二、高考万有引力知识点、练习题及答案讲解和高考题

万川教育·博学堂——————————————————学生姓名辅导老师学生电话老师电话上课内容<万有引力>第一部分——高考要求——考纲内容1、万有引力定律及其应；2、环绕速度；3、第二宇宙速度和第三宇宙速度。二、能力要求1、掌握万有引力定律的内容，并能够用万有引力定律求解相关问题；2、理解第一宇宙速的意义；3、了解第二宇宙速度和第三宇宙速度。三、考向定位万有引力定律是高考的必考内容，也是全国高考命题的一个热点内容。考生要熟练掌握该定律的内容，还要知道其主要应用，要求能够结合该定律与牛顿第二定律估算天体质量、密度、计算天体间的距离（卫星高度）、以及分析卫星运动轨道等相关问题。要理解环绕速度实际上是卫星在天体表面做匀速圆周运动时的线速度。由于高考计算题量减少，故本节命题应当会以选择题为主，难度较以前会有所降低。第二部分——知识点——一、基础知识1、开普勒运动定律(1)开普勒第一定律：所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上．开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等．开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等．2、万有引力定律(1)内容：宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比．(2)公式：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．3、万有引力和重力（1）重力是万有引力产生的；（2）重力实际上是万有引力的一个分力；（3）另一个分力就是物体随地球自转时需要的向心力；（4）重力加速度g随着纬度的增加而增加；（5）重力加速度g随着高度的增加而减小。二、重要推论1、两个星球加速度之比（1）推导：设天体表面重力加速度为g,天体半径为R，由mg=得g=,由此推得两个不同天体表面重力加速度的关系（2）结论：2、天体质量和密度的公式1、推导：由G=mr可推导。2、结论：注意：（1）R指行星的半径（2）r指卫星做圆周运动的半径（3）由上式可知，只要用实验方法测出卫星做圆周运动的半径r及运行周期T，就可以算出天体的质量M．若知道行星的半径则可得行星的密度。——第三部分——专题研究一、卫星的绕行角速度、周期与高度的关系（1）由，得，∴当h↑，v↓（2）由G=mω2（r+h），得ω=，∴当h↑，ω↓（3）由G，得T=∴当h↑，T↑二、三种宇宙速度（1）第一宇宙速度（环绕速度）：v1=7.9km/s，人造地球卫星的最小发射速度。也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度。（2）第二宇宙速度（脱离速度）：v2=11.2km/s，使卫星挣脱地球引力束缚的最小发射速度。（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：v3=16.7km/s，使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。三、第一宇宙速度的计算（1）方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力．由规律G=m，v=。当h↑，v↓可得在地球表面附近卫星的速度是它运行的最大速度。其大小为r＞＞h（地面附近）时，=7．9×103m/s（2）方法二：在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力．．当r＞＞h时．gh≈g可得到第一宇宙速度v1＝=7．9×103m/s第一宇宙速度是在地面附近h＜＜r卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度．四、两种最常见的卫星1、近地卫星（1）近地卫星的轨道半径r可以等于地球半径R（2）线速度大小为v1=7.9×103m/s（3）周期为T=5.06×103s=84min。（4）是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的最大线速度和最小周期。2、同步卫星。“同步”的含义就是和地球保持相对静止所以其周期等于地球自转周期，即T=24h同步卫星的线速度v==3.07×103m/s五、卫星的超重和失重（1）卫星进入轨道前加速过程，卫星上物体超重(2)卫星进入轨道后正常运转时，卫星上物体完全失重六、人造天体在运动过程中的能量关系（1）当人造天体具有较大的动能时，它将上升到较高的轨道运动；（2）而在较高轨道上运动的人造天体却具有较小的动能；（3）如果人造天体在运动中动能减小，它的轨道半径将减小，在这一过程中，因引力对其做正功，故导致其动能将增大。（4）同样质量的卫星在不同高度轨道上的机械能不同；（5）同样质量的卫星，轨道半径R越大，即离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越困难。——第四部分——例题讲解问题1、同步卫星问题：例1.