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.doc

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1、1 / 16【2019【2019 最新最新】精选高考物理专题精选高考物理专题 0505 万有引力与航天备考强万有引力与航天备考强化训练化训练 1111 万有引力定律及其应用新人教版万有引力定律及其应用新人教版本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题、模拟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动.了解人造地球卫星的有关知识，能进行有关天体质量的估算、轨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知识与航空航天技术中的最新成果联系起来，有利于提高学生的学习兴趣，有利于理论联系实际. 一、破解依据两个重要定律 开普勒第三定律

2、 其中，仅与中心天体的性质有关.23kTak万有引力定律 。.221 rmmGF 22111067. 6kgmNG两种基本思想地面附近物体的万有引力即重力 .2mgrMmG卫星的向心力即中心天体提供的万有引力 .22rvmrMmG中心天体的质量 和密度2324 GTrM.3332Rr GT匀速圆运动的人造卫星 线速度、第一、二、三宇宙速度rGMv ；,skmRgRGMv/9 . 701角速度周期（）；加速度（特殊地）黄金代换 2 / 163rGMGMrT3 2hT24min8402rGMgan200RGMga.2 02RggrGM 注：以上各式中均有. hRr 变轨原理及其应用：匀速圆运动；离

3、心运动，半径增大； 近心运动，半径减小。rmrmvrGMm222 rmvrGMm22rmvrGMm22 同步卫星： 线速度；smhRGMv/1007. 3)(3 角速度；sradhRv/1024. 7)(5 周期；shT41064. 824 向心加速度；22/22. 0)(smhRGMa轨道半径；mGMThRr7 223 102 . 44 对地高度；mh7106 . 3 万有引力与重力：地面上的物体，引力为；向心力；重力。 其中，为地面某点的纬度。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。2 0RGMmF cos2RmFncos2022 0nnGFFFFF功能关系：卫

4、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、二、 精选习题精选习题选择题（每小题选择题（每小题 5 5 分，共分，共 5050 分）分）（1717 北京）利用引力常量北京）利用引力常量 G G 和下列某一组数据，不能计算出和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是地球质量的是( ( ) )A地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)B人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离3 / 16（1717 新课标新课标）

5、如图）如图-1-1，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P P为近日点，为近日点，Q Q 为远日点，为远日点，M M、N N 为轨道短轴的两个端点，运行的周期为轨道短轴的两个端点，运行的周期为。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从为。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从 P P 经过经过M M、Q Q 到到 N N 的运动过程中的运动过程中0TA从 P 到 M 所用的时间等于0/ 4TB从 Q 到 N 阶段，机械能逐渐变大C从 P 到 Q 阶段，速率逐渐变小D从 M 到 N 阶段，万有引力对它先做负功后做正功（1717 江苏）江苏） “天舟一号天舟一

6、号”货运飞船于货运飞船于 20172017 年年 4 4 月月 2020 日在文日在文昌航天发射中心成功发射升空与昌航天发射中心成功发射升空与“天宫二号天宫二号”空间实验室对接前，空间实验室对接前，“天舟一号天舟一号”在距地面约在距地面约 380380 kmkm 的圆轨道上飞行，则其的圆轨道上飞行，则其( ( ) )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加速度（1616 新课标新课标 I I）利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地）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，地球同步卫星的轨球赤道上

7、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倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三道半径约为地球半径的倍。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（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（ ）6.6A. B. C. D. 1h4h8h16h（1717 海南）已知地球质量为月球质量的海南）已知地球质量为月球质量的 8181 倍，地球半径约倍，地球半径约为月球半径的为月球半径的 4 4 倍若在月球和地球表面同样高度处，以相同的初倍若在月球和地球表面同样高度处，以相同的初速度水平抛出物体，抛出点与落地点间的水平距离

8、分别为和，则约速度水平抛出物体，抛出点与落地点间的水平距离分别为和，则约4 / 16为（为（ ）月s地s地月：ssA9：4 B6：1 C3：2 D1：16 （17 全国） 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( )A周期变大 B速率变大C动能变大 D向心加速度变大7.7.（1515 福建）福建）14.14. 如图如图-3-3，若两颗人造卫星和均绕地球做匀速，若两颗人造卫星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、圆周运

9、动，、到地心的距离分别为、，线速度大小分别为、. .则则 （ ）ababO1r2r1v2v8.8.（1515 新课标新课标）我国发射的）我国发射的“嫦娥三号嫦娥三号”登月探测器靠近月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，在离月面列过程，在离月面 4m4m 高处做一次悬停（可认为是相对于月球静止）；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，地球最后关闭发动机，探测器自由下落。已知探测器的质量约为，地球质量约为月球的质量约为月球的 8181 倍

