二轮复习专题4万有引力与航天.docx

1、二轮复习专题4万有引力与航天1(多选)(2015新课标全国21)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4 m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1.3103 kg，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9.8 m/s2.则此探测器()A在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9 m/sB悬停时受到的反冲作用力约为2103 NC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运行的线

2、速度2(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“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕“51 peg b”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，该中心恒星与太阳的质量比约为()A. B1 C5 D103(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6.41066.010241.51011火星3.41066.410232.31011A.火星的公

3、转周期较小B火星做圆周运动的加速度较小C火星表面的重力加速度较大D火星的第一宇宙速度较大4(2015安徽理综24)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，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星体质量为2m、B、C两星体的质量均为m，三角形的边长为a，求：图1(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.1题型特点关于万有引力定律及应用知识的考查，主要

4、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2命题趋势从命题趋势上看，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考题一万有引力定律的理解1(2015安康二模)由中国科学院、中国工程院两院院士评出的2012年中国十大科技进展新闻，于2013年1月19日揭晓，“神九”载人飞

5、船与“天宫一号”成功对接和“蛟龙”号下潜突破7 000米分别排在第一、第二若地球半径为R，把地球看做质量分布均匀的球体“蛟龙”下潜深度为d，天宫一号轨道距离地面高度为h，“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的加速度之比为()A. B.C. D.2(2015海南单科6)若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为2，已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R.由此可知，该行星的半径约为()A.R B.R C2R D.R3(2015崇明模拟)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

6、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21辨析下列说法的正误：由F万G得r时，F万0()r0时，F万()2万有引力定律的适用条件：(1)可以看成质点的两个物体之间(2)质量分布均匀的球体之间(3)质量分布均匀的球体与球外质点之间考题二天体质量和密度的估算4(2015湖南五市十校5月模拟)如图3所示，“嫦娥三号”的环月轨道可近似看成是圆轨道，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弧度已知万有

7、引力常量为G，则月球的质量是()图3A. B.C. D.5(多选)(2015淮安四模)木卫一是最靠近木星的卫星，丹麦天文学家罗迈最早在十七世纪通过对木卫一的观测测出了光速如图4所示，他测量了木卫一绕木星的运动周期T和通过木星影区的时间t.若已知木星的半径R和万有引力常量G，T远小于木星绕太阳的运行周期，根据以上条件可以求出()图4A木星的密度B木卫一的密度C木卫一绕木星运动的向心加速度大小D木卫一表面的重力加速度大小6(2015安阳二模)嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成探测器预计在2017年由长征五号运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空，自动完成月面样品采集，并从月球起飞

8、，返回地球，带回约2 kg月球样品某同学从网上得到一些信息，如表格中的数据所示.月球半径R0月球表面的重力加速度g0地球和月球的半径之比4地球表面和月球表面的重力加速度之比6请根据题意，判断地球和月球的密度之比为()A. B. C4 D6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mgGM2利用绕行星运转的卫星，F万提供向心力GmrM特例：若为近地面卫星rR考题三卫星运行参量的分析7(多选)(2015天津8)P1、P2为相距遥远的两颗行星，距各自表面相同高度处各有一颗卫星s1、s2做匀速圆周运动图5中纵坐标表示行星对周围空间各处物体的引力产生的加

9、速度a，横坐标表示物体到行星中心的距离r的平方，两条曲线分别表示P1、P2周围的a与r2的反比关系，它们左端点横坐标相同则()图5AP1的平均密度比P2的大BP1的“第一宇宙速度”比P2的小Cs1的向心加速度比s2的大Ds1的公转周期比s2的大8(2015武汉四月调研)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6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

10、240年至今，我国关于哈雷慧星回归记录的次数，最合理的是()图6A24次 B30次C124次 D319次9(2015襄阳模拟)我国志愿者王跃曾与俄罗斯志愿者一起进行“火星500”的实验活动假设王跃登陆火星后，测得火星的半径是地球半径的，质量是地球质量的.已知地球表面的重力加速度是g，地球的半径为R，忽略火星以及地球自转的影响，求：(1)火星表面的重力加速度g的大小；(2)王跃登陆火星后，经测量，发现火星上一昼夜的时间为t，如果要发射一颗火星的同步卫星，它正常运行时距离火星表面将有多远？1.基本规律F万Gmanm2rmr得：an，v ， ，T r 时(an、v、) ，T 2宇宙速度(1)v 7.