地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为，绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略）所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为；地球同步卫星所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为；地球表面重力加速度为，第一宇宙速度为，假设三者质量相等，则答案：D A. B.C. D.考题1：发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点（如图所示），则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运动时，下列说法正确的是BDA.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道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点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度【例3】我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。“一号”是极地圆形轨道卫星。其轨道平面与赤道平面垂直，周期是12h；“二号”是地球同步卫星。两颗卫星相比号离地面较高；号观察范围较大；号运行速度较大。若某天上午8点“风云一号”正好通过某城市的上空，那么下一次它通过该城市上空的时刻将是。解析：根据周期公式T=知，高度越大，周期越大，则“风云二号”气象卫星离地面较高；根据运行轨道的特点知，“风云一号”观察范围较大；根据运行速度公式V=知，高度越小，速度越大，则“风云一号”运行速度较大，由于“风云一号”卫星的周期是12h，每天能对同一地区进行两次观测，在这种轨道上运动的卫星通过任意纬度的地方时时间保持不变。则下一次它通过该城市上空的时刻将是第二天上午8点。【例4】可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条件（）A．与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆B．与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的解析：卫星绕地球运动的向心力由万有引力提供,且万有引力始终指向地心，因此卫星的轨道不可能与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆，故A是错误的。由于地球在不停的自转，即使是极地卫星的轨道也不可能与任一条经度线是共面的同心圆，故B是错误的。赤道上的卫星除通信卫星采用地球静止轨道外，其它卫星相对地球表面都是运动的，故C、D是正确的。【例5】侦察卫星在通过地球两极上的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为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的情况下全都拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄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。解析：如果周期是12小时，每天能对同一地区进行两次观测。如果周期是6小时，每天能对同一纬度的地方进行四次观测。如果周期是小时，每天能对同一纬度的地方进行n次观测。设上星运行周期为T1，则有物体处在地面上时有解得：在一天内卫星绕地球转过的圈数为，即在日照条件下有次经过赤道上空，所以每次摄像机拍摄的赤道弧长为，将T1结果代入得【例6】在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫星，下面说法中正确的AA．它们的质量可能不同 B．它们的速度可能不同C．它们的向心加速度可能不同 D．它们离地心的距离可能不同【例7】地球同步卫星到地心的距离r可由求出，已知式中a的单位是m，b的单位是s，c的单位是m/s2，则：A．a是地球半径，b是地球自转的周期，C是地球表面处的重力加速度；B．a是地球半径。b是同步卫星绕地心运动的周期，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是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，C是地球表面处的重力加速度。解析：由万有引力定律导出人造地球卫星运转半径的表达式，再将其与题给表达式中各项对比，以明确式中各项的物理意义。AD正确。【例8】我国自制新型“长征”运载火箭，将模拟载人航天试验飞船“神舟三号”送入预定轨道，飞船绕地球遨游太空t＝7天后又顺利返回地面。飞船在运动过程中进行了预定的空间科学实验，获得圆满成功。①设飞船轨道离地高度为h，地球半径为R，地面重力加速度为g.则“神舟三号”飞船绕地球正常运转多少圈?(用给定字母表示)。②若h＝600km，R＝6400km，则圈数为多少?