10、，地球半径为月球的倍，地球半径为月球的 3.73.7 倍，地球表面的重力倍，地球表面的重力加速度大小约为。则次探测器（加速度大小约为。则次探测器（ ）91.3 10 kg29.8/msA在着陆前瞬间，速度大小约为8.9/m sB悬停时受到的反冲作用力约为3210NC从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒D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5 / 16运行的线速度9.9. （1515 山东）如图山东）如图-4-4，拉格朗日点，拉格朗日点 L1L1 位于地球和月球连线上，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，可与月球一起以处在该点的物体在地球和月

11、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相同的周期绕地球运动。据此，科学家设想在拉格朗日点 L1L1 建立空建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动。以、分别表示该空间站和月间站，使其与月球同周期绕地球运动。以、分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下球向心加速度的大小，表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是（判断正确的是（ ）1a2a3aA B C D231aaa213aaa312aaa321aaa10.10. （1616 北京）如图北京）如图-5-5 所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道所示，一颗人造卫

12、星原来在椭圆轨道 1 1绕地球绕地球 E E 运行，在运行，在 P P 变轨后进入轨道变轨后进入轨道 2 2 做匀速圆周运动下列说法正做匀速圆周运动下列说法正确的是（确的是（ ）A.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B.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C.卫星在轨道 1 的任何位置都具有相同加速度D.卫星在轨道 2 的任何位置都具有相同动量填空题（共填空题（共 1010 分）分）（1616 上海）（上海）（4 4 分）两颗卫星绕地球运行的周期之比为分）两颗卫星绕地球运行的周期之比为27:127:1，则它们的角速度之比为，则它们的角

13、速度之比为_，轨道半径之比为，轨道半径之比为6 / 16_。(17(17 天津天津)(6)(6 分分) )我国自主研制的首艘货运飞船我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号天舟一号”发射升空后，与已经在轨运行的发射升空后，与已经在轨运行的“天宫二号天宫二号”成功对接形成组合成功对接形成组合体假设组合体在距地面高为体假设组合体在距地面高为 h h 的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，已知地球的半径为动，已知地球的半径为 R R，地球表面处重力加速度为，地球表面处重力加速度为 g g，且不考虑地，且不考虑地球自转的影响则组合体运动的线速度大小为球自转的影响则组合体运动的线速

14、度大小为_，向心加速，向心加速度大小为度大小为_计算题（共计算题（共 4040 分）分）（1414 山东山东“变式变式”）(10(10 分分)2013)2013 年我国相继完成年我国相继完成“神十神十”与与“天宫天宫”对接、对接、“嫦娥嫦娥”携携“玉兔玉兔”落月两大航天工程。某航天落月两大航天工程。某航天受好者提出受好者提出“玉兔玉兔”回家的设想：如图回家的设想：如图-7-7，将携带，将携带“玉兔玉兔”的返回的返回系统由月球表面发射到系统由月球表面发射到 h h 高度的轨道上，与在该轨道绕月球做圆周高度的轨道上，与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接，然后由飞船送运动的飞船对接，然后由飞船送“玉

15、兔玉兔”返回地球。设返回地球。设“玉兔玉兔”质质量为量为 m m，月球半径为，月球半径为 R R，月面的重力加速度为，月面的重力加速度为 g g 月。以月面为零势能月。以月面为零势能面。面。“玉兔玉兔”在在 h h 高度的引力势能可表示为，其中高度的引力势能可表示为，其中 G G 为引力常量，为引力常量，M M 为月球质量，若忽略月球的自转，求：为月球质量，若忽略月球的自转，求：)(hRRGMmhEp月球的第一宇宙速度；从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功。（1616 江苏）（江苏）（1515 分）据报道，一法国摄影师拍到分）据报道，一法国摄影师拍到“天宫一号天宫一号”空间站飞过太阳的瞬间

16、照片中，空间站飞过太阳的瞬间照片中，“天宫一号天宫一号”的太阳帆板轮廓清的太阳帆板轮廓清晰可见如图晰可见如图-8-8 所示，假设所示，假设“天宫一号天宫一号”正以速度正以速度 v=7.7v=7.7 km/skm/s 绕绕地球做匀速圆周运动，运动方向与太阳帆板两端地球做匀速圆周运动，运动方向与太阳帆板两端 M M、N N 的连线垂直，的连线垂直，7 / 16M M、N N 间的距离间的距离 L=20L=20 m m，地磁场的磁感应强度垂直于，地磁场的磁感应强度垂直于 v v、MNMN 所在平面所在平面的分量的分量 B=1.010-5B=1.010-5 T T，将太阳帆板视为导体，将太阳帆板视为导