11、9 km/s最小的发射速度(近地面)最大的环绕速度(2)vv11.2 km/s.(3)v16.7 km/s.考题四卫星变轨与对接10(2015扬州模拟)如图7所示，有一飞行器沿半径为r的圆轨道1绕地球运动该飞行器经过P点时，启动推进器短时间向前喷气可使其变轨，2、3是与轨道1相切于P点的可能轨道，则飞行器()图7A变轨后将沿轨道2运动B相对于变轨前运行周期变长C变轨前、后在两轨道上经P点的速度大小相等D变轨前、后在两轨道上经P点的加速度大小相等11(2015黄冈八校第二次联考)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

12、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8所示，设释放氦气前，探测器在贴近水星表面的圆形轨道上做匀速圆周运动，释放氦气后探测器进入椭圆轨道上，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()图8A探测器在轨道上A点运行速率小于在轨道上B点速率B探测器在轨道上某点的速率可能等于在轨道上的速率C探测器在轨道上远离水星过程中，引力势能和动能都减少D探测器在轨道和轨道上A点加速度大小不同1变轨问题中，各物理量的变化(1)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知其运行速度

13、要减小，但重力势能、机械能均增加(2)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v 知运行速度将增大，但重力势能、机械能均减少2规律总结(1)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由v判断(2)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Fma比较得出考题五双星与多星问题12(2015上饶三模)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

14、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为()A.T B.TC.T D.T13(2015衡水高三下学期期中)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9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()图9A每颗星做圆周运动的角速度为3B每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关C若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则

15、周期变为原来的2倍D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1双星系统具有如下特点：(1)它们以相互间的万有引力来提供向心力(2)它们共同绕它们连线上某点做圆周运动(3)它们的周期、角速度相同(4)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()相等注意：运算过程中的几何关系专题综合练1(2015山东理综15)如图10所示，拉格朗日点L1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L1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动

16、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()图10Aa2a3a1 Ba2a1a3Ca3a1a2 Da3a2a12(多选)(2015揭阳质检)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，可以估算的物理量有()A地球的质量B地球的密度C地球的半径D月球绕地球运行速度的大小3(2015泰安二模)设地球半径为R，质量为m的卫星在距地面R高处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为g，则()A卫星的线速度为 B卫星的角速度为 C卫星的加速度为D卫星的周期为44(2015雅安三诊)2015年3月5日，国务院

17、总理李克强在十二届全国人民代表大会上所作的政府工作报告中提到：“超级计算、探月工程、卫星应用等重大科研项目取得新突破”，并对我国航天事业2014年取得的发展进步给予了充分肯定若已知地球半径为R1，赤道上物体随地球自转的向心加速度为a1，第一宇宙速度为v1；地球同步卫星的轨道半径为R2，向心加速度为a2，运动速率为v2，判断下列比值正确的是()A. B.()2C. D. 5(2015龙岩市5月模拟)如图11所示，一个质量均匀分布的星球，绕其中心轴PQ自转，AB与PQ是互相垂直的直径星球在A点的重力加速度是P点的90%，星球自转的周期为T，万有引力常量为G，则星球的密度为()图11A. B.C.

18、D.6(多选)(2015南通二模)据报道，一颗来自太阳系外的彗星于2014年10月20日擦火星而过如图12所示，设火星绕太阳在圆轨道上运动，运动半径为r，周期为T，该慧星在穿过太阳系时由于受到太阳的引力，轨道发生弯曲，彗星与火星在圆轨道的A点“擦肩而过”已知万有引力常量G，则()图12A可计算出太阳的质量B可计算出彗星经过A点时受到的引力C可计算出彗星经过A点的速度大小D可确定慧星在A点的速度大于火星绕太阳的速度7(多选)(2015绥化二模)我国研制的“嫦娥三号”月球探测器于2013年12月1日发射成功，并成功在月球表面实现软着陆如图13所示，探测器首先被送到距离月球表面高度为H的近月轨道做匀