解析：（1）在轨道上① v=② 在地球表面：=mg③ 联立①②③式得：T=故n= ②代人数据得：n=105圈类型五双星问题：【例9】两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。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。解析：设两星质量分别为M1和M2，都绕连线上O点作周期为T的圆周运动，星球1和星球2到O的距离分别为l1和l2。由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得M1：G＝M1（）2l1∴M2＝对M2：G＝M2（）2l2∴M1＝两式相加得M1＋M2＝（l1＋l2）＝。类型六飞船变轨问题剖析P地球P地球Q轨道1轨道2由得，，当飞船等天体做变轨运动时，轨道半径发生变化，从而引起、T及的变化。卫星由轨道1的远地点P火箭发动机点火加速，当万有引力刚好等于向心力时，轨道由椭圆变成圆周轨道，此时卫星的机械能增加。但由于轨道半径变大，线速度角速度向心加速度均变大。例1．（05江苏）某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆．由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r1慢慢变到r2，用EKl．EK2分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则(A)r1<r2，EK1<EK2(B)r1>r2，EK1<EK2(C)r1<r2，EK1>EK2(D)r1>r2，EK1>EK2误区警示本题中由于阻力作用会误因为＜，错选D。深刻理解速度是由高度决定的，加深“越高越慢”的印象，才能走出误区。解析由于阻力使卫星高度降低，故r1>r2，由知变轨后卫星速度变大，动能变大EK1<EK2，也可理解为卫星在做向心运动时引力做功大于克服阻力做功，故动能增加大，故B正确。例2人造飞船首先进入的是距地面高度近地点为200km，远地点为340km的的椭圆轨道，在飞行第五圈的时候，飞船从椭圆轨道运行到以远地点为半径的圆行轨道上，如图所示，试处理下面几个问题（地球的半径R=6370km，g=9.8m/s2）：P地球QP地球Q轨道1轨道2到P点时点火，使飞船沿圆轨道２运行，以下说法正确的是A．飞船在Q点的万有引力大于该点所需的向心力B．飞船在P点的万有引力大于该点所需的向心力C．飞船在轨道1上P的速度小于在轨道2上P的速度D．飞船在轨道1上P的加速度大于在轨道2上P的加速度例3．发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送人同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道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点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度解析：对卫星来说，万有引力提供向心力，，得，，，而，即，，A不对B对。1轨道的Q点与2轨道的Q点为同一位置，加速度a相同。同理2轨道的P点与3轨道的P点a也相同，C不对D对。答案BD例4．我国的国土范围在东西方向上大致分布在东经到东经，所以我国发射的通信卫星一般定点在赤道上空3.6万公里，东经附近，假设某颗通信卫星计划定点在赤道上空东经的位置，经测量刚进入轨道时位于赤道上空3.6万公里，东经处，为了把它调整到处，可以短时间启动卫昨上的小型喷气发动机调整卫星的高度，改变其周期，使其“漂移”到预定经度后，再短时间启动发动机调整卫星的高度，实现定点，两次调整高度的方向依次是A、向下、向上B、向上、向下C、向上、向上D、向下、向下解析题目是要求发射同步卫星，向东调整一些，但最后高度和速度均不变，故先向下调低轨道，卫星角速度变大，相对地球向东运动，再向上调高轨道，角速度减小，可与地球相对静止。答案A例6．俄罗斯“和平号”轨道空间站因超期服役和缺乏维持继续在轨道运行的资金，俄政府于2000年底作出了将其坠毁的决定，坠毁过程分两个阶段，首先使空间站进人无动力自由运动状态，因受高空稀薄空气阻力的影响，空间站在绕地球运动的同时缓慢向地球靠近，2001年3月，当空间站下降到距地球320km高度时，再由俄地面控制中心控制其坠毁。“和平号”空间站已于2001年3月23日顺利坠入南太平洋预定海域。在空间站自由运动的过程中①角速度逐渐减小②线速度逐渐减小③加速度逐渐增大④周期逐渐减小⑤机械能逐渐增大以上叙述正确的是A、①③④B、②③④C、③④⑤D、③④解析本题实质考查对卫星等天体变轨运动的动态分析能力。整体上看,卫星的轨道高度和运行速度发生连续的变化,但微观上,在任一瞬间,卫星还是可以近似看作在圆形轨道上运动,由知r减小时T亦减小;由,及知卫星在轨运行的动能，有>，但在降低轨道高度时,重力做正功,阻力做负功,故总机械能应是不断减少的。空间站由远地轨道向近地轨道移动时，受地球引力变大，故加速度增大；由知v变大，T变小而变大。答案D总结：人造卫星及天体的运动都近似为匀速圆周运动。当天体做变轨运动时关键看轨道半径的变化，然后根据公式判断线速度、角速度和周期的变化。注意变轨速度和运行速度的区别!!!

