2019-2020年高考物理备考优生百日闯关系列专题05万有引力定律含解析(I).doc

2019-2020年高考物理备考优生百日闯关系列专题05万有引力定律含解析(I)万有引力定律是高考的必考内容，也是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。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。本章核心内容突出，主要考察人造卫星、宇宙速度以及万有引力定律的综合应用，与实际生活、新科技等结合的应用性题型考查较多。1、【xx辽宁省本溪市高级中学、大连育明高级中学、大连二十四中高三联合模拟考试】如图所示，A为置于地球赤道上的物体，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，C为绕地球做圆周运动的卫星，P为B、C两卫星轨道的交点，已知A、B、C绕地心运动的周期相同，相对地心，下列说法中错误的是： （ ）A卫星C的运行速度大于物体A的速度B物体A和卫星C具有相同大小的加速度C卫星B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相同D卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点的加速度大小相等【答案】B半径相同，所以卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点的加速度大小相等，故B错误D正确；由开普勒第三定律可知：，则卫星B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相等，故C正确；【名师点睛】在万有引力这一块，涉及的公式和物理量非常多，掌握公式在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后弄清楚各个物理量表示的含义，最后选择合适的公式分析解题，另外这一块的计算量一是非常大的，所以需要细心计算2、【xx湖北省部分重点中学高三新考试大纲适应性考试】如图所示，由中山大学发起的空间引力波探测工程“天琴计划”于xx年启动，拟采用三颗全同的卫星(SC1、SC2、SC3)构成一个边长约为地球半径27倍的等边三角形阵列，地球恰好处于三角形中心，卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行，对一个周期仅有5.4分钟的超紧凑双白矮里系统RXJ0806.3+1527产生的引力波进行探测。若地球近地卫星的运行周期为，则三颗全同卫星的运行周期最接近： （ ）A40T0 B50T0 C60T0 D70T0【答案】C【名师点睛】此题考查了开普勒行星运动第三定律的应用；注意同是地球的卫星，则满足的关系。3、【xx天津市和平区高三上学期期末质量调查】中国航天局在xx年年底发射了高分四号卫星，这是中国首颗地球同步轨道高时间分辨率对地观测卫星；如图所示，A是静止在赤道上随地球自转的物体；B、C是同在赤道平面内的两颗人造卫星，B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是高分四号卫星则下列关系正确的是： （ ）A物体A随地球自转的角速度大于卫星B的角速度B卫星B的线速度小于卫星C的线速度C物体A随地球自转的向心加速度小于卫星C的向心加速度D物体A随地球自转的周期大于卫星C的周期【答案】C【解析】地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度，所以A=C，根据万有引力提供向心力解得：，所以卫星B的角速度大于卫星C角速度，所以物体A随地球自转的角速度小于卫星B的角速度，故A错误；，所以卫星B的线速度大于卫星C的线速度，故B错误；根据a=2r，物体A随地球自转的加速度小于卫星C的加速度，故C正确；地球赤道上的物体与同步卫星C有相同的角速度，所以物体A随地球自转的周期等于卫星C的周期，故D错误；故选C【名师点睛】地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度和周期，根据v=r，a=r2比较线速度的大小和向心加速度的大小，根据万有引力提供向心力比较b、c的线速度、角速度、周期和向心加速度大小。