，则：(1)请判断该同学的计算过程和结果是否正确？(2)若你认为正确请说明理由，若你认为不正确请写出正确的解答．解析：(1)不正确．(2)因为在地球赤道上的物体受到的作用力有两个，万有引力和地面对物体的作用力F N，物体所受的合力为G MmR2－F N；而在GMmR2＝mR(2πT)2中漏了F N，故不正确．正确的解法为：根据G MmR2－F N＝mR(2πT)2解得：M＝R2[F N＋mR2πT2]Gm.。
高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力定律(第4课时)课时作业(含解析)-人教版高三全册物理试
课时作业【根底练习】一、天体质量的估算1．(多项选择)我国将于2017年11月发射“嫦娥五号〞探测器，假设“嫦娥五号〞到达月球后，先绕月球外表做匀速圆周运动，然后择机释放登陆器登陆月球．“嫦娥五号〞绕月球飞行的过程中，在较短时间t 内运动的弧长为s ，月球半径为R ，引力常量为G ，如此如下说法正确的答案是( )A ．“嫦娥五号〞绕月球运行一周的时间是πRtsB ．“嫦娥五号〞的质量为s 2R Gt2C ．“嫦娥五号〞绕月球运行的向心加速度为s 2t 2RD ．月球的平均密度为3s24πGR 2t2CD 解析：因绕月球外表做匀速圆周运动的“嫦娥五号〞在较短时间t 内运动的弧长为s ，可知其线速度为v ＝st，所以其运行一周的时间为T ＝2πRts，选项A 错误；天体运动中只能估算中心天体质量而无法估算环绕天体质量，选项B 错误；由a ＝v 2R 知a ＝s 2t 2R，选项C 正确；根据万有引力提供向心力有G Mm R 2＝m v 2R ，再结合M ＝ρ·43πR 3可得ρ＝3s24πGR 2t2，选项D 正确． 2．(2018漯河二模)宇航员站在某一星球外表h 高处，以初速度v 0沿水平方向抛出一个小球，经过时间t 后小球落到星球外表，该星球的半径为R ，引力常量为G ，如此该星球的质量为( )A.2hR2Gt 2B.2hR2GtC.2hRGt2D.Gt 22hR2 A 解析：设该星球的质量为M 、外表的重力加速度为g ，在星球外表有mg ＝GMmR 2，小球在星球外表做平抛运动，如此h ＝12gt 2.由此得该星球的质量为M ＝2hR2Gt2.二、卫星运行参量的分析与计算3．(2015山东理综)如图，拉格朗日点L 1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以一样的周期绕地球运动．据此，科学家设想在拉格朗日点L 1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动．以a 1，a 2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a 3表示地球同步卫星向心加速度的大小．以下判断正确的答案是( )A ．a 2＞a 3＞a 1B ．a 2＞a 1＞a 3C ．a 3＞a 1＞a 2D ．a 3＞a 2＞a 1D 解析：地球同步卫星受月球引力可以忽略不计，地球同步卫星轨道半径r 3、空间站轨道半径r 1、月球轨道半径r 2之间的关系为r 2>r 1>r 3，由GMm r 2＝ma 知，a 3＝GM r 23，a 2＝GMr 22，所以a 3>a 2；由题意知空间站与月球周期相等，由a ＝(2πT)2r ，得a 2>a 1.因此a 3>a 2>a 1，D 正确．4．(2014浙江理综)长期以来“卡戎星(Charon)〞被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r 1＝19 600 km ，公转周期T 1＝6.39天.2006年3月，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r 2＝48 000 km ，如此它的公转周期T 2最接近于( )A ．15天B ．25天C ．35天D ．45天B 解析：由开普勒第三定律可知r 31T 21＝r 32T 22，得出T 2＝r 32T 21r 31＝〔4.8×107〕3×6.392〔1.96×107〕3天≈25天，应当选项B 正确．5．(2017广东华南三校联考，19)(多项选择)石墨烯是目前世界上的强度最高的材料，它的发现使“太空电梯〞的制造成为可能，人类将有望通过“太空电梯〞进入太空．设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯，电梯顶端可超过地球的同步卫星A 的高度延伸到太空深处，这种所谓的太空电梯可用于降低本钱发射绕地人造卫星．