在匀速圆周运行过程中,由万有引力提供向心力公式,速度与R成反比,远轨道上的卫星速度小.

在变轨过程中:

1.加速时,由向心力表达式,向心力增大,此时万有引力不足以提供向心力,卫星离心飞出,即进入远轨道.稳定运行后,速度小于近轨道的速度.卫星的机械能增加。

2.减速时,向心力减小,万有引力大于向心力,做向心运动,即向内轨道变轨.稳定运行后,速度大于远轨道的速度.卫星的机械能减少。

所以,在这个问题中,后面的卫星先减速,向心运动到内轨运行,由于速度较快,会追上另一卫星,再加速离心,变回原来轨道,就和另一卫星同轨道并且追上了.——第五部分——连接高考2000-2008年高考试题分类汇编：万有引力与航天第一部分：选择题1、（08全国卷1）17.已知太阳到地球与地球到月球的距离的比值约为390，月球绕地球旋转的周期约为27天.利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出太阳对月球与地球对月球的万有引力的比值约为A.0.2B.2C.20D.200答案：B解析：设太阳质量M，地球质量m，月球质量m0，日地间距离为R，月地间距离为r，日月之间距离近似等于R，地球绕太阳的周期为T约为360天，月球绕地球的周期为t=27天。对地球绕着太阳转动，由万有引力定律：GEQ\F(Mm,R2)=mEQ\F(4π2R,T2)，同理对月球绕着地球转动：GEQ\F(mm0,r2)=m0EQ\F(4π2r,t2)，则太阳质量与地球质量之比为M:m=EQ\F(R3T2,r3t2)；太阳对月球的万有引力F=GEQ\F(Mm0,R2)，地球对月球的万有引力f=GEQ\F(mm0,r2)，故F:f=EQ\F(Mr2,mR2)，带入太阳与地球质量比，计算出比值约为2，B对。2、（08北京卷）17．据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200km,运用周期127分钟。若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能求出的是A．月球表面的重力加速度 B．月球对卫星的吸引力C．卫星绕月球运行的速度 D．卫星绕月运行的加速度答案：B【解析】因为不知道卫星的质量，所以不能求出月球对卫星的吸引力。3、（08四川卷）20．1990年4月25日，科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空，使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展。假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行。已知地球半径为6.4×106m，利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×107m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期。以下数据中最接近其运行周期的是A．0.6小时B．1.6小时C．4.0小时D．24小时答案：B解析：由开普勒行星运动定律可知，恒量，所以，r为地球的半径，h1、t1、h2、t2分别表示望远镜到地表的距离，望远镜的周期、同步卫星距地表的距离、同步卫星的周期（24h），代入数据得：t1=1.6h．4、（08江苏卷）1．火星的质量和半径分别约为地球的和，地球表面的重力加速度为g，则火星表面的重力加速度约为A．0.2gB．0.4gC．2.5gD．5g答案：B解析：考查万有引力定律。星球表面重力等于万有引力，GEQ\F(Mm,R2)=mg，故火星表面的重力加速度EQ\F(g火,g)=EQ\F(M火R地2,M地R火2)=0.4，故B正确。5、（08山东卷）18、据报道．我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月l日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是A．运行速度大于7.9Kg/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大D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等答案：BC解析：由题目可以后出“天链一号卫星”是地球同步卫星，运行速度要小于7.9,而他的位置在赤道上空，高度一定，A错B对。由可知，C对。由可知，D错。【高考考点】万有引力定律在航天中的应用。【易错提醒】D选项，不能应用，凭借直观感觉选上此选项。这几年航天事业在我国的高速发展，这块知识对考生的考查尤为重要，不管是全国那个省份，这是必考内容，所以，关注航天动向，有利于我们的备考。6、（08广东文科基础）55.发现万有引力定律的物理学家是A.库仑B.伽利略C.牛顿D.爱因斯坦【答案】C【解析】由物理学史可知选项C正确。7、（08广东理科基础）5．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所受万有引力F与轨道半径r的关系是A．F与r成正比B．F与r成反比C．F与r2成正比D．F与r2成反比【答案】D【解析】根据可知，选项D正确。8、（08广东理科基础）8．由于地球的自转，使得静止在地面的物体绕地轴做匀速圆周运动。对于这些做匀速圆周运动的物体，以下说法正确的是A．向心力指向地心B．速度等于第一宇宙速度C．加速度等于重力加速度D．周期与地球自转的周期相等【答案】D【解析】静止在地面上的物体饶地轴做匀速圆周运动，故向心力指向地轴，速度不等于第一宇宙速度，加速度也不等于重力加速度，但是周期与地球自转周期相等，选项D正确。9、（08广东卷）12．图是“嫦娥一导奔月”示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测，下列说法正确的是A．