4、【xx长春外国语学校高三上学期期末考试】（多选）宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动，飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上，用R表示地球的半径，g表示地球表面处的重力加速度，g0表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，N表示人对台秤的压力，则关于g0、N下面正确的是： （ ）Ag0=0 Bg0=g CN=0 DN=mg【答案】BC【名师点睛】该题考查万有引力的应用以及卫星的速度，运用黄金代换式求出问题是考试中常见的方法5、【xx广东省佛山市第一中学高三上学期第二次段考】如图所示，某极地轨道卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极，已知该卫星从北纬60的正上方，按图示方向第一次运行到南纬60的正上方时所用时间为1 h，则下列说法正确的是： （ ）60北极南极地球A该卫星与同步卫星的运行半径之比为1 ：4B该卫星与同步卫星的运行速度之比为1 ：2C该卫星的运行速度一定大于79 kmsD该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能【答案】A【解析】卫星从北纬60的正上方，按图示方向第一次运行到南纬60的正上方时，偏转的角度是120，刚好为运动周期的T，所以卫星运行的周期为3t，同步卫星的周期是24h，由得：，所以：故A正确；由得：故B错误；7.9km/s是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，所以该卫星的运行速度一定小于7.9km/s故C错误；由于不知道卫星的质量关系，故D错误故选A。【名师点睛】该题考查人造卫星与同步卫星的关系，灵活运动用重力和万有引力相等以及万有引力提供圆周运动的向心力是解决本题的关键。6、【xx山东省枣庄市高三上学期期末质量检测】（多选）xx年10月17日，我国“神舟十一号”载人飞船在酒泉发射中心顺利升空；10月19日凌晨，绕地运行30多圈后与“天宫二号”实验室成功实现自动对接；11月18日14时07分，两名航天员在完成各项试验任务后乘坐返回舱安全顺利返回；本次太空征程首次将人类以外的生物带上太空，并创造了中国航天员在太空驻留时间新纪录；对此，以下说法正确的是： （ ）A两名航天员进入空间试验室后，将不再受到地球的万有引力B“神舟十一号”载人飞船必须在“天空二号”的轨道上，再加速才能实现对接C对接后，“神舟十一号”飞船的向心加速度大于月球的向心加速度D“天宫二号”空间实验室在轨运行的线速度大于地球同步卫星运动的线速度【答案】CD【名师点睛】本题考查了万有引力定律的应用，知道万有引力提供向心力是解题的前提与关键，应用万有引力公式与牛顿第二定律可以解题。7、【xx株洲市高三教学质量统一检测】（多选）xx年10月19日凌晨“神舟十一号”飞船与“天宫二号”成功实施自动交会对接。如图所示，已知“神舟十一号”“天宫二号”对接后，组合体在时间t内沿圆周轨道绕地球转过的角度为，组合体轨道半径为r，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑地球自转。则： （ ）A可求出地球的质量B可求出地球的平均密度C可求出组合体的做圆周运动的线速度D可求出组合体受到地球的万有引力【答案】ABC【名师点睛】在万有引力这一块，涉及的公式和物理量非常多，掌握公式在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后弄清楚各个物理量表示的含义，最后选择合适的公式分析解题，另外这一块的计算量一是非常大的，所以需要细心计算.8、【xx重庆市高三上学期（一诊）期末测试】（多选）如图所示，a、b两个飞船在同一平面内，在不同轨道绕某行星顺时针做匀速圆周运动。若已知引力常量为G，a、b两飞船距该行星表面高度分别为h1、h2(h1h2),运行周期分别为T1、T2，则以下说法正确的是： （ ）A飞船a运行速度小于飞船b运行速度 B飞船a加速可能追上飞船bC利用以上数据可计算出该行星的半径 D利用以上数据可计算出该行星的自转周期【答案】BC【解析】A、根据万有引力提供向心力，轨道半径越大，线速度越小，a的线速度大于b的线速度，故A错误. B、a加速可做离心运动，可能会与b发生对接，故B正确C、根据万有引力提供向心力：,a和b离地高度分别为h1、h2，运行周期分别为T1、T2，联立两方程组，可求出行星的质量和半径，故C正确D、利用卫星的运动规律只能的得到行星的质量、体积和密度，但无法分析出行星的自转规律，故D错误，故选BC【名师点睛】解决本题的关键掌握万有引力提供向心力和万有引力等于重力两知识点以及知道在低轨道加速做离心运动可在高轨道上发生对接9、【辽宁省沈阳市东北育才学校xx届高三上学期第二次模拟考试】如图所示，“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引力常量为G，则月球的质量是： （ ）A B C D【答案】C10、【河北省石家庄市第二中学xx届高三上学期第二期联考】据报道，有科学家支持让在xx年被除名的冥王星重新拥有“行星”称号。