高中物理-万有引力及天体运动-最全讲义及习题及答案详解

1、-. z.第四节 万有引力与天体运动周期定律周期定律开普勒行星运动定律 定律轨道定律面积定律发现万有引力定律 表述 G的测定天体质量的计算发现未知天体人造卫星、宇宙速度应用万有引力定律本章要点综述1、开普勒行星运动定律第一定律：。第二定律： 。第三定律：。即：2、万有引力定律1开普勒对行星运动规律的描述开普勒定律为万有引力定律的发现奠定了根底。2万有引力定律公式：3万有引力定律适用于一切物体，但用公式计算时，注意有一定的适用条件。3、万有引力定律在天文学上的应用1根本方法：把天体的运动看成 运动，其所需向心力由万有引力提供：写出方程_在忽略天体自转影响时，天体外表的重力加速度： 。写出方程2天

2、体质量，密度的估算测出环绕天体作匀速圆周运动的半径r，周期为T，由写出方程得出被环绕天体的质量为写出表达式，密度为 写出表达式，R为被环绕天体的半径。当环绕天体在被环绕天体的外表运行时，rR，则密度为写出表达式。3环绕天体的绕行线速度，角速度、周期与半径的关系。由得r越大，v由得r越大，由得r越大，T4三种宇宙速度第一宇宙速度地面附近的环绕速度：v1=7.9km/s，人造卫星在附近环绕地球作匀速圆周运动的速度。第二宇宙速度地面附近的逃逸速度：v2=11.2km/s，使物体挣脱地球束缚，在附近的最小发射速度。第三宇宙速度：v3=16.7km/s，使物体挣脱太阳引力束缚，在附近的最小发射速度。一万

3、有引力定律1、内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小F与这两个物体质量的乘积m1m2成正比，与这两个物体间距离r的平方成反比2、公式： 其中G6.671011 Nm2/kg2，称为引力常量适用条件：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远大于物体本身的大小时，公式也可近似使用，但此时r应为两物体重心间的距离对于均匀的球体，r是两球心间的距离二万有引力定律的应用1、行星外表物体的重力：重力近似等于万有引力外表重力加速度：因 则 轨道上的重力加速度：因 则 2、人造卫星万有引力提供向心力：人造卫星绕地球的运动可看成是匀速圆周运动，所需的向

4、心力是地球对它的万有引力提供的，因此解决卫星问题最根本的关系是：同步卫星：地球同步卫星，是相对地面静止的，与地球自转具有一样的周期周期一定：同步卫星绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，T24 h.角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度 轨道一定：所有同步卫星的轨道必在赤道平面内高度一定：所有同步卫星必须位于赤道正上方，且距离地面的高度是一定的轨道半径都一样，即在同一轨道上运动，其确定的高度约为h=3.6104 km.环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，都是3.08 km/s，环绕方向与地球自转方向一样三种宇宙速度第一宇宙

5、速度:要想发射人造卫星，必须具有足够的速度，发射人造卫星最小的发射速度称为第一宇宙速度，v1=7.9 km/s。但却是绕地球做匀速圆周运动的各种卫星中的最大环绕速度。当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9 km/s时，它绕地球运行的轨迹就不再是圆形，而是椭圆形.第二宇宙速度:当卫星的速度等于或大于11.2 km/s时，卫星就会脱离地球的引力不再绕地球运行，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去，我们把v2=11.2 km/s称为第二宇宙速度,也称脱离速度。第三宇宙速度:当物体的速度等于或大于16.7 km/s时，物体将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间中去，我们把v3=16.

6、7 km/s称为第三宇宙速度，也称逃逸速度。说明：宇宙速度是指发射速度，不是卫星的运行速度。万有引力定律的应用例析根本方法：天体运动都可以近似地看成匀速圆周运动，其向心力由万有引力提供 在地面附近万有引力近似等于物体的重力 人造卫星的v、T、a与轨道半径r的关系r 越大，v 越小。r 越大，越小。r 越大，T越大。r 越大，a 向越小。补充：V T W a 与r的正比关系F；a; v;；T。规律：越高越慢天体质量M、密度的估算以地球为例假设卫星绕地球运行的周期T 和半径 r地球的质量：地球的密度设地球半径R：假设卫星绕地球运行的线速度v 和半径 r地球的质量：地球的密度设地球半径R：假设卫星绕