如下列图，假设某物体B 乘坐太空电梯到达了图示的位置并停在此处，与同高度运行的卫星C 相比拟( )A ．B 的线速度大于C 的线速度 B ．B 的线速度小于C 的线速度C ．假设B 突然脱离电梯，B 将做离心运动D ．假设B 突然脱离电梯，B 将做近心运动BD 解析：A 和C 两卫星相比，ωC ＞ωA ，而ωB ＝ωA ，如此ωC ＞ωB ，又据v ＝ωr ，r C＝r B ，得v C ＞v B ，故B 项正确，A 项错误．对C 星有GMm C r 2C ＝m C ω2C r C ，又ωC ＞ωB ，对B 星有G Mm B r 2B＞m B ω2B r B ，假设B 突然脱离电梯，B 将做近心运动，D 项正确，C 项错误．6．(2014江苏卷，2)地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，如此航天器在火星外表附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )A ．3.5 km/sB ．5.0 km/sC ．17.7 km/sD ．35.2 km/sA 解析：由万有引力提供向心力可得：G Mm r 2＝m v 2r，在行星外表运行时有r ＝R ，如此得v＝GMR ∝M R ，因此v 火v 地＝M 火M 地×R 地R 火 ＝110×2＝55，又由v 地＝7.9 km/s ，故v 火≈3.5 km/s ，应当选A 正确．三、卫星变轨问题分析7．(2017湖南长沙三月模拟，20)(多项选择)暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命．为了探测暗物质，我国在2015年12月17日成功发射了一颗被命名为“悟空〞的暗物质探测卫星．“悟空〞在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间t (t 小于其运动周期)，运动的弧长为s ，与地球中心连线扫过的角度为β(弧度)，引力常量为G ，如此如下说法中正确的答案是( )A ．“悟空〞的线速度大于第一宇宙速度B ．“悟空〞的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C ．“悟空〞的环绕周期为2πtβD. “悟空〞的质量为s 3Gt 2βBC 解析：“悟空〞的线速度小于第一宇宙速度，A 错误．向心加速度a ＝GM r2，因r 悟空<r同，如此a 悟空>a 同，B 正确．由ω＝βt ＝2πT ，得“悟空〞的环绕周期T ＝2πtβ，C 项正确．由题给条件不能求出悟空的质量，D 错误．关键点拨 第一宇宙速度是卫星最小的发射速度，是最大的环绕速度．卫星做匀速圆周运动时ω＝2πT ＝βt.8．(2019哈尔滨师范大学附中)卫星 信号需要通过地球同步卫星传送，地球半径为r ，无线电信号传播速度为c ，月球绕地球运动的轨道半径为60r ，运行周期为27天。
高考物理大一轮复习 第4章 第4讲 万有引力与航天精练(含解析)-人教版高三全册物理试题
第4讲 万有引力与航天◎根底巩固练1．某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的19，设月球绕地球运动的周期为27天，如此此卫星的运转周期大约是( )A.19天B.13天 C ．1天D ．9天解析： 由于r 卫＝19r 月，T 月＝27天，由开普勒第三定律可得r 3卫T 2卫＝r 3月T 2月，如此T 卫＝1天，故C 正确。
答案： C 2.如下列图是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，如下说法正确的答案是( )A ．线速度v A <vB <vC B ．万有引力F A >F B >F C C ．角速度：ωA >ωB >ωCD ．向心加速度a A <a B <a C解析： 因为卫星的质量大小关系不知，所以卫星的万有引力大小关系无法判断，B 错误；卫星绕地球做圆周运动，有G Mm r 2＝m v 2r ＝mrω2＝ma 向，得v ＝GMr ，ω＝GM r 3，a 向＝GMr2，由于r A <r B <r C ，如此v A >v B >v C ，ωA >ωB >ωC ，a A >a B >a C ，故A 、D 错误，C 正确。
答案： C3．(多项选择)美国宇航局发射的“好奇号〞火星车发回的照片显示，火星外表曾经有水流过，使这颗星球在人们的心目中更具吸引力。
火星的质量约为地球质量的19，火星的半径约为地球半径的12。
