《高考物理总复习 必考部分 专题五 万有引力与航天习题课件3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理总复习 必考部分 专题五 万有引力与航天习题课件3（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题五 万有引力与航天,高考物理 (课标专用),答案 CD 海王星绕太阳沿椭圆轨道运动,由开普勒第二定律可知,从PQ速度逐渐减小,故从 P到M所用时间小于T0/4,选项A错误,C正确;从Q到N阶段,只受太阳的引力,故机械能守恒,选项B 错误;从M到N阶段经过Q点时速度最小,故万有引力对它先做负功后做正功,选项D正确。,思路分析 天体绕太阳做椭圆运动时,近日点速率最大,远日点速率最小,结合动能定理可以确 定出万有引力的做功情况,结合机械能守恒条件可知,机械能守恒。,2.(2017课标,14,6分)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
2、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,答案 C 天宫二号单独运行时的轨道半径与组合体运行的轨道半径相同。由运动周期T=2 ,可知周期不变,A项错误。由速率v= ,可知速率不变,B项错误。因为(m1+m2)m1,质量 增大,故动能增大,C项正确。向心加速度a= 不变,D项错误。,审题指导 隐含条件明显化 对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道运行,意味着与天宫二号相比较,质量增加,运动半 径不变。,3.(2016课标,14,6分)关于行星运动的规律,下列说法符合史实的是 (
3、) A.开普勒在牛顿定律的基础上,导出了行星运动的规律 B.开普勒在天文观测数据的基础上,总结出了行星运动的规律 C.开普勒总结出了行星运动的规律,找出了行星按照这些规律运动的原因 D.开普勒总结出了行星运动的规律,发现了万有引力定律,答案 B 开普勒在天文观测数据的基础上,总结出了行星运动的规律,但并没有找出其中的原 因,A、C错误,B正确;万有引力定律是牛顿发现的,D错。,规律总结 开普勒行星运动定律被称为行星运动的“宪法”,是行星运动的基本规律。开普勒 虽然总结出了这几条基本规律,但并没有找出行星运动之所以遵守这些基本规律的原因。,4.(2016课标,17,6分)利用三颗位置适当的地球同
4、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,地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6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 ( ) A.1 h B.4 h C.8 h D.16 h,答案 B 卫星围绕地球运转时,万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,即 =m r,解 得周期T=2 ,由此可见,卫星的轨道半径r越小,周期T就越小,周期最小时,三颗卫星连线构 成的等边三角形与赤道圆相切,如图所示,此时卫星轨道半径r=2R,T=2 ,又因为T0=2 =24 h,所以T= T0= 24 h4 h,B正确。,方法技巧 天体运动规律中,有
5、一个常用的重要推论,就是环绕周期T与轨道半径r的关系式:T=2 ,该公式在天体运动中有着广泛的应用,在平时学习中把它作为一个二级结论熟记十分必 要。,5.(2015课标,21,6分,0.439)(多选)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
6、 m/s B.悬停时受到的反冲作用力约为2103 N C.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速度,答案 BD 月球表面重力加速度大小g月=G = G = g地=1.66 m/s2,则探测器在月球 表面着陆前的速度大小vt= =3.6 m/s,A项错;悬停时受到的反冲作用力F=mg月=2103 N,B项 正确;从离开近月圆轨道到着陆过程中,有发动机工作阶段,故机械能不守恒,C项错;在近月圆轨 道上运行的线速度v月= ,故D项正确。,思路分析 本题涉及几个模型:一为绕月圆周运动模型;二为悬停模型,即为平衡模型;三为自由 落
7、体运动模型。,易错警示 探测器仅在月球引力作用下运动时,机械能守恒;而离开近月轨道后有制动悬停阶 段,受到制动力,机械能不守恒。,评析 本题以“嫦娥三号”登月过程为背景材料,不仅考查了对天体运动知识的理解和掌握程 度,也考查了匀加速运动、平衡状态、机械能守恒等多方面知识,是一道综合性很强的好题。,6.(2014课标,19,6分,0.359)(多选)太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周 运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间,且三者几乎排成一条直线的现象,天文学称为 “行星冲日”。据报道,2014年各行星冲日时间分别是:1月6日木星冲日;4月9日火星冲日;5月1 1日土星冲日;
8、8月29日海王星冲日;10月8日天王星冲日。已知地球及各地外行星绕太阳运动的 轨道半径如下表所示,则下列判断正确的是 ( ),A.各地外行星每年都会出现冲日现象 B.在2015年内一定会出现木星冲日 C.天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半 D.地外行星中,海王星相邻两次冲日的时间间隔最短,答案 BD 设地球和地外行星的公转周期分别为T地和T星,公转轨道半径分别为r地和r星,由开普 勒第三定律可得 = ,结合题给数据得T火1.84T地,T木11.86T地,T土29.28T地,T天王82.82 T地,T海王164.32T地。设地外行星连续两次冲日的时间间隔为t,则 t- t=2,解得t= =