17、体（1）求 M、N 间感应电动势的大小 E；（2）在太阳帆板上将一只“1.5 V，0.3 W”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；（3）取地球半径 R=6.4103 km，地球表面的重力加速度g=9.8 m/s2，试估算“天宫一号”距离地球表面的高度 h（计算结果保留一位有效数字）（1414 四川）四川） （1515 分）石墨烯是近些年发现的一种新材料，其分）石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超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使 2121 世纪的世纪的世界发生革命性的变化

18、，其发现者由此获得世界发生革命性的变化，其发现者由此获得 20102010 年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖用石墨烯制作超级缆绳，人类搭建奖用石墨烯制作超级缆绳，人类搭建“太空电梯太空电梯”的梦想有望在的梦想有望在本世纪实现科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条本世纪实现科学家们设想，通过地球同步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间便捷的物资交换(1)若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为 h1 的同步轨道站，求轨道站内质量为 m1 的货物相对地心运动的动能设地球

19、自转角速度为 ，地球半径为 R.(2)当电梯仓停在距地面高度 h24R 的站点时，求仓内质量m250 kg 的人对水平地板的压力大小取地面附近重力加速度 g取 10 m/s2，地球自转角速度 7.3105 rad/s，地球半径8 / 16R6.4103 km.( (四四) )选做题选做题16.16.（1616 江苏）如图所示，两质量相等的卫星江苏）如图所示，两质量相等的卫星 A A、B B 绕地球做匀绕地球做匀速圆周运动，用速圆周运动，用 R R、T T、EkEk、S S 分别表示卫星的轨道半径、周期、动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能、

20、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A.TATB B.EkAEKb C.SA=SB D.3322ABABRR TT17.17.（1515 安徽）（安徽）（1414 分）由三颗星体构成的系统，忽略其他星分）由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，存在着一种运动形式体对它们的作用，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，绕某一共同的圆心心 O O 在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动（图在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动（图-11

21、-11 示为示为A A、B B、C C 三颗星体质量不相同时的一般情况）。若三颗星体质量不相同时的一般情况）。若 A A 星体质量为星体质量为2m2m，B B、C C 两星体的质量均为两星体的质量均为 m m，三角形边长为，三角形边长为 a a。求：。求：（1）A 星体所受合力大小 FA；（2）B 星体所受合力大小 FB；（3）C 星体的轨道半径 RC；（4）三星体做圆周运动的周期 T。18.18.（1414 全国）（全国）（2222 分）已知地球的自转周期和半径分别为分）已知地球的自转周期和半径分别为 T T和和 R,R,地球同步卫星地球同步卫星 A A 的圆轨道半径为的圆轨道半径为 h h

22、。卫星。卫星 B B 沿半径为沿半径为 r(rTBTATB，故，故A A 正确；由知，所以正确；由知，所以 vBvAvBvA，又因为质量相等，所以，又因为质量相等，所以 EkBEkAEkBEkA，故，故B B 错误；根据开普勒第二定律可知，同一行星与地心连线在单位时错误；根据开普勒第二定律可知，同一行星与地心连线在单位时间内扫过的面积相等，所以间内扫过的面积相等，所以 C C 错误；由开普勒第三定律知，错误；由开普勒第三定律知，D D 正正确确2224MmGmrrTrvmrMmG22rGMv 【答案答案】（1 1） （2 2） （3 3） （4 4）222 3AmFGa227BmFGa7 4C

23、Ra22aTGm18.18. 【答案答案】(1)】(1) (2)(2) 1 2rT() Th 3 233 22rRR(arcsinarcsin)Thr(hr ) 【解析解析】(1)】(1)设卫星设卫星 B B 绕地球转动的周期为绕地球转动的周期为 T,T,根据万有引力根据万有引力定律和圆周运动的规律有定律和圆周运动的规律有hTmhMmG2 2)2(rTmrmMG2 2)2(式中,G 为引力常量,M 为地球的质量,m、m分别为卫星 A、B 的质量。由式得 1 2rT( ) Th 16 / 16(2)设卫星 A 和 B 连续不断地不能直接通讯的时间间隔为 ;在此时间间隔 内,卫星 A 和 B 绕地心转动的角度分别为 和 ,则2T2T若不考虑卫星 A 的公转,两卫星不能直接通讯时,卫星 B 的位置应在图中 B 和B点之间,图中内圆表示地球的赤道。由几何关系得 )arcsin(arcsin2rR hRBBO由式知,当 rh 时,卫星 B 比卫星 A 转得快,考虑卫星 A 的公转后应有-=BOB 由得3 233 22rRR(arcsinarcsin)Thr(hr ) 。