19、速圆周运动，之后在轨道上的A点实施变轨，使探测器绕月球做椭圆运动，当运动到B点时继续变轨，使探测器靠近月球表面，当其距离月球表面附近高度为h(h5 m)时开始做自由落体运动，探测器携带的传感器测得自由落体运动时间为t，已知月球半径为R，万有引力常量为G.则下列说法正确的是()图13A“嫦娥三号”的发射速度必须大于第一宇宙速度B探测器在近月圆轨道和椭圆轨道上的周期相等C“嫦娥三号”在A点变轨时，需减速才能从近月圆轨道进入椭圆轨道D月球的平均密度为8(2015银川二模)我国第一颗绕月探测卫星嫦娥一号于2007年10月24日成功发射如图14所示，嫦娥一号进入地月转移轨道段后，关闭发动机，在万有引力作

20、用下，嫦娥一号通过P点时的运动速度最小嫦娥一号到达月球附近后进入环月轨道段若地球质量为M，月球质量为m，地心与月球中心距离为R，嫦娥一号绕月球运动的轨道半径为r，G为万有引力常量，则下列说法正确的是()图14AP点距离地心的距离为 RBP点距离地心的距离为RC嫦娥一号绕月运动的线速度为 D嫦娥一号绕月运动的周期为2R9(多选)(2015潍坊二模)2015年2月7日，木星发生“冲日”现象“木星冲日”是指木星和太阳正好分处地球的两侧，三者成一条直线木星和地球绕太阳公转的方向相同，公转轨迹都近似为圆设木星公转半径为R1，周期为T1；地球公转半径为R2，周期为T2，下列说法正确的是()A.()B.()

21、C“木星冲日”这一天象的发生周期为D“木星冲日”这一天象的发生周期为10(2015北京朝阳区4月模拟)第一宇宙速度又叫做环绕速度，第二宇宙速度又叫做逃逸速度理论分析表明，逃逸速度是环绕速度的倍，这个关系对其他天体也是成立的有些恒星，在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后，强大的引力把其中的物质紧紧地压在一起，它的质量非常大，半径又非常小，以致于任何物质和辐射进入其中都不能逃逸，甚至光也不能逃逸，这种天体被称为黑洞已知光在真空中传播的速度为c，太阳的半径为R，太阳的逃逸速度为.假定太阳能够收缩成半径为r的黑洞，且认为质量不变，则应大于()A500 B500C2.5105 D5.010511(多选)(

22、2015陕西西安交大附中四模)物体在万有引力场中具有的势能叫做引力势能若取两物体相距无穷远时的引力势能为零，一个质量为m0的质点距质量为M0的引力中心为r0时，其万有引力势能Ep(式中G为引力常量)一颗质量为m的人造地球卫星以半径为r1圆形轨道环绕地球飞行，已知地球的质量为M，要使此卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径增大为r2，则在此过程中()A卫星势能增加了GMm()B卫星动能减少了()C卫星机械能增加了()D卫星上的发动机所消耗的最小能量为()12(2015合肥二质检)如图15所示，P是一颗地球同步卫星，已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g，地球自转周期为T.图15(1)设地球同步

23、卫星对地球的张角为2，求同步卫星的轨道半径r和sin 的值(2)要使一颗地球同步卫星能覆盖赤道上A、B之间的区域，AOB，则卫星可定位在轨道某段圆弧上，求该段圆弧的长度l(用r和表示)答案精析专题4万有引力与航天真题示例1BD在星球表面有mg，所以重力加速度g，地球表面g9.8 m/s2，则月球表面gg，则探测器重力Gmg1 3009.8 N2103 N，选项B正确；探测器自由落体，末速度v m/s8.9 m/s，选项A错误；关闭发动机后，仅在月球引力作用下机械能守恒，而离开近月轨道后还有制动悬停，所以机械能不守恒，选项C错误；在近月轨道运动时万有引力提供向心力，有，所以v ，即在近月圆轨道上

24、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，选项D正确2B根据万有引力提供向心力，有Gmr，可得M，所以恒星质量与太阳质量之比为()3()21，故选项B正确3B由Gmrma知，T2 ，a，轨道半径越大，公转周期越大，加速度越小，A错误，B正确；由Gmg得gG，22.6，火星表面的重力加速度较小，C错误；由Gm得v ， 2.2，火星的第一宇宙速度较小，D错误4(1)2G(2)G(3)a(4)解析(1)由万有引力定律，A星体所受B、C星体引力大小为FBAGGFCA方向如图所示则合力大小为FAFBAcos 30FCAcos 302G(2)同上，B星体所受A、C星体引力大小分别为FABGGFC

