【速度】2020学年高考物理专题05万有引力与航天备考强化训练11万有引力定律及其应用新人教版

文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.【关键字】速度强训11

万引定及应本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题题及其它极有备考价值的习题等筛选而成。其主要目的在于理解万有引力定律，能运用万有引力定律来分析天体的运.了解人造地球卫星的有关知识进有关天体质量的估算道平行的计算等一些简单的计算这些题的特点是把物理基础识与航空航天技术中的最新成果联系起来利于提高学生的学习兴趣，有利于理论联系实.一、破解依据㈠两个重要定律⑴开普勒第三定律其，仅与心天体的性质有关⑵万有引力定律。㈡两种基本思想⑴地面附近物体的万有引力即重力⑵卫星的向心力即中心天体提供的万有引力㈢中心天体的质量和度㈣匀速圆运动的人造卫星⑴线速度、第一、二、三宇宙速度；,⑵角速度⑶周期（）；⑷加速度（特殊地）⑸黄金代换注：以上各式中均有㈤变轨原理及其应用匀速圆动离心运动径增大⑶近心运动半径减小。㈥同卫星：⑴线速度；⑵角速度；⑶周期；⑷向心加速度；⑸轨道半径；⑹对地高度；㈦万有引力与重力：⑴地面上的物体，引力为；向心力；重力。其中，为地面某点的纬度。⑵同纬度、高空中的物体，，不计自转，引力等于重力，且随高度增加而增大。㈧功能关系：卫星轨道半径（或高度）增加，由于克服引力做功，因而动能减少；反之则反。不计发射过程由于大气阻力所致能量损失，系统的机械能守恒。二、精选题㈠选择题（每小题5分共50）⒈（17北京）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()A．地球的半径及重力加速度(不虑地球自)B．人造卫星在地面附近绕地球圆周运动的速度及周期C．月球绕地球做圆周运动的周及月球与地球间的距离D．地球绕太阳做圆周运动的周及地球与太阳间的距离⒉（17新标Ⅱ）如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运P为日点，Q为日点，MN为轨道短轴的两个端点，运行的周期为。若只考虑王星和太阳之间的相互作用，则1档来源:网络收集整理word本可编.

文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.海王星在从P经M、Q的动过程中A从PM所用的间等于B从Q到N阶，机械能逐渐变大C．P到阶，速率逐渐变小D．M到N段，万有引力对它先做负功后做正功（17江苏）天一号货飞船于日在文昌航天发射中心成功射升空．天二号空实验室对接前，天一在地面约的圆轨道上飞行，则()A．角速度小于地球自转角速度B．线速度小于第一宇宙速度C．周期小于地球自转周期D．向心加速度小于地面的重力速度（课标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地同步卫星的轨道半径约为地球半径的倍设球的自转周期变小，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（）⒌17海）已知地球质量为月球质量的倍地球半径约为月球半径的倍．若在月球和地球表面同样高度处相的初速度水平抛出物体出与落地点间的水平距离分别为和，则约为（）A9B．6C：D16全）2017年月，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(可视圆轨道运行．与天宫二号单独运行时相比，组合体运行()A．周期变大B．速率变C．动能变大D．向心加度变大（15福）14.如图，若两颗人造卫和均绕地球做匀速圆周运动，、到地心的距离分别为、，线速度大小分别为.（）图3（15新课Ⅰ我发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月球表面附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高做一次悬停（可认为2档来源:网络收集整理word本可编.

文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.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

9

kg

，地球质量约为月球的81倍，球半径为月球的3.7倍地球表面的重力加速度大小约为m/

。次探测器（）A．在着陆前瞬间，速度大小约8B．悬停时受到的反冲作用力约2NC．从离开近月圆轨道到着陆这时间内，机械能守恒D．在近月圆轨道上运行的线速小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度（15山）图4，拉格朗日点L1位于球月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下可月球一起以相同的周期绕地球运动据此科家设想在拉格朗日点L1建立间站，使其与月球同周期绕地球运动。以1、

2分表示该空间站和月球向心加速度的大小，（）

3

表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是图-A．

23

B．

2

C．

312

D．

31（16北京如图-5所，一颗人造卫星原来在椭圆轨道绕地E运，在变轨后进入轨道2做速圆周运动列说法正确的是（）A.不论在轨道1还是轨道2运，的速度都相同B.不论在轨道1还是轨道2运，星在P点的加速度都相同3档来源:网络收集整理word本可编.