7、地球运行的线速度v 和周期T或角速度地球的质量：地球的密度设地球半径R：假设地球半径R和地球外表的重力加速度g地球的质量：地球的密度设地球半径R：卫星变轨和卫星的能量问题人造卫星在圆轨道变换时，总是主动或由于其他原因使速度发生变化，导致万有引力与向心力相等的关系被破坏，继而发生近心运动或者离心运动，发生变轨。在变轨过程中，由于动能和势能的相互转化，可能出现万有引力与向心力再次相等，卫星即定位于新的圆轨道。轨道半径越大，速度越小，动能越小，重力势能越大，但机械能并不守恒，且总机械能也越大。也就是轨道半径越大的卫星，运行速度虽小，但发射速度越大。解卫星变轨问题，可根据其向心力的供求平衡关系进展分析

8、求解假设 F供F 求，供求平衡物体做匀速圆周运动假设 F 供F 求，供不应求物体做离心运动假设 F 供F 求，供过于求物体做向心运动卫星要到达由圆轨道变成椭圆轨道或由椭圆轨道变成圆轨道的目的，可以通过加速(离心)或减速(向心)实现速率比拟：同一点上，外轨道速率大；同一轨道上，离恒星(或行星)越近速率越大加速度与向心加速度比拟：同一点上加速度一样，外轨道向心加速度大；同一轨道上，近地点的向心加速度大于远地点的向心加速度。4.近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体三种匀速圆周运动的异同：1轨道半径：r同r近r物2运行周期：T同T物T近3向心加速度：a近a

9、同a物5.双心问题在天体运动中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星它们围绕两球连线上的*一点做圆周运动由于两星间的引力而使它们在运动中距离保持不变两星质量分别为 M1 和M2，相距 L，求它们的角速度如图 ，设 M1的轨道半径为 r1，M2 的轨道半径为 r2，由于两星绕 O 点做匀速圆周运动的角速度一样，都设为，根据万有引力定律有：1双星系统模型的特点：(1)两星都绕它们连线上的一点做匀速圆周运动，故两星的角速度、周期相等(2)两星之间的万有引力提供各自做匀速圆周运动的向心力，所以它们的向心力大小相等；(3)两星的轨道半径之和等于两星间的距离，即r1r2L.2双星系统模型的三大规律：(1)双星

10、系统的周期、角速度一样(2)轨道半径之比与质量成反比(3)双星系统的周期的平方与双星间距离的三次方之比只与双星的总质量有关，而与双星个体的质量无关6.三星模型 宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用现已观测到稳定的三星系统存在两种根本的构成形式：一种是三颗星等间距地位于同一直线上，外侧的两颗星绕中央星在同一圆轨道上运行；另一种形式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圆轨道运行附录：万有引力相关公式1思路和方法: = 1 * GB3 卫星或天体的运动看成匀速圆周运动, = 2 * GB3 F心=F万 (类似原子模

11、型)2公式：G=man，又an=， 则v=，T=3求中心天体的质量M和密度由G=mr =mM= ()=(当r=R即近地卫星绕中心天体运行时)= M=V球=r3 s球面=4r2 s=r2 (光的垂直有效面接收，球体推进辐射) s球冠=2Rh轨道上正常转： F引=G= F心= ma心= m2 R= mm4n2 R 地面附近： G= mg GM=gR2 (黄金代换式) mg = m=v第一宇宙=7.9km/s 题目中常隐含：(地球外表重力加速度为g)；这时可能要用到上式与其它方程联立来求解。轨道上正常转： G= m【讨论】(v或EK)与r关系，r最小时为地球半径时，v第一宇宙=7.9km/s (最大

12、的运行速度、最小的发射速度)；T最小=84.8min=1.4h = 1 * GB3 沿圆轨道运动的卫星的几个结论: v=，T= = 2 * GB3 理解近地卫星：来历、意义 万有引力重力=向心力、 r最小时为地球半径、最大的运行速度=v第一宇宙=7.9km/s (最小的发射速度)；T最小=84.8min=1.4h = 3 * GB3 同步卫星几个一定：三颗可实现全球通讯(南北极仍有盲区)轨道为赤道平面 T=24h=86400s 离地高h=3.56104km(为地球半径的5.6倍) V同步=3.08km/sV第一宇宙=7.9km/s =15o/h(地理上时区) a=0.23m/s2 = 4 *

13、GB3 运行速度与发射速度、变轨速度的区别 = 5 * GB3 卫星的能量:r增v减小(EK减小Ep增加),所以 E总增加;需克制引力做功越多,地面上需要的发射速度越大 = 7 * GB3 卫星在轨道上正常运行时处于完全失重状态,与重力有关的实验不能进展 = 6 * GB3 应该熟记常识：地球公转周期1年, 自转周期1天=24小时=86400s, 地球外表半径6.4103km 外表重力加速度g=9.8 m/s2 月球公转周期30天例题精讲1. 对万有引力定律的理解1万有引力定律：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，两物体间引力