下表是关于冥王星的一些物理量（万有引力常量G已知），可以判断下列说法正确的是： （ ）A冥王星绕日公转的线速度比地球绕日公转的线速度大B冥王星绕日公转的加速度比地球绕日公转的加速度大C根据所给信息，可以估算太阳的体积的大小D根据所给信息，可以估算冥王星表面重力加速度的大小【答案】D11、【哈三中xx上学期高三学年期中考试】（多选）神州十一号已于10月19日凌晨成功与天宫二号成功实施自动交会对接，神州十一号发射过程为变轨发射，示意图如图所示，其中1为近地圆轨道，2为椭圆变轨轨道，3为天宫二号所在轨道，P为1、2轨道的交点，以下说法正确的是： （ ）A神州十一号在1轨道运行时的动能大于其在3轨道运行时的动能B神州十一号在1轨道运行时的机械能大于其在2轨道运行时的机械能C神州十一号在2轨道运行时的机械能小于其在3轨道运行时的机械能D神州十一号在1轨道运行时经过P点的动能大于其在2轨道运行时经过P点的动能【答案】AC【解析】万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得：，卫星的动能：，神州十一号在1轨道运行时的轨道半径小于其在3轨道运行时的轨道半径，神州十一号在1轨道运行时的动能大于其在3轨道运行时的动能，故A正确；神州十一号由轨道1变轨到轨道2时要加速，加速过程机械能增加，因此神州十一号在1轨道运行时的机械能小于其在2轨道运行时的机械能，故B错误；神州十一号由轨道2变轨到轨道3时要加速，加速过程机械能增加，因此神州十一号在2轨道运行时的机械能小于其在3轨道运行时的机械能，故C正确；神州十一号由轨道1变轨到轨道2时要加速，神州十一号在1轨道运行时经过P点的动能小于其在2轨道运行时经过P点的动能，故D错误；12、【重庆市第八中学xx届高三上学期第一次适应性考试】已知行星Kepler-186f绕恒星Kepler452做匀速圆周运动，其周期为T1；某人造卫星在离地高度等于地球半径的圆形轨道上饶地球做匀速圆周运动，其周期为T2.恒星Kepler452的质量与地球的质量之比为p，行星Kepler-186f饶绕恒星Kepler452运动的轨道半径与地球半径之比为q，则T1、T2之比为： （ ）A B. C. D. 【答案】A13、【辽师大附中xx上学期期中考试】（多选）我国研制的“嫦娥三号”月球探测器于xx年12月1日发射成功，并成功在月球表面实现软着陆。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（h5m）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： （ ）A“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【答案】ACD【解析】第一宇宙速度是指在近地轨道上的卫星绕行速度，而“嫦娥三号”要离开地球表面，故发射速度大于第一宇宙速度，A正确；根据开普勒定律，探测器在近月圆轨道上的周期短，在椭圆轨道上的周期长，B错误；在卫星的回收中，要从高轨道进入低轨道，需要减速而使卫星做近心运动，C正确；在月球表面有：，又,根据探测器做自由落体运动，由此解得：，D正确；故选ACD。14、【江西省鹰潭市第一中学xx届高三上学期第四次月考】如图所示，地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做匀速圆周运动，地球的轨道半径为R，运转周期为T，地球和太阳中心的连线与地球和行星的连线所夹的角角地球对该行星的观察视角（简称视角）。已知该行星的最大视角为，当行星处于最大视角处时，是地球上的天文爱好者观察该行星的最佳时期，若某时刻该行星正处于最佳观察期，问该行星下一次处于最佳观察期至少经历多次时间？【答案】或【解析】由题意可得行星的轨道半径设行星绕太阳的转动周期为T由开普勒第三定律有：设行星最初处于最佳观察时期前，其位置超前于地球，且经时间t地球转过角后，该行星再次处于最佳观察期，则行星转过的较大为于是有：解得：若行星最初处于最佳观察期时，期位置滞后于地球，同理可得：15、【江西省赣州市十三县（市）十四校xx届高三上学期期中联考】假设某星球表面上有一倾角为的固定斜面，一质量为m=2.0kg的小物块从斜面底端以速度12m/s沿斜面向上运动，小物块运动2.0s时速度恰好为零已知小物块和斜面间的动摩擦因数，该星球半径为R=4.8103km（sin37=0.6cos37=0.8），试求：（1）该星球表面上的重力加速度g的大小；（2）该星球的第一宇宙速度【答案】（1）（2）16、【四川省资阳市xx届高三上学期第一次诊断考试理科综合】（10分）xx年10月8日，月全食带来的“红月亮”亮相天空，引起人们对月球的关注。我国发射的“嫦娥三号”探月卫星在环月圆轨道绕行n圈所用时间为t，如图所示。已知月球半径为R，月球表面处重力加速度为g月，引力常量为G。试求月球的第一宇宙速度v1和“嫦娥三号”卫星离月球表面高度h。【答案】；【解析】设月球质量为M，由题意知月球表面处万有引力等于重力，第一宇宙速度为近月卫星运行速度，有：“嫦娥三号”卫星做圆周运动，由万有引力提供向心力：联解得：