文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.C.卫星在轨道1的任位置都具有相同加速度D.卫星在轨道2的任位置都具有相同动量㈡空（10分⒒（16上海）（4分）颗星绕地球运行的周期之比为27:1，它们的角速度之比为_________，轨道半径之比___________。天津)(6分我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体组合体在距地面高为圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，已知地球的半径为，地球表面处重力加速度，且不考虑地球自转的影响．则组合体运动的线速度大小________向心加速度大小为________．㈢算（40分）

图6⒔山“变式(10分年国相继完成“神十”与“天宫”对接嫦娥”携“玉兔”落月两大航天工程天好者提出“玉兔”回家的设想7带玉兔”的返回系统由月球表面发射到高度轨道上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，月球半径为R，月的重力加速度为g。以月面为零势能面。“玉兔”在h高的引力势能可表示为

GMmh)

，其中G为力常量，M为球质量，若忽略月球的自转，求：⑴月球的第一宇宙速度；⑵从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功。图-⒕（16江）（15分据道，一法国影师拍到“天宫一号”空间站飞过太阳的瞬间．照片中，“天宫一号”的太阳帆板轮廓清晰可见．如-所，假设“天宫一号”正以速度v=7.7km/s绕球做匀圆周运动运动方向与太阳帆板两端M的线垂直、N间的离L=20m，地磁场的磁感应强度垂直于、所在平面的分量=1.0×10太阳帆板视为导体．（1）求MN间感电动势的大小E；4档来源:网络收集整理word本可编.

T，将

文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.（2）在太阳帆板上将一只“1.5V，0.3W”的小灯泡与MN相连成闭合电路，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；（3）取地球半径=6.4×10km，地球表面的重力加速度=9.8m/s，试估算“天宫一号”距离地球表面的高度（计算结果保留一位有效数字）．图8⒖（14四川（15分）墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪世界发生革命性的变化发者由此获得2010年诺贝尔物理学奖用石墨烯制超级缆绳类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现科家们设想通地球同轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站电梯仓沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物资交换．(1)若“太空电梯”将货物从赤基站运到距地面高度为的步轨道站，求轨道站内质量为m的物相对地心运动动能．设地球自转角速度为ω，地球半径为R.(2)当电梯仓停在距地面高度h＝4的站点时，求仓内质量＝50kg的对水平地板的压力大小．取地面附近重力加速度取10m/s，球自转角速度ωrad/s，地球半径R＝6.4×10km.图9四)做（16江苏）图示，两质量相等的卫星AB地球做匀速圆周运动，用、、E、S分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-A.>B

B.EEAb

C.B

D.

3A2A

B2B17.（15安徽）（14分）三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，存在着一种运动形:三颗星体在相互之间的万有引力作用下位等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心在三形所在的平面内做相同角速度的圆周运动（图-11示、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况）。若A星质为2，B、C两体的质量均为，三角形边长为a。：图-（1）星所受合力大小F；5档来源:网络收集整理word本可编.

月月日文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.月月日（2）星所受合力大小F；（3）星的轨道半径R；（4）三星体做圆周运动的周期T。（14全）（22）知球的自转周期和半径分别为T和地球同步卫星的圆轨道半径为。卫星B沿半为r(r<h)的圆轨道在地球赤道的正上方运,其运行方向与地球自转方向相同。:(1)卫星B做周运动的周;(2)卫星A和B连地不能直接讯的最长时间间(信号传输时间可忽)。三参答㈠择⒈答】【析在球表面附近在不考虑地球自转的情况体所受重力等于地球对物体的万有引力

GMm2

mg

可得

gR

2

能出地球质量据有力提供卫星、月球、地球做圆周运动的向心力，由

GMmvT，vTπR，解得R2πG

；由m(2rr月

2r3，解得M；由2月

GMπ日M()2rr日日

，会消去两边的M；故BC能求出地球质量D不求出。⒉答】CD【析从P到Q的时间为

12

T根据开普勒行星运动第二定律可知，到M运动的速率大于从到Q运动速率，可知到所的时间小于

14

T选项误；海王星在运动过程中只受太阳的引力作用机械能守恒选误根据开普勒行星运动第二定律可知，从P到Q阶段，速率逐渐变小，选项C正确；从M到N阶，万有引力对它先做负功后做正功，选项D正；故选CD⒊答】BCD【析天舟一号”的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，所以“天舟一号”比同步卫星转动得快角速度大期短而球自转的角速度和周期与地球同步卫星的相同，所以“天舟一号”的角速度比地球自转角速度大，周期短，故A错C正．“天舟6档来源:网络收集整理word本可编.