14、的方向沿着二者的连线。2公式表示：F=。3引力常量G：适用于任何两物体。 意义：它在数值上等于两个质量都是1kg的物体可看成质点相距1m时的相互作用力。 G的通常取值为G=6。6710-11Nm2/kg2。是英国物理学家卡文迪许用实验测得。一个重要物理常量的意义：根据万有引力定律和牛顿第二定律可得：Gmr.这实际上是开普勒第三定律。它说明是一个与行星无关的物理量，它仅仅取决于中心天体的质量。在实际做题时，它具有重要的物理意义和广泛的应用。它同样适用于人造卫星的运动，在处理人造卫星问题时，只要围绕同一星球运转的卫星，均可使用该公式。4适用条件：万有引力定律只适用于质点间引力大小的计算。当两物体间

15、的距离远大于每个物体的尺寸时，物体可看成质点，直接使用万有引力定律计算。 当两物体是质量均匀分布的球体时，它们间的引力也可以直接用公式计算，但式中的r是指两球心间的距离。 当所研究物体不能看成质点时，可以把物体假想分割成无数个质点，求出两个物体上每个质点与另一物体上所有质点的万有引力，然后求合力。此方法仅给学生提供一种思路5万有引力具有以下三个特性：普遍性：万有引力是普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体大到天体小到微观粒子间的相互吸引力，它是自然界的物体间的根本相互作用之一。相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律。宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只在质量巨大的

16、天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义，在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力可以忽略不计。天体间的主要作用力就是万有引力了。【例1】设地球的质量为M，地球的半径为R，物体的质量为m，关于物体与地球间的万有引力的说法，正确的选项是：A、地球对物体的引力大于物体对地球的引力。B、物体距地面的高度为h时，物体与地球间的万有引力为F=。C、物体放在地心处，因r=0，所受引力无穷大。D、物体离地面的高度为R时，则引力为F=答案D总结1物体与地球之间的吸引是相互的，由牛顿第三定律，物体对地球与地球对物体的引力大小相等。2F= 。中的r是两相互作用的物体质心间的距离，不能误认为是两物体

17、外表间的距离。3F= 适用于两个质点间的相互作用，如果把物体放在地心处，显然地球已不能看为质点，应选项C的推理是错误的。【例2】对于万有引力定律的数学表达式F=，以下说法正确的选项是：A、公式中G为引力常数，是人为规定的。B、r趋近于零时，万有引力趋于无穷大。C、m1、m2之间的引力总是大小相等，与m1、m2的质量是否相等无关。D、m1、m2之间的万有引力总是大小相等，方向相反，是一对平衡力。答案C2.关于万有引力和重力的关系地面上物体所受万有引力F可以分解为物体所受的重力mg和随地球自转而做圆周运动的向心力F。其中当物体在赤道上时，F、mg、F三力同向，此时满足FmgF当物体在两极点时，F0

18、 ,F=mg=当物体在地球的其他位置时，三力方向不同。【例3】 地球赤道上的物体由于地球自转产生的向心加速度a3.37102 m/s2,赤道上重力加速度g取10m/s2试问：质量为m kg的物体在赤道上所受的引力为多少？2要使在赤道上的物体由于地球的自转而完全失重，地球自转的角速度应加快到实际角速度的多少倍？解析：1物体所受地球的万有引力产生了两个效果：一是使物体竖直向下运动的重力，一是提供物体随地球自转所需的向心力，并且在赤道上这三个力的方向都一样，有F引mg+F向m(g+a)=m(9.77+3.3710-2)=9.804m(N)2设地球自转角速度为，半径为R，则有aR，欲使物体完全失重，即

19、万有引力完全提供了物体随地球自转所需的向心力，即mRF引9.804m，解以上两式得17.1.3.计算重力加速度1、 在地球外表附近的重力加速度，在忽略地球自转的情况下，可用万有引力定律来计算。g=G=6.67*=9.8(m/)=9.8N/kg即在地球外表附近，物体的重力加速度g9.8m/。这一结果说明，在重力作用下，物体加速度大小与物体质量无关。2、 即算地球上空距地面h处的重力加速度g。有万有引力定律可得：g又g，gg3 计算任意天体外表的重力加速度g。有万有引力定律得：gM为星球质量，R卫星球的半径，又g，。4.估算中心天体的质量和密度1 中心天体的质量，根据万有引力定律和向心力表达式可得

