专题04 万有引力与航天(命题猜想)-2018年高考物理命题猜想与仿真押题(原卷版)

1、【考向解读】关于万有引力定律及应用知识的考查，主要表现在两个方面：(1)天体质量和密度的计算：主要考查对万有引力定律、星球表面重力加速度的理解和计算(2)人造卫星的运行及变轨：主要是结合圆周运动的规律、万有引力定律，考查卫星在轨道运行时线速度、角速度、周期的计算，考查卫星变轨运行时线速度、角速度、周期以及有关能量的变化以天体问题为背景的信息题，更是受专家的青睐高考中一般以选择题的形式呈现从命题趋势上看，对本部分内容的考查仍将延续与生产、生活以及航天科技相结合，形成新情景的物理题【命题热点突破一】万有引力定律的理解万有引力定律的适用条件：可以看成质点的两个物体之间质量分布均匀的球体之间质量分布均

2、匀的球体与球外质点之间例1.2016全国卷III关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是()开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律【变式探究】理论上已经证明：质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零现假设地球是一半径为R、质量分布均匀的实心球体，O为球心，以O为原点建立坐标轴Ox,如图2所示.一个质量一定的小物体(假设它能够在地球内部移动)在x轴上各位置受到的引力大小用F表示，则选项所示的四个F随x变化的关系图正确的是()图

3、2命题热点突破二】天体质量和密度的估算估算天体质量的两种方法：1如果不考虑星球的自转，星球表面的物体所受重力等于星球对它的万有引力JMmgR2mg=GR2M=G2利用绕行星运转的卫星，F万提供向心力.JMm4n2Gr4n2r3M=GTM3n特例：若为近地面卫星Y=Rp=M=GT2例2.【2017北京卷】利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离【变式探究】如图所示，“嫦娥三号”的环月轨道可近似看成是圆轨道，

4、观察“嫦娥三号”在环月轨道上的运动，发现每经过时间t通过的弧长为l,该弧长对应的圆心角为e弧度.已知万有引力常量为G,则月球TOC o 1-5 h z的质量是()，一、嫦娥三号月專哂“一yeA.Ge3tB.Gl2tt2C.G0t2DGei3【变式探究】为了测量某行星的质量和半径，宇航员记录了登陆舱在该行星表面做圆周运动的周期T登陆舱在行星表面着陆后，用弹簧秤称量一个质量为m的砝码读数为N.已知引力常量为G.则下列计算中错 HYPERLINK l bookmark6 误的是()A该行星的质量为N3T416n4Gm3B该行星的半径为4n2NTmC该行星的密度为3nGT2d该行星的第一宇宙速度为2頑

5、命题热点突破三】卫星运行参量的分析1基本规律4n2mTTrJMmmv2F厂G7T=man=Vfr=得：GMan=T2GM,rv=4n2r3GMr时(a、v、nrn,2宇宙速度(l)V7.9km/s最小的发射速度(近地面)最大的环绕速度.V：2V11.2km/s.v=l6.7km/s.7III例3.【2017新课标III卷】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，组合体运行的周期变大B.速率变大C动能变大D向心加速度变大【变式探究】2016江苏卷如图1-所示，两质量

6、相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积.下列关系式正确的有k()图1-ATATBBEkAEkBCSA=SBDRA=RBTAT【变式探究】17世纪，英国天文学家哈雷跟踪过一颗慧星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗慧星将每隔一定的时间飞临地球，后来哈雷的预言得到证实，该慧星被命名为哈雷慧星哈雷彗星围绕太阳公转的轨道是一个非常扁的椭圆，如图所示从公元前240年起，哈雷彗星每次回归，中国均有记录，它最近一次回归的时间是1986年从公元前240年至今，我国关于哈雷慧星回归记录的次数，最合

7、理的是(A.24次B.30次C124次D319次【命题热点突破四】卫星变轨与对接变轨问题中，各物理量的变化v2当v增大时，所需向心力m；增大，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，但卫星一旦进入新的轨道运行，由v=Gf知其运行速度要减小，但重力势能、机械能均增加.当卫星的速度突然减小时，向心力减小，即万有引力大于卫星所需的向心力，因此卫星将做向心运动，同样会脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，进入新轨道运行时由”=:号知运行速度将增大，但重力势能、机械能均减少.规律总结卫星变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；稳定在新轨道上的运行速度变化

8、由v=严判断.卫星绕过不同轨道上的同一点(切点)时，其加速度大小关系可用F=GMm=ma比较得出.例4.2016天津卷我国即将发射“天宫二号”空间实验室，之后发射“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接.假设“天宫二号”与“神舟十一号”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()图1-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

9、渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接【变式探究】美国宇航局的“信使”号水星探测器按计划将在2015年3月份陨落在水星表面工程师找到了一种聪明的办法，能够使其寿命再延长一个月这个办法就是通过向后释放推进系统中的高压氦气来提升轨道.如图7所示，设释放氦气前，探测器在贴近水星表面的圆形轨道I上做匀速圆周运动，释放氦气后探测器进入椭圆轨道II上，忽略探测器在椭圆轨道上所受外界阻力.则下列说法正确的是()探测器在轨道II上A点运行速率小于在轨道II上B点速率探测器在轨道II上某点的速率可能等于在轨道I上的速率探测器在轨道II上远离水星过程中，引力势能和动能都减少探测器在轨道I和轨道II上A点加速度大