文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.一号”的轨道半径大于近地卫星的轨道半径以“天舟一号”比近地卫星的线速度小心加速度小地星的线速度是第一宇宙速度地星的向心加速度等于地面的重力加速度“舟一号”的线速度小于第一宇宙速度加度小于地面的重力加速度，故B正．⒋答】【析地球自转周期变小星要与地球保持同步卫星的公转周期也随之变小，4r由Gmr可则卫星离地球的高度应变实现三颗卫星覆盖全球rT的目的，则卫星周期最小时，由数学几何关系可作出右图。由几何关系得，卫星的轨道半径为r

R

①由开普勒第三定律

rrT

，代入题中数据，得(6.6)24

rT

②由①②解得

Th⒌答】．【解析】设月球质量为M′，半径为R′，地球质量为，半径为．已知M4,.MR根据万有引力等于重力得

Mm2

由此解得

g

GMR进而就有由题意从同样高度抛出，

16

①h

11gt22

②，①、②联立，解得

t

94

t

，在地球上的水平位移在月球上的水平位移

s=vt，s′=v′；因此

s:s月

地

:4

，故仅有A正，BCD错；⒍答】【析由天体知识可知＝2

R，＝GM

GM，＝，半径不变，周期T、率R27档来源:网络收集整理word本可编.

T文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.Tv、加速度a的大均不变，故A、D错误速率v不，组合体质量m变，故动能E1＝mv大，正确2⒎答】【析由题意知，两颗造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据Mm2Gr2r

，得：

GMvr，1rr21

，故A正；、C、D错。⒏答】、D【析在中天体表面上万有引力供重力：GM812力加速度g0.17g1.66m/月地(3.7)

Mm2

,则可月球表面的重根据平衡条件，探测器悬停时受到的反作用力F

探

m探月

3

N

，选项B正确器自由下落v

2

2g月

,得出着落前瞬间的速度

3.6m/s

,选项A错；从离开近月圆轨道关发动机仅在月球引力作用下机械能守恒离开近月轨道后还有制动悬停，发动机做了功，机械能不守恒，故选C误；在近月圆轨道万有引力提供向心力：

2R2

,解运行的线速度亦即其小于近地卫星线速度，选项正确⒐答】【析空间站建在拉格朗日点，故周期等于月球绕地球转动的周期，根据可2

球与同步卫星都是由地球的有引力提供向心力作圆周运动，而同步卫星的半径小根据

a

GMr

可知

a23

综所述，31

选D正。⒑答】【析从1到2，需要加速逃A；

ma可得a,径相同，加速2度相同，卫星在椭圆轨道1上运时，运动半径变化a变C错B对；卫星在圆形轨道2上动时，过程中的速度方向刻改变，所以动量方向不同D错。㈡空⒒答】1:27；9:18档来源:网络收集整理word本可编.

月文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.月【析据题意，卫星饶地球做匀速圆周运动，卫星的运行角速度与周期系为：

2

，即角速度与周期成反比，则

T1T

；两颗卫星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则有：

Mmmr2r

，即

r

r，所以有：122r

91

。ggR2⒓答】，。(R)2【析在地球表面附近物体所受重力和万有引力近似相等，有

Mm2

，航Mmv2天器绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，有mma(R)2R)

，解得：线速度

g

，向心加速度

gR2(R)

。㈢算⒔答】

GMR1，)R

。【析⑴设月球第一宇宙速度为v万有引力提供向心力，可有由此解得

v

GM⑵试题分析：在月球表面上，

Mm2

mg

月

，而在距离月球表面h高时则v2(R)2R)在高h处兔的动能mgE2(R))

，而将玉兔发送到该处时，对它做的功应等于它在该处的机械能，即对它做的功为WEE

月R

)

。：⒕答】（1）1.54V（2不能（）4×105m【析（1）法拉第电磁感应定律，入数据得E=1.54V;(2)不能，因为穿过闭合回路的通量不变，不产生感应电流。（3）在地面：

MmR

9档来源:网络收集整理word本可编.

2222匀速圆周运动：

G

文档来源为从网络收集整.word版可编辑欢下载支.mR)R解得：

gRv

2

,代入数据得:1⒖答】(1)mω(＋)(2)11.52【析(1)设货物相对地心的距离为r，线速度为v，则r＋①vω②1货物相对地心的动能为E＝v

③联立①②③得

1E＝m

()④(2)设地球质量为相对地心的距离为r心加速度为a地的万有引力为F，则r＋aωF＝rGMg＝R

⑤⑥⑦⑧设水平地板对人的支持力大小为，