20、：Gmr，M2 中心天体的密度方法一：中心天体的密度表达式，VR为中心天体的半径，根据前面M的表达式可得：。当rR即行星或卫星沿中心天体外表运行时，。此时外表只要用一个计时工具，测出行星或卫星绕中心天体外表附近运行一周的时间，周期T，就可简捷的估算出中心天体的平均密度。方法二：由g=,M=进展估算，地球的同步卫星通讯卫星同步卫星：相对地球静止，跟地球自转同步的卫星叫做同步卫星，同步卫星的运行方向与地球自转方向一样，周期T=24h，同步卫星又叫做通讯卫星。同步卫星必定点于赤道正上方，且离地高度h，运行速率v是唯一确定的。设地球质量为，地球的半径为，卫星的质量为，根据牛顿第二定律设地球外表的重力加

21、速度，则以上两式联立解得：同步卫星距离地面的高度为注意：赤道上随地球做圆周运动的物体与绕地球外表做圆周运动的卫星的区别在有的问题中，涉及到地球外表赤道上的物体和地球卫星的比拟，地球赤道上的物体随地球自转做圆周运动的圆心与近地卫星的圆心都在地心，而且两者做匀速圆周运动的半径均可看作为地球的R，因此，有些同学就把两者混为一谈，实际上两者有着非常显著的区别。地球上的物体随地球自转做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供，但由于地球自转角速度不大，万有引力并没有全部充当向心力，向心力只占万有引力的一小局部，万有引力的另一分力是我们通常所说的物体所受的重力请同学们思考：假设地球自转角速度逐渐变大，将会出

22、现什么现象？而围绕地球外表做匀速圆周运动的卫星，万有引力全部充当向心力。赤道上的物体随地球自转做匀速圆周运动时由于与地球保持相对静止，因此它做圆周运动的周期应与地球自转的周期一样，即24小时，其向心加速度；而绕地球外表运行的近地卫星，其线速度即我们所说的第一宇宙速度，它的周期可以由下式求出：求得，代入地球的半径R与质量，可求出地球近地卫星绕地球的运行周期T约为84min，此值远小于地球自转周期，而向心加速度远大于自转时向心加速度。【例4】引力常量G6.671011Nm2/kg2,重力加速度g9.8m/s2,地球半径R6.4104m，可求得地球的质量为多少？结果保存一位有效数字解析：在地球外表质

23、量为m的物体所受的重力等于地球对物体的引力，有 ,得【例5】一飞船在*行星外表附近沿圆轨道绕该行星飞行，认为行星是密度均匀的球体，要确定该行星的密度，只需要测量 A飞船的轨道半径 B飞船的运行速度 C飞船的运行周期 D行星的质量解析：飞船在*行星外表附近沿圆轨道绕该行星飞行，可以认为飞船的轨道半径与行星的半径相等，飞船做圆周运动的向心力由行星对它的万有引力提供，由万有引力定律和牛顿第二定律：，由上式可知： ，即行星的密度；上式说明：只要测得卫星公转的周期，即可得到行星的密度，选项C正确。【例6】地球的半径为R=6400km，地球外表附近的重力加速度，假设发射一颗地球的同步卫星，使它在赤道上空运

24、转，其高度和速度应为多大？思路分析：设同步卫星的质量为m，离地面的高度的高度为h，速度为v，周期为T，地球的质量为M。同步卫星的周期等于地球自转的周期。由两式得又因为由两式得答案：总结：此题利用在地面上和在轨道上两式联立解题。【例7】下面关于同步卫星的说法正确的选项是 A .同步卫星和地球自转同步，卫星的高度和速率都被确定B .同步卫星的角速度虽然已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大；高度降低，速率减小C .我国发射的第一颗人造地球卫星的周期是114分钟，比同步卫星的周期短，所以第一颗人造地球卫星离地面的高度比同步卫星低 D .同步卫星的速率比我国发射的第一颗人造卫星的速率小答案

25、：ACD5.双星问题【例8】两个星球组成双星,它们在相互之间的万有引力作用下,绕连线上*点做周期一样的匀速圆周运动,现测得两星中心距离为R,其运动周期为T,求两星的总质量答案 42r3/GT2【例9】两颗靠得很近的恒星，必须各以一定的速率绕它们连线上*一点转动，才不至于由于万有引力的作用而将它们吸引到一起这两颗恒星的质量为m1、m2，相距L，求这两颗恒星的转动周期解析：由万有引力定律和向心力公式来求即可m1、m2做匀速圆周运动的半径分别为R1、R2，它们的向心力是由它们之间的万有引力提供，所以 Gm1R1Gm2R2R1+R2L由得：，得：R1L代入式T2所以：T2答案：2第四节 万有引力与天体