10、小不同【命题热点突破五】双星与多星问题双星系统具有如下特点：它们以相互间的万有引力来提供向心力它们共同绕它们连线上某点做圆周运动它们的周期、角速度相同r、an、v与m成反比2N星系统（1）向心力由其他星对该星万有引力的合力提供（力的矢量合成）（2）转动的星的T（e）相等.注意：运算过程中的几何关系例5双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此圆周运动的周期

11、为（A.TD.AB每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关变式探究】宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统，其中有一种三星系统如图所示，三颗质量均为m的星位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为L忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动，万有引力常量为G,下列说法正确的是（）每颗星做圆周运动的角速度为3冷GmCD若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则周期变为原来的2倍若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则线速度变为原来的4倍高考真题解读】【2017北京卷】利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是地球的半径及重力加速度（不考虑地球自转）人

12、造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离【2017新课标III卷】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B.速率变大D.向心加速度变大A周期变大C动能变大【2017江苏卷】“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空，与“天宫二号”空间实验室对接前，“天舟一号”在距离地面约380km的圆轨道上飞行，则其角速度小于地球自转角速度线

13、速度小于第一宇宙速度周期小于地球自转周期向心加速度小于地面的重力加速度【2017新课标II卷】如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为仏。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从p经过M、Q到N的运动过程中从P到M所用的时间等于TJ4从Q到N阶段，机械能逐渐变大从P到Q阶段，速率逐渐变小从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功【2017天津卷】我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后，与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体。假设组合体在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，已知地球的半径为R，地球表面

14、处重力加速度为g，且不考虑地球自转的影响。则组合体运动的线速度大小为，向心加速度大小为。1.2016全国卷I利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯，目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍.假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为()A1hB4hC8hD16h2016全国卷III关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是()开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因开普勒总结出了行星运动的规

15、律，发现了万有引力定律2016北京卷如图1-所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动下列说法正确的是()图1-不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量2016天津卷我国即将发射“天宫二号”空间实验室，之后发射“神舟一号”飞船与“天宫二号”对接.假设“天宫二号”与“神舟十一号”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()图1-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

16、实验室实现对接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5.2016江苏卷如图1-所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积.下列关系式正确的有()图1-ATATBBEkAEkBCSA=SBDRA=RBD.TAT2016江苏卷据报道，一法国摄影师拍到“天宫一号”空间站飞过太阳的瞬间.照片中，“

17、天宫一号的太阳帆板轮廓清晰可见.如图所示，假设“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端M、N的连线垂直，M、N间的距离L=20m,地磁场的磁感应强度垂直于v,MN所在平面的分量B=1.0 xl0rT,将太阳帆板视为导体.XXtXXXxLxRUBOIIIIaXXXX图1-求M、N间感应电动势的大小E；在太阳帆板上将一只“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.试判断小灯泡能否发光，并说明理由；取地球半径R=6.4x103km,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,试估算天宫一号”距离地球表面的高度h(计算结果保留

18、一位有效数字).7.2016四川卷国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440km，远地点高度约为2060km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35786km的地球同步轨道上.设东方红一号在远地点的加速度为a/东方红二号的加速度为a2,固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则aa2、a3的大小关系为()图1-岛竹勺aaaia3a1a2a1a2a3（多选）（2015新课标全国I21）我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月球表面附

19、近的近似圆轨道上绕月运行；然后经过一系列过程，在离月面4m高处做一次悬停（可认为是相对于月球静止）；最后关闭发动机，探测器自由下落.已知探测器的质量约为1.3x103kg，地球质量约为月球的81倍，地球半径约为月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小约为9.8m/s2.则此探测器（）在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9m/s悬停时受到的反冲作用力约为2x103N从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度（2015江苏单科3）过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51pegb”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕.

20、“51pegb”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的20该中心恒星与太阳的质量比约为（）A.B.1C.5D.10（2015四川理综5）登上火星是人类的梦想，“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响根据下表，火星和地球相比（）行星半径/m质量/kg轨道半径/m地球6.4x1066.0 x10241.5x1011火星3.4x1066.4x10232.3x1011火星的公转周期较小火星做圆周运动的加速度较小火星表面的重力加速度较大火星的第一宇宙速度较大(2015安徽理综24)由三颗星体构成的系统，忽略

21、其他星体对它们的作用，存在着一种运动形式，三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心O在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动(图1为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况)若A星体质m，三角形的边长为a，求：(1)A星体所受合力大小FA；B星体所受合力大小FB；BC星体的轨道半径RC；三星体做圆周运动的周期T.(2015山东理综15)如图9所示，拉格朗日点L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，可与月球一起以相同的周期绕地球运动.据此，科学家设想在拉格朗日点耳建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动.以a1.a2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a3表示地球同步卫星向心加速度的大小.以下判断正确的是()地球刀球图9A.aaaB.aaa31213C.aaaD.aaa12321(2015全国理综II)由于卫星的发