如下关于人类发射的关于火星探测器的说法正确的答案是( )A ．发射速度只要大于第一宇宙速度即可B ．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C ．发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度D ．火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的23解析： 根据三个宇宙速度的意义，可知选项A 、B 错误，选项C 正确；M 火＝M 地9，R火＝R 地2，如此v 火v 地＝GM 火R 火∶GM 地R 地＝23，选项D 正确。
物理一轮复习课时作业 1.13万有引力与航天(人教版必修2)
2012届物理一轮复习课时作业1.13万有引力与航天一、单项选择题1．下列关于离心现象的说法中正确的是( ) A ．当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象B ．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将做背离圆心的圆周运动C ．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿切线做直线运动D ．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做曲线运动 答案：C2. 如图所示，物块在水平圆盘上，与圆盘一起绕固定轴匀速运动，下列说法中正确的是( )A ．物块处于平衡状态B ．物块受三个力作用C ．在角速度一定时，物块到转轴的距离越远，物块越不容易脱离圆盘D ．在物块到转轴距离一定时，物块运动周期越小，越不容易脱离圆盘解析：选B.对物块受力分析可知，物块受竖直向下的重力、垂直圆盘向上的支持力及指向圆心的摩擦力共三个力作用，合力提供向心力，A 错，B 正确．根据向心力公式F ＝mr ω2可知，当ω一定时，半径越大，所需的向心力越大，越容易脱离圆盘；根据向心力公式F ＝mr (2πT)2可知，当物块到转轴距离一定时，周期越小，所需向心力越大，越容易脱离圆盘，C 、D 错误．3．(2011年宿州联考)如图是自行车传动结构的示意图，其中Ⅰ是半径为r 1的大齿轮，Ⅱ是半径为r 2的小齿轮，Ⅲ是半径为r 3的后轮，假设脚踏板的转速为n r/s ，则自行车前进的速度为( )A.πnr 1r 3r 2B.πnr 2r 3r 1C.2πnr 1r 3r 2 D.2πnr 2r 3r 1解析：选C.前进速度即为Ⅲ轮的线速度，由同一个轮上的角速度相等，同一条线上的线速度相等可得：ω1r 1＝ω2r 2，ω3＝ω2，再有ω1＝2πn ，v ＝ω3r 3，所以v ＝2πnr 1r 3r 2.4．如图所示，放置在水平地面上的支架质量为M ，支架顶端用细线拴着的摆球质量为m ，现将摆球拉至水平位置，而后释放，摆球运动过程中，支架始终不动，以下说法正确的是( )A ．在释放前的瞬间，支架对地面的压力为(m ＋M )gB ．在释放前的瞬间，支架对地面的压力为MgC ．摆球到达最低点时，支架对地面的压力为(m ＋M )gD ．摆球到达最低点时，支架对地面的压力为(2m ＋M )g 解析：选B.在释放前的瞬间绳拉力为零 对M ：F N1＝Mg ；当摆球运动到最低点时，由机械能守恒得mgR ＝mv 22①由牛顿第二定律得：F T －mg ＝mv 2R②由①②得绳对小球的拉力F T ＝3mg对支架M 由受力平衡，地面支持力F N ＝Mg ＋3mg由牛顿第三定律知，支架对地面的压力F N2＝3mg ＋Mg ，故选项B 正确．5．如图，光滑的水平轨道AB 与半径为R 的光滑的半圆形轨道BCD 相切于B 点，其中圆轨道在竖直平面内，B 为最低点，D 为最高点，一小球以一定的初速度沿AB 射入，恰能通过最高点，设小球在最高点D 的重力势能为零，则小球在B 点对轨道的压力F 与机械能E 的说法正确的是( )A ．F 与R 成正比B ．F 与R 无关C ．E 与R 成反比D ．E 与R 无关 答案：B6．半径为R 的光滑半圆球固定在水平面上，顶部有一小物体，如图所示．今给小物体一个水平初速度v 0＝gR ，则物体将( )A ．沿球面滑至M 点B ．先沿球面滑至某点N 再离开球面做斜下抛运动C ．按半径大于R 的新圆形轨道运动D ．立即离开半圆球做平抛运动解析：选D.在最高点时重力恰好满足需要的向心力，一旦向下运动速度变大，重力小于需要的向心力，故小物体与半圆球分离，即小物体立即离开半圆球做平抛运动．7．