26、运动创新训练1.同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球半径为R，则AD A. a1/a2=r/R B. a1/a2=R2/r2C. v1/v2=R2/r2 D. v1/v2 2.假设航天飞机在一段时间内保持绕地球地心做匀速圆周运动则CA.它的速度大小不变B.它不断地克制地球对它的万有引力做功C.它的动能不变，重力势能也不变D.它的速度大小不变，加速度等于零3探路者号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中，发现A、B两颗天体各有一颗靠近外表飞行的卫星，并测得两颗卫星的周期相等，以下判断错误的选项是 BA天体A、B外表的重力

27、加速度与它们的半径成正比B两颗卫星的线速度一定相等C天体A、B的质量可能相等D天体A、B的密度一定相等4将卫星发射至近地圆轨道1如下图，然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以P12P123QA卫星在轨道3上的速率大于轨道1上的速率。B卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度。C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度。D卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。5关于万有引力公式FGeq f(m1m2,r2)，以下说法中正确的选项是(C)A公式只适用于星球之间

28、的引力计算，不适用于质量较小的物体B当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大C两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律D公式中引力常量G的值是牛顿规定的6一宇航员在*星球上以速度v0竖直上抛一物体，经t秒落回原处，该星球半径为R则该星球的第一宇宙速度是(B)A.eq f(v0t,R)B. eq r(f(2v0R,t)C. eq r(f(v0R,t)D. eq r(f(v0,Rt)解析设该星球外表重力加速度为g，由竖直上抛知识知，teq f(2v0,g)，所以geq f(2v0,t)；由牛顿17.如图7所示，飞船从轨道1变轨至轨道2.假设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

29、在轨道1上，飞船在轨道2上的(CD)A动能大B向心加速度大 图7C运行周期长D角速度小解析飞船绕中心天体做匀速圆周运动，其万有引力提供向心力，即F引F向，所以eq f(GMm,r2)ma向eq f(mv2,r)eq f(42mr,T2)mr2，即a向eq f(GM,r2)，Ekeq f(1,2)mv2eq f(GMm,2r)，T eq r(f(42r3,GM)， eq r(f(GM,r3)(或用公式Teq f(2,)求解)因为r1Ek2，a向1a向2，T12，选项C、D正确8关于环绕地球运动的卫星，以下说法正确的选项是(B)A分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有一样的周期B沿椭圆轨

30、道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有一样的速率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沿不同轨道经过上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合解析根据开普勒第三定律，eq f(a3,T2)恒量知，当圆轨道的半径R与椭圆轨道的半长轴a相等时，两卫星的周期相等，应选项A错误；卫星沿椭圆轨道运行且从近地点向远地点运行时，万有引力做负功，根据动能定理知，动能减小，速率减小；从远地点向近地点移动时动能增加，速率增大，且两者具有对称性，应选项B正确；所有同步卫星的运行周期相等，根据Geq f(Mm,r2)m(eq f(2,T)2r知，同步卫星轨道的半径r一定，应选项C错误；根据卫星

31、做圆周运动的向心力由万有引力提供，可知卫星运行的轨道平面过*一地点时，轨道平面必过地心，但轨道平面不一定重合，故上空的两颗卫星的轨道平面可以不重合，选项D错误92011年11月3日，神舟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，等待与神舟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R1、R2，线速度大小分别为v1、v2.则eq f(v1,v2)等于(B)A. eq r(f(Roal(3,1),Roal(3,2)B. eq r(f(R2,R1)C.eq f(Roal(2,2),Roal(2,1)D.eq f(

32、R2,R1)解析天宫一号运行时所需的向心力由万有引力提供，根据Geq f(Mm,R2)eq f(mv2,R)得线速度v eq r(f(GM,R)，所以eq f(v1,v2) eq r(f(R2,R1)，应选项B正确，选项A、C、D错误10由于通信和播送等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的(A)A质量可以不同 B轨道半径可以不同C轨道平面可以不同 D速率可以不同答案A解析同步卫星运行时，万有引力提供向心力，eq f(GMm,r2)meq f(42,T2)rmeq f(v2,r)，故有eq f(r3,T2)eq f(GM,42)，v eq r(f(GM,r)，由于同步卫星运行周

33、期与地球自转周期一样，故同步卫星的轨道半径大小是确定的，速度v也是确定的，同步卫星的质量可以不同要想使卫星与地球自转同步，轨道平面一定是赤道平面故只有选项A正确第二定律得：mgmeq f(v2,R)，所以veq r(gR) eq r(f(2v0R,t).10天宫一号是中国第一个目标飞行器，已于2011年9月29日21时16分3秒在*卫星发射中心发射成功，它的发射标志着中国迈入中国航天三步走战略的第二步第二阶段.21时25分，天宫一号进入近地点约200公里，远地点约346.9公里，轨道倾角为42.75度，周期为5 382秒的运行轨道由此可知(AD)A天宫一号在该轨道上的运行周期比同步卫星的运行周