25、BGG方向如图由余弦定理得合力FBG(3)由于mA2m，mBmCm通过分析可知，圆心O在BC的中垂线AD的中点则RC a(4)三星体运动周期相同，对C星体，由FCFBGm()2RC可得T考题一万有引力定律的理解1C令地球的密度为，则在地球表面，重力和地球的的万有引力大小相等，有：gG.由于地球的质量：MR3，所以重力加速度的表达式可写成：gGR.质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，故在深度为d的地球内部，受到地球的万有引力即为半径等于(Rd)的球体在其表面产生的万有引力，故“蛟龙”号所在处的重力加速度gG(Rd)，所以有.根据万有引力提供向心力Gma，“天宫一号”的加速度为a，所以所以.2

26、C平抛运动在水平方向上为匀速直线运动，即xv0t，在竖直方向上做自由落体运动，即hgt2，所以xv0，两种情况下，抛出的速率相同，高度相同，所以，根据公式Gmg可得R2，故 2，解得R行2R，故C正确3A设地球的密度为，则在地球表面，重力和地球的万有引力大小相等，有：g.由于地球的质量为MR3，所以重力加速度的表达式可写成：g.根据题意有，质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零，故在深度为(Rr)的地球内部，受到地球的万有引力即为半径等于r的球体在其表面产生的万有引力，gr，当rR后，g与r的平方成反比即质量一定的小物体受到的引力大小F在地球内部与r成正比，在外部与r的平方成反比考题二天体

27、质量和密度的估算4ClR则R；v“嫦娥三号”绕着月球做匀速圆周运动，Fm.代入v与R，解之可得M5AC如图，通过木星影区的时间为t，周期为T，则：，解得：2，而sin sin ，解得：r，根据万有引力提供向心力：Gmr，解得：M，可求得中心天体的质量，木星的体积VR3，可得：，故A正确，B错误；根据万有引力提供向心力：Gmamr，解得：a，故C正确；公式只能计算中心天体的物理量，故D错误6B在地球表面，重力等于万有引力，故：mgG解得：M.故密度：同理，月球的密度：0故地球和月球的密度之比：6.考题三卫星运行参量的分析7AC由题图可知两行星半径相同，则体积相同，由aG可知P1质量大于P2，则P

28、1平均密度大于P2，故A正确；第一宇宙速度v ，所以P1的“第一宇宙速度”大于P2，故B错误；卫星的向心加速度为a，所以s1的向心加速度大于s2，故C正确；由m(Rh)得T ，故s1的公转周期比s2的小，故D错误8B设彗星的周期为T1，地球的公转周期为T2，由开普勒第三定律k得： 76，可知哈雷彗星的周期大约为76年，29.所以最合理的次数是30次故B正确，A、C、D错误9(1)g(2) R解析(1)在地球表面，万有引力与重力相等，m0g对火星m0g联立解得gg(2)火星的同步卫星做匀速圆周运动的向心力由火星的万有引力提供，且运行周期与火星自转周期相同设卫星离火星表面的高度为h，则m0()2(

29、Rh)解得：h R考题四卫星变轨与对接10D由于在P点推进器向前喷气，故飞行器将做减速运动，由公式Gm可知，飞行器所需向心力减小，而在P点万有引力保持不变，故飞行器将开始做近心运动，轨道半径减小因为飞行器做近心运动，轨道半径减小，故变轨后将沿轨道3运动，故A错误；根据开普勒行星运动定律知，卫星轨道半径减小，则周期减小，故B错误；因为变轨过程是飞行器向前喷气过程，故是减速过程，所以变轨前后经过P点的速度大小不相等，故C错误；飞行器在P点都是由万有引力产生加速度，因为在同一点P，万有引力产生的加速度大小相等，故D正确11B根据开普勒第二定律知探测器与水星的连线在相等时间内扫过的面积相同，则知A点速率大于B点速率，故A错