(2011年铜陵一中检测)图是磁带录音机的磁带盒的示意图，A 、B 为缠绕磁带的两个轮子，两轮的半径均为r ，在放音结束时，磁带全部绕到了B 轮上，磁带的外缘半径R ＝3r ，现在进行倒带，使磁带绕到A 轮上．倒带时A 轮是主动轮，其角速度是恒定的，B 轮是从动轮．经测定，磁带全部绕到A 轮上需要时间为t ，则从开始倒带到A 、B 两轮的角速度相等所需要的时间( )A ．等于t 2B ．大于t 2C ．小于t2 D ．等于t3解析：选B.A 的角速度是恒定的，但是A 的半径越来越大，根据v ＝ωr 可得v 在增大，所以一开始需要的时间比较长，B 项正确．8．如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，管道内侧壁半径为R ，小球半径为r ，则下列说法中正确的是( )A ．小球通过最高点时的最小速度v min ＝g R ＋rB ．小球通过最高点时的最小速度v min ＝0C ．小球在水平线ab 以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力D ．小球在水平线ab 以上的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力解析：选B.由于圆形管道可提供支持力，故小球通过最高点时的速度可以为零．小球在水平线ab 以下的管道中运动时，重力方向竖直向下，而向心力指向圆心，故内侧管壁不会对小球有作用力，而在水平线ab 以上的管道中运动时，如果小球的速度较小，如在最高点的速度v ≤gR ＋r 时，最高点的外侧管壁对小球无作用力，故B 正确，A 、C 、D 错误．9. 如图所示，一个内壁光滑的圆锥的轴线垂直于水平面，圆锥固定不动，两个质量相同的球A 、B 紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则( )A ．球A 的线速度必大于球B 的线速度 B ．球A 的角速度必大于球B 的角速度C ．球A 的运动周期必小于球B 的运动周期D ．球A 对筒壁的压力必大于球B 对筒壁的压力解析：选A.对A 有mg ·cot θ＝m v 2A R A ＝m ω2A ·R A对B 有mg ·cot θ＝m v 2B R B＝m ω2B ·R B由图知R A >R B得v A >v B ，ωA <ωB ，故A 正确，B 错误，又因为T ＝2πω，所以T A >T B ，又由受力情况知F N A＝F N B ＝mgsin θ，故C 、D 错误．10．(2011年安徽部分重点中学联考)如图所示，质量为m 的小球置于正方体的光滑盒子中，盒子的边长略大于球的直径．某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为R 的匀速圆周运动，已知重力加速度为g ，空气阻力不计，要使在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力，则( )A ．该盒子做匀速圆周运动的周期一定小于2π Rg B ．该盒子做匀速圆周运动的周期一定等于2πR gC ．盒子在最低点时盒子与小球之间的作用力大小可能小于2mgD ．盒子在最低点时盒子与小球之间的作用力大小可能大于2mg 解析：选B.在最高点时，盒子与小球之间恰好无作用力． 则mg ＝m 4π2R T2＝mv 2/R ，解得：T ＝2πR g， v ＝gR .在最低点时，F N －mg ＝mv 2/R .解得：F N ＝2mg 由此看出B 项正确． 二、计算题11．如图所示，一可视为质点的物体质量为m ＝1 kg ，在左侧平台上水平抛出，恰能无碰撞地沿圆弧切线从A 点进入光滑竖直圆弧轨道，并沿轨道下滑，A 、B 为圆弧两端点，其连线水平，O 为轨道的最低点．已知圆弧半径为R ＝1.0 m ，对应圆心角为θ＝106°，平台与AB 连线的高度差为h ＝0.8 m ．(重力加速度g ＝10 m/s 2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)求：(1)物体平抛的初速度；(2)物体运动到圆弧轨道最低点O 时对轨道的压力．解析：(1)由于物体无碰撞进入圆弧轨道，即物体落到A 点时速度方向沿A 点切线方向，则tan α＝v y v x ＝gtv 0＝tan53° 又由h ＝12gt 2联立以上各式得v 0＝3 m/s.(2)设物体到最低点的速度为v ，由机械能守恒，有 12mv 2－12mv 20＝mg [h ＋R (1－cos53°)] 在最低点，据牛顿第二定律，有F N －mg ＝m v 2R代入数据解得F N ＝43 N由牛顿第三定律可知，物体对轨道的压力为43 N. 