34、期短B天宫一号在该轨道上任意一点的运行速率比同步卫星的运行速率小C天宫一号在该轨道上任意一点的运行加速度比同步卫星的运行加速度小D天宫一号在该轨道上远地点距地面的高度比同步卫星轨道距地面的高度小解析由题意知天宫一号的轨道半径比同步卫星要小，由eq f(GMm,r2)eq f(mv2,r)知v eq r(f(GM,r)，即v天v同由eq f(GMm,r2)mreq f(42,T2)知T eq r(f(42r3,GM)，知T天a同应选项A、D正确11天宫一号被长征二号火箭发射后，准确进入预定轨道，如下图，天宫一号在轨道1上运行4周后，在Q点开启发动机短时间加速，关闭发动机后，天宫一号沿椭圆轨道2运

35、行到达P点，开启发动机再次加速，进入轨道3绕地球做圆周运动，天宫一号在图示轨道1、2、3上 图1正常运行时，以下说法正确的选项是(D)A天宫一号在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B天宫一号在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C天宫一号在轨道1上经过Q点的加速度大于它在轨道2上经过Q点的加速度D天宫一号在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度解析根据v eq r(f(GM,r)，可知v3v1，选项A错误；据 eq r(f(GM,r3)可知31，选项B错误；加速度与万有引力大小有关，r一样，则a一样，与轨道无关，选项C错误，选项D正确12. 一卫星绕*一行星外表附近做匀速圆

36、周运动，其线速度大小为v.假设宇航员在该行星外表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.引力常量为G，则这颗行星的质量为(B )A.eq f(mv2,GN)B.eq f(mv4,GN)C.eq f(Nv2,Gm)D.eq f(Nv4,Gm)解析设卫星的质量为m由万有引力提供向心力，得Geq f(Mm,R2)meq f(v2,R)meq f(v2,R)mg由条件：m的重力为N得Nmg由得geq f(N,m)，代入得：Req f(mv2,N)代入得Meq f(mv4,GN)，故B项正确13. 一行星绕恒星做圆周运动由天文观测可得，其运行周期为T，速度为v，引力常量

37、为G，则(ACD)A恒星的质量为eq f(v3T,2G)B行星的质量为eq f(42v3,GT2)C行星运动的轨道半径为eq f(vT,2)D行星运动的加速度为eq f(2v,T)解析由eq f(GMm,r2)eq f(mv2,r)meq f(42,T2)r得Meq f(v2r,G)eq f(v3T,2G)，A对；无法计算行星的质量，B错；req f(v,)eq f(v,f(2,T)eq f(vT,2)，C对；a2rveq f(2,T)v，D对14. 质量为m的探月航天器在接近月球外表的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动月球质量为M，月球半径为R，月球外表重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月

38、球自转的影响，则航天器的(AC )A线速度v eq r(f(GM,R)B角速度eq r(gR)C运行周期T2 eq r(f(R,g)D向心加速度aeq f(Gm,R2)解析由eq f(GMm,R2)meq f(v2,R)m2Rmeq f(42,T2)Rmgma得v eq r(f(GM,R)，A对；eq r(g/R)，B错；T2 eq r(f(R,g)，C对；aeq f(GM,R2)，D错15. 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，以下表述正确的选项是(BD )A卫星距地面的高度为 eq r(3,f(GMT2,42)B卫星的运行速度小于第一宇宙

39、速度C卫星运行时受到的向心力大小为Geq f(Mm,R2)D卫星运行的向心加速度小于地球外表的重力加速度解析天体运动的根本原理为万有引力提供向心力，地球的引力使卫星绕地球做匀速圆周运动，即F引F向meq f(v2,r)eq f(42mr,T2).当卫星在地表运行时，F引eq f(GMm,R2)mg(此时R为地球半径)，设同步卫星离地面高度为h，则F引eq f(GMm,Rh2)F向ma向mg，所以C错误，D正确由eq f(GMm,Rh2)eq f(mv2,Rh)得，v eq r(f(GM,Rh) eq r(f(GM,R)，B正确由eq f(GMm,Rh2)eq f(42mRh,T2)，得Rh e

40、q r(3,f(GMT2,42)，即h eq r(3,f(GMT2,42)R，A错误16. 北斗导航系统又被称为双星定位系统，具有导航、定位等功能北斗系统中两颗工作卫星1和2均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径均为r，*时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置，如图3所示假设卫星均顺时针运行，地球外表处的重力加速度为g， 图3地球半径为R，不计卫星间的相互作用力以下判断正确的选项是(AC)A两颗卫星的向心加速度大小相等，均为eq f(R2g,r2)B两颗卫星所受的向心力大小一定相等C卫星1由位置A运动到位置B所需的时间可能为eq f(7r,3R)eq r(f(r,g)D如果要使卫星1追上卫星