发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度B．在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关C．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比D．在绕月轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力【答案】C【解析】由于发射过程中多次变轨，在开始发射时其发射速度必须比第一宇宙速度大，不需要达到第三宇宙速度，选项A错误。在绕月轨道上，根据可知卫星的周期与卫星的质量无关，选项B错误，选项C正确。由于绕月球运动，地球对卫星的引力较小，故选项D错误。10、（08上海卷理科综合）有同学这样探究太阳的密度：正午时分让太阳光垂直照射一个当中有小孔的黑纸板，接收屏上出现一个小圆斑；测量小圆斑的直径和黑纸板到接收屏的距离，可大致推出太阳直径。他掌握的数据是：太阳光传到地球所需的时间、地球的公转周期、万有引力恒量；在最终得出太阳密度的过程中，他用到的物理规律是小孔成像规律和（）A.牛顿第二定律B.万有引力定律C.万有引力定律、牛顿第二定律D.万有引力定律、牛顿第三定律【答案】C【解析】根据万有引力定律和牛顿第二定律可得太阳的质量，根据小孔成像规律和相似三角形的知识可得太阳的直径D，故可求出太阳的密度。11、（07广东理科基础）1、现有两颗绕地球匀速圆周运动的人造地球卫星A和B，它们的轨道半径分别为rA和rB。如果rA＜rB，则AA．卫星A的运动周期比卫星B的运动周期大B．卫星A的线速度比卫星B的线速度大C．卫星A的角速度比卫星B的角速度大D．卫星A的加速度比卫星B的加速度大12、（07江苏）2假设太阳系中天体的密度不变，天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半，地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动，则下列物理量变化正确的是BCA．地球的向心力变为缩小前的一半B．地球的向心力变为缩小前的C．地球绕太阳公转周期与缩小前的相同D．地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半13、（07宁夏理综）3、天文学家发现了某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动，并测出了行星的轨道半径和运行周期。由此可推算出CA．行星的质量B．行星的半径C．恒星的质量D．恒星的半径14、（07全国理综Ⅰ）4据报道，最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍，一个在地球表面重量为600N的人在这个行星表面的重量将变为960N，由此可推知该行星的半径与地球半径之比约为BA．0.5 B．2. C．3.2 D．415、（07全国理综Ⅱ）5、如图所示，一带负电的质点在固定的正的点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动，周期为T0，轨道平面位于纸面内，质点的速度方向如图中箭头所示。现加一垂直于轨道平面的匀强磁场，已知轨道半径并不因此而改变，则AD+vA．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将大于T+vB．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将小于T0C．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将大于T0D．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将小于T016、（07全国理综Ⅱ）6、假定地球，月球都静止不动，用火箭从地球沿地月连线向月球发射一探测器。假定探测器在地球表面附近脱离火箭。用W表示探测器从脱离火箭处飞到月球的过程中克服地球引力做的功，用Ek表示探测器脱离火箭时的动能，若不计空气阻力，则BDA．Ek必须大于或等于W，探测器才能到达月球B．Ek小于W，探测器也可能到达月球C．Ek＝W，探测器一定能到达月球D．Ek＝W，探测器一定不能到达月球17、（07山东理综）7、2007年4月24日，欧洲科学家宣布在太阳之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581c。这颗围绕红矮星Gliese581运行的星球有类似地球的温度，表面可能有液态水存在，距离地球约为20光年，直径约为地球的1.5倍，质量约为地球的5倍，绕红矮星Gliese581运行的周期约为13天。假设有一艘宇宙飞船飞临该星球表面附近轨道，下列说法正确是BcA．飞船在Gliese581c表面附近运行的周期约为13天B．飞船在Gliese581c表面附近运行时的速度大于7.9km/sC．人在Gliese581c上所受重力比在地球上所受重力大D．Gliese581c的平均密度比地球平均密度小18、（07上海理科综合）8、太阳系八大行星公转轨道可近似看作圆轨道，“行星公转周期的平方”与“行星与太阳的平均距离的三次方”成正比。地球与太阳之间平均距离约为1.5亿千米，结合下表可知，火星与太阳之间的平均距离约为B水星金星地球火星木星土星公转周期（年）0.2410.6151.01.8811.8629.5A．1.2亿千米B．2.3亿千米C．4.6亿千米D．6.9亿千米19、（07四川理综）9、我国探月的“嫦娥工程”已启动，在不久的将来，我国宇航员将登上月球。假如宇航员在月球上测得摆长为l的单摆做小振幅振动的周期为T，将月球视为密度均匀、半径为r的球体，则月球的密度为BA．B．C．D．20、（07天津理综）10、我国绕月探测工程的预先研究和工程实施已取得重要进展。