答案：(1)3 m/s (2)43 N12. (2011年巢湖模拟)如图所示，水平转台高1.25 m ，半径为0.2 m ，可绕通过圆心处的竖直转轴转动．转台的同一半径上放有质量均为0.4 kg 的小物块A 、B (可看成质点)，A 与转轴间距离为0.1 m ，B 位于转台边缘处，A 、B 间用长0.1 m 的细线相连，A 、B 与水平转台间最大静摩擦力均为0.54 N ，g 取10 m/s 2.(1)当转台的角速度达到多大时细线上出现张力？ (2)当转台的角速度达到多大时A 物块开始滑动？(3)若A 物块恰好将要滑动时细线断开，此后转台保持匀速转动，求B 物块落地瞬间A 、B 两物块间的水平距离．(不计空气阻力，计算时取π＝3)解析：本题的关键是抓住临界状态，隔离物体，正确受力分析，在求水平位移时，一定搞清空间位置．(1)由F f ＝m ω2r 可知，B 先达到临界状态，故当满足F f m <m ω21r 时线上出现张力． 解得ω1＝F f m mr ＝323 rad/s. (2)当ω继续增大，A 受力也达到最大静摩擦力时，A 开始滑动，F f m －F T ＝m ω′2r /2，F f m ＋F T ＝m ω′2r ，得ω′＝4F f m3mr＝3 rad/s.(3)细线断开后，B 沿水平切线方向飞出做平抛运动 由h ＝12gt 2得t ＝0.5 s.v B ＝ωr ＝0.6 m/s ，可得B 的水平射程x B ＝v B t ＝0.3 m.细线断开后，A 相对静止于转台上，t 时间转过角度 θ＝ωt ＝1.5 rad 即90°， 故AB 间水平距离l x ＝x B －r 22＋r 2＝0.28 m.答案：见解析。
万有引力与航天 训练题——2023届高考物理一轮复习(word版含答案)
万有引力与航天 训练题一、选择题（本题共15个小题，每题5分，共75分）1、2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行。
若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是( )A.核心舱的质量和绕地半径B.核心舱的质量和绕地周期C.核心舱的绕地角速度和绕地周期D.核心舱的绕地线速度和绕地半径2、2021年6月17日，神舟十二号载人飞船顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空，随后与天和核心舱（空间站）进行对接，标志着中国人首次进入自己的空间站。
如图所示，若空间站在距地球表面高约430 km 的轨道上做匀速圆周运动，已知引力常量为11226.6710N m /kg G -=⋅ ⨯，地球半径约为6400 km ，则下列说法正确的是( )A.空间站的运行速度大于7.9 km/sB.空间站里所有物体的加速度均为零C.位于低轨道的飞船需减速才能与高轨道的空间站实现对接D.若已知空间站的运行周期，则可以估算出地球的平均密度3、如图甲所示，太阳系中有一颗“躺着”自转的蓝色“冷行星”——天王星，其周围存在着环状物质。
为了测定环状物质是天王星的组成部分，还是环绕该行星的卫星群，假设“中国天眼”对其做了精确的观测，发现环状物质线速度的二次方2v 与其到行星中心的距离的倒数1r - 关系如图乙所示。
已知天王星的半径为0r ，引力常量为G ，以下说法正确的是( )A.环状物质是天王星的组成部分B.天王星的自转周期为002πr v C.21v r --关系图像的斜率等于天王星的质量 D.天王星表面的重力加速度为200v r 4、假设在某星球上，一宇航员从距地面不太高的H 处以水平速度0v 抛出一小球，小球落地时在水平方向上发生的位移为s 。
已知该星球的半径为R ，且可看成球体，引力常量为G 。
忽略小球在运动过程中受到的阻力及星球自转的影响。
下列说法中正确的是( )A.B.该星球的质量为2202Hv R GsC.该星球的平均密度为20232πHv Gs RD.距该星球表面足够高的h 处的重力加速度为22022()h Hv R h s + 5、2020年1月，天文学界公布了一系列最新的天文学进展。
高三物理一轮总复习 第4章 曲线运动万有引力与航天 第4节 万有引力定律天体运动(必修2)
【解析】轨道Ⅱ上，万有引力提供向心力， 运动时不需要火箭提供动力，A 选项正确；在轨 道Ⅱ和Ⅲ的切点 P，加速度 a 相同，B 选项错误； 探测器在圆轨道Ⅱ上GMr2m＝mrv2P，经 P 点变轨， 需满足 GMrm2 >mvrP′2，即 vP′<vP，应在 P 点减 速，C 选项错误；轨道Ⅱ不是月球卫星唯一的圆 轨道，D 选项错误.