41、2，一定要使卫星1加速答案AC17. 航天飞行控制中心对嫦娥二号卫星实施屡次变轨控制并获得成功首次变轨是在卫星运行到远地点时实施的，紧随其后进展的3次变轨均在近地点实施嫦娥二号卫星的首次变轨之所以选择在远地点实施，是为了抬高卫星近 图4地点的轨道高度同样的道理，要抬高远地点的高度就需要在近地点实施变轨图4为嫦娥二号*次在近地点A由轨道1变轨为轨道2的示意图，以下说法中正确的选项是(A)A嫦娥二号在轨道1的A点处应点火加速B嫦娥二号在轨道1的A点处的速度比在轨道2的A点处的速度大C嫦娥二号在轨道1的A点处的加速度比在轨道2的A点处的加速度大D嫦娥二号在轨道1的B点处的机械能比在轨道2的C点处的机

42、械能大解析卫星要由轨道1变轨为轨道2需在A处做离心运动，应加速使其做圆周运动所需向心力meq f(v2,r)大于地球所能提供的万有引力Geq f(Mm,r2)，故A项正确，B项错误；由Geq f(Mm,r2)ma可知，卫星在不同轨道同一点处的加速度大小相等，C项错误；卫星由轨道1变轨到轨道2，反冲发动机的推力对卫星做正功，卫星的机械能增加，所以卫星在轨道1的B点处的机械能比在轨道2的C点处的机械能小，D项错误18. 2011年9月29日，中国首个空间实验室天宫一号在*卫星发射中心发射升空，由长征运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上，B点距离地面高度为h，地球的中心位于椭圆的一个

43、焦点上天宫一号飞行几周后进展变轨，进入预定圆轨道，如图5所示天宫一号 图5在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t，万有引力常量为G，地球半径为R.则以下说法正确的选项是(BD)A天宫一号在椭圆轨道的B点的向心加速度大于在预定圆轨道的B点的向心加速度B天宫一号从A点开场沿椭圆轨道向B点运行的过程中，机械能守恒C天宫一号从A点开场沿椭圆轨道向B点运行的过程中，动能先减小后增大D由题中给出的信息可以计算出地球的质量Meq f(Rh342n2,Gt2)解析在B点，由eq f(GMm,r2)ma知，无论在哪个轨道上的B点，其向心加速度一样，A项错；天宫一号在椭圆轨道上运行时，其机械能守恒，B项对；天宫一号从

44、A点开场沿椭圆轨道向B运行中，动能一直减小，C项错；对天宫一号在预定圆轨道上运行，有Geq f(Mm,Rh2)m(Rh)eq f(42,T2)，而Teq f(t,n)，故Meq f(Rh342n2,Gt2)，D项对19. 宇航员在月球上做自由落体实验，将*物体由距月球外表高h处释放，经时间t落到月球外表(设月球半径为R)据上述信息推断，飞船在月球外表附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为(B)A.eq f(2r(Rh),t)B.eq f(r(2Rh),t)C.eq f(r(Rh),t)D.eq f(r(Rh),2t)解析设在月球外表处的重力加速度为g则heq f(1,2)gt2，所以geq

45、 f(2h,t2)飞船在月球外表附近绕月球做匀速圆周运动时有mgmeq f(v2,R)所以veq r(gR) eq r(f(2hR,t2)eq f(r(2Rh),t)，选项B正确.20. 冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统，质量比约为71，同时绕它们连线上*点O做匀速圆周运动由此可知，冥王星绕O点运动的(A)A轨道半径约为卡戎的eq f(1,7)B角速度大小约为卡戎的eq f(1,7)C线速度大小约为卡戎的7倍D向心力大小约为卡戎的7倍解析此题是双星问题，设冥王星的质量、轨道半径、线速度分别为m1、r1、v1，卡戎的质量、轨道半径、线速度分别为m2、r2、v2，由双星问题的规律可得，两

46、星间的万有引力分别给两星提供做匀速圆周运动的向心力，且两星的角速度相等，故B、D均错；由Geq f(m1m2,L2)m12r1m22r2(L为两星间的距离)，因此eq f(r1,r2)eq f(m2,m1)eq f(1,7)，eq f(v1,v2)eq f(r1,r2)eq f(m2,m1)eq f(1,7)，故A对，C错.21. 宇航员在月球外表完成下面实验：在一固定的竖直光滑圆弧轨道内部的最低点，静止一质量为m的小球(可视为质点)，如下图当给小球一水平初速度v0时，刚好能使小球在竖直平面内做完整的圆周运动圆弧轨道半径为r，月球的半径为R，万有引力常量为G.假设在月球外表发射一颗环月卫星，所