设地球、月球的质量分别为m1、m2，半径分别为R1、R2，人造地球卫星的第一宇宙速度为v，对应的环绕周期为T，则环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度和周期分别为AA．，B．，C．，D．，07重庆理11土卫十和土卫十一是土星的两颗卫星，都沿近似为圆周的轨道绕土星运动，其参数如表：AD卫星半径(m)卫星质量(kg)轨道半径(m)土卫十8.90×1042.01×10181.51×1018土卫十一5.70×1045.60×10171.51×103两卫星相比，土卫十A．受土星的万有引力较大B．绕土星做圆周运动的周期较大C．绕土星做圆周运动的向心加速度较大D．动能较大21、（02年广东、河南）12（11分）有人利用安装在气球载人舱内的单摆来测定气球的高度。已知该单摆在海平面处的周期是T0。当气球停在某一高度时，测得单摆周期为T。求该气球此时离海平面的高度h。把地球看着质量均匀分布的半径为R的球体。[答案]：h=(-1)R[简析]：本题需用到关系式g=G22、（04北京）131990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为昊键雄星，该小行星的半径为16km。若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体，小行星密度与地球相同。已知地球半径R=6400km，地球表面重力加速度为g。这个小行星表面的重力加速度为B （） A．400g B．g C．20g D．g23、（04上海卷）14火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆。已知火卫一的周期为7 小时39分。火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比 （AC） A．火卫一距火星表面较近。 B．火卫二的角速度较大 C．火卫一的运动速度较大。 D．火卫二的向心加速度较大。24、（04江苏）15若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的是 （BD） A.卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大 D.卫星的轨道半径越大，它的运行速度越小 C.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越大 D.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越小25、（04全国老课程卷）16．我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由于文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G。由此可求出S2的质量为D （） A． B． C． D．26、（05北京卷）17.已知地球质量大约是月球质量的81倍，地球半径大约是月球半径的4倍。不考虑地球、月球自转的影响，由以上数据可推算出CA.地球的平均密度与月球的平均密度之比约为9∶8B.地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为9∶4∶27、（05广东卷）18万有引力定律首次揭示了自然界中物体间一种基本相互作用的规律。以下说法正确的是（C）A.物体的重力不是地球对物体的万有引力引起的B.人造地球卫星离地球越远，受到地球的万有引力越大C.人造地球卫星绕地球运动的向心力由地球对它的万有引力提供D.宇宙飞船内的宇航员处于失重状态是由于没有受到万有引力的作用28、（05天津卷）19．土星周围有美丽壮观的“光环”，组成环的颗粒是大小不等、线度从1μm到10m的岩石、尘埃，类似于卫星，它们与土星中心的距离从7.3×104km延伸到1.4×105km。已知环的外缘颗粒绕土星做圆周运动的周期约为14h，引力常量为6.67×10-11Nm2/kg2，则土星的质量约为（估算时不考虑环中颗粒间的相互作用）DＡ．9.0×1016kgＢ．6.4×1017kgＣ．9.0×1025kgＤ．6.4×1026kg29、（05河北、河南、安徽、山西）20把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周。由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得（CD） B．火星和太阳的质量之比C．火星和地球到太阳的距离之比 D．火星和地球绕太阳运行速度大小之比30、（05黑龙江、吉林、广西）21已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离R和月球绕地球运行的周期T。仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有BD A．月球的质量 B．地球的质量C．地球的半径D．月球绕地球运行速度的大小31、（05四川、陕西、贵州、云南、新疆、宁夏、甘肃、内蒙）22.最近，科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星运行一周所用的时间为1200年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍。假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周，仅利用以上两个数据可以求出的量有ADA．恒星质量与太阳质量之比B．恒星密度与太阳密度之比C．行星质量与地球质量之比D．行星运行速度与地球公转速度之比32、（06陕西卷）23、我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量为地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为B