【答案】AD
例 2 如图所示，“嫦娥三号”探测器 发射到月球上要经过多次变轨，最终 降落到月球的表面上，其中轨道Ⅱ为 圆形.下列说法正确的是( )
A.探测器在轨道Ⅱ上运动时不需要火箭提供动 力
B.探测器在轨道Ⅲ经过 P 点时的加速度小于在 轨道Ⅱ经过 P 时的加速度
C.探测器在 P 点由轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ必须点火 加速
步星离地面的高度 h＝ 3 G4MπT2 2－R ≈3.6×107 m.
GM (5)线速度一定：v＝ R＋h ≈3.1×103 m/s. (6)绕行方向一定：与地球自转的方向 相同 .
知识点四 三种宇宙速度
宇宙速度 数值
意义
(km/s)
这是卫星绕地球表面做匀速圆周运
第一宇宙
动的线速度，也是卫星的最小发射速
3.适用条件：万有引力定律适用于两质点间万有 引力大小的计算.
知识点三 同步卫星的六个“一定” (1)轨道平面一定：轨道平面与 地球赤道 共面. (2)周期一定：与地球自转周期 相同 ，即 T ＝24 h. (3)角速度一定：与地球自转的角速度 相同 .
(4)高度一定：由 G（RM＋mh）2＝m4Tπ22(R＋h)得同
万有引力没有全部用来提供其做圆周运动的向心
力，故不适用上述式子，但其与同步卫星 C 的角 速度和周期相同，即：ωA＝ωC，TA＝TC
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 万有引力与航天 一、选择题 1．(2018·潮州模拟)北京中心位于北纬39°54′，东经116°23′.有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，每天上午同一时间在北京中心正上方对北京拍照进行环境监测．则( ) A．该卫星是地球同步卫星 B．该卫星轨道平面与北纬39°54′所确定的平面共面 C．该卫星运行周期一定是地球自转周期的整数倍 D．地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍 答案 D 解析 A项，因同步卫星的轨道一定在赤道上方，则该卫星不是同步卫星．则A项错误； B项，人造卫星的轨道平面一定过地心，则B项错误； C、D两项，因每天同一时刻在地球上方的同一位置，则地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍．则C项错误，D项正确． 2．(2018·海南三模)若地球的半径不变，但质量和自转周期都变小，下来说法正确的是( ) A．地球的近地卫星的周期将变大 B．地球的第一宇宙速度将变大 C．地球表面的重力加速度将变大 D．地球的同步卫星离地面的高度将变大 答案 A
解析 A项，根据周期公式T＝4π2r3GM，地球的半径不变，质量减小，则近地卫星的运动周期会慢慢增大，故A项正确； B项，对于地球卫星，GMmr2＝mv2r，得v＝GMr，地球的半径不变，质量减小，则卫星的第一宇宙速度将变小，故B项错误； C项，mg＝GMmR2，得g＝GMR2，地球半径不变，地球的质量减小，则地球表面的重力加速度变小，故C项错误；
D项，根据周期公式T＝4π2r3GM，同步卫星的高度：h＝3T02GM4π2－R，T0是地球的自转周期，地球的半径不变，质量减小，自转周期减小，所以同步卫星的高度一定减小，故D项错误． 3．如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是( ) 2
A．根据v＝gr可知，运行速度满足vA>vB>vC B．运转角速度满足ωA>ωB>ωC C．向心加速度满足aAD．运动一周后，A最先回到图示位置 答案 C
解析 由GMmr2＝mv2r得，v＝GMr，r大，则v小，故vA