47、需最小发射速度为( A )22 一颗正在绕地球转动的人造卫星，由于受到阻力作用则将会出现( B )A速度变小 B动能增大C角速度变小 D半径变大23. 如下图，a、b、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的 3 颗卫星，以下说法正确的选项是( D )Ab、c 的线速度大小相等，且大于 a 的线速度Bb、c 的向心加速度大小相等，且大于 a 的向心加 速度Cc 加速可追上同一轨道上的 b，b 减速可等候同一 轨道上的 cDa 卫星由于*原因，轨道半径缓慢减小，其线速 度将增大24. 飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点 343 千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为 343 千米的圆轨道，在此圆轨道上飞

48、船运行周期约为 90 分钟如下图，以下判断正确的选项是 BC A. 飞船变轨前后的机械能相等B. 飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态C. 飞船在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度D. 飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度25. 中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大，现有一中子星，观测到它的自转周期为T=1/30 s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。(引力常量 G=6.6710-11 Nm2/kg2)26. 英国新科学家New Scientist杂志评选出了2008年度世

49、界8项科学之最，在*TEJ1650-500双星系统中发现的最小黑洞位列其中，假设*黑洞的半径约45km，质量和半径的关系满足其中为光速，为引力常量，则该黑洞外表重力加速度的数量级为( C ) A B C D【解析】处理此题要从所给的材料中，提炼出有用信息，构建好物理模型，选择适宜的物理方法求解。黑洞实际为一天体，天体外表的物体受到的重力近似等于物体与该天体之间的万有引力，对黑洞外表的*一质量为m物体有：，又有，联立解得，带入数据得重力加速度的数量级为，C项正确。27、天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞人马座A*的质量与太阳质量的倍数关系。研究发现，有一星体S2绕人马座A*做椭圆运动

50、，其轨道半长轴为9.50102天文单位地球公转轨道的半径为一个天文单位，人马座A*就处在该椭圆的一个焦点上。观测得到S2星的运行周期为15.2年。假设将S2星的运行轨道视为半径r=9.50102天文单位的圆轨道，试估算人马座A*的质量MA是太阳质量Ms的多少倍(结果保存一位有效数字)；黑洞的第二宇宙速度极大，处于黑洞外表的粒子即使以光速运动，其具有的动能也缺乏以克制黑洞对它的引力束缚。由于引力的作用，黑洞外表处质量为m的粒子具有势能为Ep=-G(设粒子在离黑洞无限远处的势能为零)，式中M、R分别表示黑洞的质量和半径。引力常量G=6.710-11Nm2/kg2，光速c=3.0108m/s，太阳质

51、量Ms=2.01030kg，太阳半径Rs=7.0108m，不考虑相对论效应，利用上问结果，在经典力学*围内求人马座A*的半径RA与太阳半径之比应小于多少结果按四舍五入保存整数。答案：1，2【解析】1S2星绕人马座A*做圆周运动的向心力由人马座A*对S2星的万有引力提供，设S2星的质量为mS2，角速度为，周期为T，则 = 1 * GB3 = 2 * GB3 设地球质量为mE，公转轨道半径为rE，周期为TE，则 = 3 * GB3 综合上述三式得式中 TE=1年 = 4 * GB3 rE=1天文单位 = 5 * GB3 代入数据可得 = 6 * GB3 2引力对粒子作用不到的地方即为无限远，此时料

52、子的势能为零。处于黑洞外表的粒子即使以光速运动，其具有的动能也缺乏以克制黑洞对它的引力束缚，说明了黑洞外表处以光速运动的粒子在远离黑洞的过程中克制引力做功，粒子在到达无限远之前，其动能便减小为零，此时势能仍为负值，则其能量总和小于零，则有 = 7 * GB3 依题意可知 ，可得 = 8 * GB3 代入数据得 = 9 * GB3 能力提升1.牛顿以天体之间普遍存在着引力为依据，运用严密的逻辑推理，建立了万有引力定律。在创立万有引力定律的过程中，牛顿A承受了胡克等科学家关于吸引力与两中心距离的平方成反比的猜测B根据地球上一切物体都以一样加速度下落的事实，得出物体受地球的引力与其质量成正比，即Fm的结论C根据Fm和牛顿第三定律，分析了地月间的引力关系，进而得出Fm1m2D根据大量实验数据得出了比例系数G的大小2.*行星绕太阳运行的椭圆轨道如图1所示，E和F 是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速度比在B点的速度大，则太阳位于 A.F B.A C.B D.E3