A、0.4

km/s

B、1.8

km/s

C、11

km/s

D、36

km/s

33、（06北京卷）24.一飞船在某行星表面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C

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

34、（06重庆卷）25宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面（设月球半径为R）。据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为BA.BC.D.35、（06江苏卷）26举世瞩目的“神舟”六号航天飞船的成功发射和顺利返回，显示了我国航天事业取得的巨大成就．已知地球的质量为M，引力常量为G，设飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为厂，则飞船在圆轨道上运行的速率为 （A）第二部分计算题36、（08全国卷2）25．（20分）我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形轨道绕月飞行。为了获得月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化。卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。设地球和月球的质量分别为M和m，地球和月球的半径分别为R和R1，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r和r1，月球绕地球转动的周期为T。假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间（用M、m、R、R1、r、r1和T表示，忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响）。解析：如下图所示：设O和分别表示地球和月球的中心．在卫星轨道平面上，A是地月连心线与地月球表面的公切线ACD的交点，D、C和B分别是该公切线与地球表面、月球表面和卫星轨道的交点．过A点在另一侧作地月球面的公切线，交卫星轨道于E点．卫星在圆弧上运动时发出的信号被遮挡．设探月卫星的质量为m0，万有引力常量为G，根据万有引力定律有：……①（4分）……②（4分）②式中，T1表示探月卫星绕月球转动的周期．由以上两式可得：…………③设卫星的微波信号被遮挡的时间为t，则由于卫星绕月球做匀速圆周运动，应有：……④（5分）上式中，．由几何关系得：………………⑤（2分）…………⑥（2分）由③④⑤⑥得：……⑦（3分）37、（08宁夏卷）23.（15分）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）解析：设两颗恒星的质量分别为m1、m2，做圆周运动的半径分别为r1、r2，角速度分别为w1,w2。根据题意有 w1=w2 ① r1+r2=r ②根据万有引力定律和牛顿定律，有 G ③G ④联立以上各式解得 ⑤根据解速度与周期的关系知 ⑥联立③⑤⑥式解得 ⑦38、（04全国卷）在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来。假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为υ0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T。火星可视为半径为r0的均匀球体。1（16分）