ω＝GMr3，r大，则ω小，故ωA小，故aATB>TC，因此运动一周后，C最先回到图示位置，D项错误． 4．(2018·威海二模)2017年9月29日，世界首条量子保密通讯干线与“墨子号”科学实验卫星进行天地链路，设“墨子号”卫星绕地球做匀速圆周运动，在时间t内通过的弧长为l，该弧长对应的圆心角为θ，已知引力常量为G.下列说法正确的是( )
A．“墨子号”的运行周期为πθt
B．“墨子号”的离地高度为lθ C．“墨子号”的运行速度大于7.9 km/s D．利用题中信息可计算出地球的质量为l3Gθt2 答案 D 解析 A项，“墨子星”的线速度v＝lt，角速度ω＝θt，运行周期T＝2πω＝2πθt，故A项错误； B项，轨道半径r＝vω＝lθ，离地高度h＝r－R＝lθ－R，故B项错误； C项，第一宇宙速度是最大运行速度，所以“墨子星”的运行速度小于7.9 km/s，故C项错误；
D项，根据万有引力提供向心力，有GMmr2＝mω2r，得地球的质量M＝l3Gθt2，故D项正确． 5．(2018·湖北模拟)某星球的质量是地球质量的4倍，其表面的重力加速度是地球表面重 3
力加速度的14(忽略该星球与地球的自转)，该星球的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度的比值为( ) A．1∶1 B．2∶1 C．1∶2 D．4∶1 答案 A 解析 设地球质量M，某星球质量4M，设地球表面重力加速度为g，则星球表面的重力加速
度是14g；
由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得：GMmR2＝mg 解得：R星R地＝4 根据卫星在圆轨道上运行时的速度公式v＝GMR 分别代入地球和星球的各物理量，得：v星v地＝11. 6．某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，则这个星球的第一宇宙速度为( )
A.2abv0 B.bav0 C.abv0 D.a2bv0 答案 A 解析 根据平抛运动射程公式有：x＝v02hg，得星球表面的重力加速度g＝2v02hx2， 根据第一宇宙速度v＝gR 代入数据得v＝2abv0，故A项正确，B、C、D三项错误． 7.a是地球赤道上一幢建筑，b是在赤道平面内做匀速圆周运动、距地面9.6×106 m的卫星，c是地球同步卫星，某一时刻b、c刚好位于a的正上方(如图所示)，经48 h，a、b、c的大致位置是下列选项中的(取地球半径R＝6.4×106 m，地球表面重力加速度g＝10 m/s2，π＝10)( ) 4
答案 B 解析 由于a物体和同步卫星c的周期都为24 h．所以48 h后两物体又回到原位置，故A项错误；b是在赤道平面内做匀速圆周运动、距地面9.6×106 m的卫星，根据万有引力提供向心力，得
GMmr2＝m4πT2r①
忽略地球自转，地面上物体的万有引力近似等于重力，有GMmR2＝mg② 由①②式，解得b卫星运行的周期T≈2×104 s，然后再算b卫星在48小时内运行的圈数n＝48 h/T，代入数据得n＝8.64圈，故选B项． 8.(2018·蚌埠三模)如图是一次卫星发射过程，先将卫星发射进入绕地球的较低圆形轨道Ⅰ，然后在a点使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ，再在椭圆轨道的远地点b使卫星进入同步轨道Ⅲ，则下列说法正确的是( ) A．卫星在轨道Ⅰ的速率小于卫星在轨道Ⅲ的速率 B．卫星在轨道Ⅰ的周期大于卫星在轨道Ⅲ的周期 C．卫星运动到轨道Ⅰ的a点时，需减速才可进入轨道Ⅱ D．卫星运动到轨道Ⅱ的b点时，需加速才可进入轨道Ⅲ