9、 T地=1年,故各地外行星不会每年都出现冲日现象,A项错误;t木= = 1.0 9年,而2014年木星冲日时间为1月6日,下次冲日时间应为2015年2月,B项正确;t天王= = 年1.01年,t土= = 年1.04年,C项错误;由t= 知T星越大,t越小,故D项 正确。,解题关键 圆周运动的“追及”问题:设连续两次相距最近的时间间隔为t,12,则1t-2t=2, - =1。由此得出连续两次冲日的时间间隔t= T地=1年的结论。,解题技巧 行星绕太阳做匀速圆周运动,遵循开普勒第三定律 =k。,7.(2014课标,18,6分,0.370)假设地球可视为质量均匀分布的球体。已知地球表面重力加速度 在
10、两极的大小为g0,在赤道的大小为g;地球自转的周期为T,引力常量为G。地球的密度为 ( ) A. B. C. D.,答案 B 在地球两极处,G =mg0,在赤道处,G -mg=m R,故R= ,则= = = = ,B正确。,解题思路 在地球两极处,万有引力等于重力;在赤道处,F引=F向+mg赤。,知识扩展 天体类问题两类基本模型:(1)地表上“随”模型,mg=F引;(2)天体运动的“绕”模型, F引=F向。,8.(2013课标,20,6分,0.496)(多选)2012年6月18日,神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地 面343 km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接。对接轨道所
11、处的空间存在 极其稀薄的大气。下列说法正确的是 ( ) A.为实现对接,两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B.如不加干预,在运行一段时间后,天宫一号的动能可能会增加 C.如不加干预,天宫一号的轨道高度将缓慢降低 D.航天员在天宫一号中处于失重状态,说明航天员不受地球引力作用,答案 BC 可认为目标飞行器是在圆形轨道上做匀速圆周运动,由v= 知轨道半径越大时 运行速度越小。第一宇宙速度为当r等于地球半径时的运行速度,即最大的运行速度,故目标飞 行器的运行速度应小于第一宇宙速度,A错误;如不加干预,稀薄大气对天宫一号的阻力做负功, 使其机械能减小,引起高度的下降,从而地球引
12、力又对其做正功,当地球引力所做正功大于空气 阻力所做负功时,天宫一号的动能就会增加,故B、C皆正确;航天员处于完全失重状态的原因是 地球对航天员的万有引力全部用来提供使航天员随天宫一号绕地球运行的向心力了,而非航天 员不受地球引力作用,故D错误。,解题关键 第一宇宙速度是围绕地球做匀速圆周运动的最大速度,卫星由于受到摩擦阻力作用, 轨道高度会降低,运动速度增大。,易错警示 失重不是失去重力,而是对悬绳的拉力或对支持物的压力减小,产生原因是有向下的 加速度。,9.(2014大纲全国,26,22分)已知地球的自转周期和半径分别为T和R,地球同步卫星A的圆轨道半 径为h。卫星B沿半径为r(rh)的圆
13、轨道在地球赤道的正上方运行,其运行方向与地球自转方向 相同。求 (1)卫星B做圆周运动的周期; (2)卫星A和B连续地不能直接通讯的最长时间间隔(信号传输时间可忽略)。,答案 (1)( )3/2T (2) (arcsin +arcsin )T,解析 (1)设卫星B绕地心转动的周期为T,根据万有引力定律和圆周运动的规律有 G =m h G =m r 式中,G为引力常量,M为地球质量,m、m分别为卫星A、B的质量。由式得 T= T (2)设卫星A和B连续地不能直接通讯的最长时间间隔为; 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 = 2 = 2 若不考虑卫星A的公转,两卫星不能直接通讯
14、时,卫星B的位置应在图中B点和B点之间,图中内圆 表示地球的赤道。由几何关系得,BOB=2 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 由式得 = T ,解题关键 两卫星绕地球做匀速圆周运动,因为地球的遮挡,使卫星A、B不能直接通讯,过卫星 A作出地球的切线,找出空间位置关系,由几何知识列式。,解题技巧 本题涉及两个模型规律:F引=F心=m2r=m r;=t。可对A、B卫星分别列 式,不能通讯的临界条件约束了角,进而约束了时间。,1.(2017北京理综,17,6分)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是 ( ) A.地球的半径及重力加速度(不考虑
15、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,B组 自主命题省（区、市）卷题组,答案 D 已知地球半径R和重力加速度g,则mg=G ,所以M地= ,可求M地;近地卫星做圆 周运动,G =m ,T= ,可解得M地= = ,已知v、T可求M地;对于月球:G =m r,则M地= ,已知r、T月可求M地;同理,对地球绕太阳的圆周运动,只可求出太阳质量M太,故此题 符合题意的选项是D项。,方法技巧 中心天体质量的求解途径 此题提示我们可以从两个方面求得中心天体质量:已知中心天体的半径
16、和重力加速度。已 知中心天体的行星或卫星的运动参数。,2.(2017江苏单科,6,4分)(多选)“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成 功发射升空。与“天宫二号”空间实验室对接前,“天舟一号”在距地面约380 km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,答案 BCD 由于地球自转的角速度、周期等物理量与地球同步卫星一致,故“天舟一号”可 与地球同步卫星比较。由于“天舟一号”的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,所以,角速度是 “天舟一号”大,周期是同步卫星大,选项A错,C对;第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,故 “天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度,B对;对“天舟一号”有G =ma向,所以a向=G ,而地面重力加速度g=G ,故a向g