G2=mgG2=m(2πeq\s\do2(\d\ba7(T)))2r②

υ2=2ghυ=υ12+υ02④

υ=8π2heq\s\do2(\d\ba14(T))rr3+υ0239、（07上海）（10分）宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。（取地球表面重力加速度g＝10m/s2，空气阻力不计）⑴求该星球表面附近的重力加速度g/；⑵已知该星球的半径与地球半径之比为R星:R地＝1:4，求该星球的质量与地球质量之比M星:M地。解：⑴故：⑵，所以可解得：M星:M地＝112:542＝1:80，40、（00天津、江西卷）（12分）2000年1月26日我国发射了一颗同步卫星，其定点位置与东经98°的经线在同一平面内，若把甘肃省嘉峪关处的经度和纬度近似取为东经98°和北纬，已知地球半径R、地球自转周期T、地球表面重力加速度g（视为常量）和光速c。试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间（要求用题给的已知量的符号表示）。参考解答：设为卫星质量，为地球质量，为卫星到地球中心的距离，为卫星绕地心转动的角速度，由万有引力定律和牛顿定律有，eq\o\ac(○,1)式中G为万有引力恒量，因同步卫星绕地心转动的角速度与地球自转的角速度相等有eq\o\ac(○,2)因得eq\o\ac(○,3)设嘉峪关到同步卫星的距离为，如图所示，由余弦定理eq\o\ac(○,4)所求时间为eq\o\ac(○,5)由以上各式得eq\o\ac(○,6)41、（01北京、内蒙古、安徽卷）（12分）两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。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。参考解答： 设两星质量分别为，都绕连线上O点作周期为T的圆周运动，星球1和星球2到O的距离分别为．由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得 ① ② ③ 联立解得 ④评分标准：本题12分．①、②、③、④各占3分．42、（01上海卷）（10分）（10）1791年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一。请由此估算地求的半径R。（答案保留二位有效数字）（2）太阳与地球的距离为1.5×1011m，太阳光以平行光束入射到地面。地球表面2/3的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为三1.87×1024J。设水面对太阳辐射的平均反射率为7％，而且将吸收到的35％能量重新辐射出去。太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发1kg水需要2.2×106J的能量），而后凝结成雨滴降落到地面。（a）估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4πR2）。（b）太阳辐射到地球的能量中只有约50％到达地面，W只是其中的一部分。太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明二个理由。解：（1）2πR×1/4＝1.00×107R＝6.37×106m①（2）（a）设太阳在一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，W＝1.87×1024J凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为mm＝W×0.93×0.65/(2.2×106)＝5.14×1017kg②使地球表面覆盖一层水的厚度为hh＝m/ρs地球h＝1.01×103mm③整个地球表面年平均降雨量约为1.0×103mm（b）大气层的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等。评分标准：全题10分。第（1）小题3分，第（2）小题7分。其中（1）得出①给3分，写出R＝6.4×106m，同样给分。43、（03全国卷）（15分）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＝。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。（引力常数G＝6.67×10－11m3／kg·s2)参考答案：考虑中子星赤道处一小块物质，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体一起旋转所需的向心力时，中子星才不会瓦解。设中子星的密度为ρ，质量为M，半径为R，自转角速度为ω，位于赤道处的小块物质质量为m，则有由以上各式得代人数据解得44、（04春季）（16分）神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度km的圆形轨道。已知地球半径km，地面处的重力加速度。试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后计算周期T的数值（保留两位有效数字）设地球质量为M，飞船质量为m，速度为v，圆轨道的半径为r，由万有引力和牛顿第二定律，有地面附近由已知条件解以上各式得代入数值，得45、（07广东卷）（12分）土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动。其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心距离分别为rA＝8.0×104km和r

B＝1.2×105km。忽略所有岩石颗粒间的相互作用。（结果可用根式表示）⑴求岩石颗粒A和B的线速度之比；⑵求岩石颗粒A和B的周期之比；⑶土星探测器上有一物体，在地球上重为10N，推算出他在距土星中心3.2×105km处受到土星的引力为0.38N。已知地球半径为6.4×103km，请估算土星质量是地球质量的多少倍？解：⑴设土星质量为M0，颗粒质量为m，颗粒距土星中心距离为r，线速度为v，根据牛顿第二定律和万有引力定律：解得：对于A、B两颗粒分别有：和得：⑵设颗粒绕土星作圆周运动的周期为T，则：对于A、B两颗粒分别有：和得：⑶设地球质量为M，地球半径为r0，地球上物体的重力可视为万有引力，探测器上物体质量为m0，在地球表面重力为G0，距土星中心r0/＝3.2×105km处的引力