答案 D 解析 A项，根据GMmr2＝mv2r得，v＝GMr，知同步轨道的半径大于近地轨道的半径，则卫星在轨道Ⅰ的速率大于卫星在轨道Ⅲ的速率．故A项错误； B项，根据开普勒第三定律，a3T2＝k可知，轨道半径或椭圆的半长轴越大的，周期越大，因此卫星在轨道Ⅰ的周期小于卫星在轨道Ⅲ的周期，故B项错误； C项，卫星从近地圆轨道上的a点需加速，使得万有引力小于需要的向心力，进入椭圆转移轨道Ⅱ，故C项错误； D项，卫星从轨道Ⅱ上的b点需加速，使得万有引力等于需要向心力，进入轨道Ⅲ.故D项正确． 9.(2018·太原一模)我国即将展开深空探测，计划在2020年通过一次发射，实现火星环绕 5
探测和软着陆巡视探测，已知太阳的质量为M，地球，火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径分别为R1和R2：速率分别为v1和v2：地球绕太阳的周期为T.当质量为m的探测器被发射到以地球轨道上的A点为近日点，火星轨道上的B点为远日点的轨道上围绕太阳运行时(如图)，只考虑太阳对探测器的作用，则( )
A．探测器在A点加速度等于v12R1 B．探测器在B点的加速度为4GM（R1＋R2）2 C．探测地在B点的动能为12mv22 D．探测器沿椭圆轨道从A飞行到B的时间为12(R1＋R2R1)32T
答案 A 解析 A项，探测器在A点加速度与地球的加速度相等a1＝v12R1，故A项正确；
B项，根据万有引力提供向心力可得GMmR22＝ma2，探测器在B点的加速度为a2＝GMR22，故B项错误； C项，探测器由椭圆轨道变为火星轨道需要在B点加速，探测器在B点的速度小于v2，探测
器在B点的动能小于12mv22，故C项错误；
D项，设探测器沿椭圆轨道的周期为T′，由开普勒第三定律可得T2T′2＝R13（R1＋R22）3，解得T′
＝(R1＋R22R1)32T，探测器沿椭圆轨道从A飞行到B的时间为tAB＝12(R1＋R22R1)32T，故D项错误． 10．(2018·四川模拟)宇宙中两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力互相绕转，称之为双星系统，在浩瀚的银河系中，多数恒星都是双星系统，设某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示．若AO＞OB，则( )
A．星球A的质量一定大于B的质量 B．星球A的角速度一定大于B的角速度 6
C．双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越大 D．双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大 答案 D 解析 A、B两项，双星系统中两颗恒星间距不变，角速度相等，B项错误； 双星靠相互间的万有引力提供向心力，所以向心力相等，故： mArAω2＝mBrBω2， 因为rB＜rA，所以mB＞mA，即B的质量一定大于A的质量，故A项错误； C、D两项，根据牛顿第二定律，有：
GmAmBL2＝mArA(2πT)2，
GmAmBL2＝mBrB(2πT)2， 其中：rA＋rB＝L， 联立解得：T＝2πL3G（mA＋mB）， 故双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越小；双星的质量一定时，双星之间的距离L越大，其转动周期越大，故C项错误，D项正确． 11．(2018·淄博一模)宇航员乘坐宇宙飞船登上某星球，在该星球“北极”距星球表面附近h处自由释放一个小球，测得落地时间为t，已知该星球半径为R，自转周期为T，万有引力常量为G.下列说法正确的是( )
A．该星球的第一宇宙速度为2πRT
B．该星球的平均密度为3h2πRGt2 C．宇宙飞船绕该星球做圆周运动的周期小于πt2Rh D．如果该星球存在一颗同步卫星，其距星球表面高度为3hT2R22π2t2 答案 B 解析 A项，2πRT是星球表面上的物体随星球自转的线速度，并不是星球的第一宇宙速度．
小球做自由落体运动时，由h＝12gt2，得该星球表面的重力加速度g＝2ht2 该星球的第一宇宙速度为v＝gR＝2hRt.故A项错误．