2000 年以来高考万有引力部分试题汇编
（2003 年春季理综 ）20.在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫
星，下面说法中正确的是（
）
A.
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
（2003 年广东大综 ）32.若航天飞机在一段时间内保持绕地心做匀速圆周运动， 则
A ?它的速度的大小不变，动量也不变 B. 它不断地克服地球对它的万有引力做功 C. 它的动能不变，引力势能也不变 D .它的速度的大小不变，加速度等于零
（ 2004 年江苏物理 ） 4.若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的 是
A .卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大
B ?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
（ 2004 年上海物理 ） 3.火星有两颗卫星，分别为火卫一和火卫二，它们的轨道 近
似为圆，已知火卫一的周期为 则两颗卫星相比
A .火卫一距火星表面较近 C .火卫一的运动速度较大
（2000 年全国物理 ）3.某人造地球卫星
因受高空稀薄空气的阻力作用， 绕地球运 转的轨道会慢慢改变 .每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动，
某次测量卫
星的轨道半径为r 1，后来变为r 2, r i 能，T 1、T 2表示卫星在这两个轨道上绕地运动的周期，则 A . E k 2 B . E k 2 C . E k 2 >E k 1、T 2 < T 1 D . E k 2 >E k 1、T 2 > T 1 （2005 年江苏物理 ）5．某人造卫星运行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 r i 慢慢变到「2，用E KI 、E K 2分别表示 卫星在这两个轨道上的动能，则 A ．r 1< r 2， E K1 K1>E K2 D ．r 1> r 2， E K1>E K2 （2001 年上海物理 ）4.组成星球的物质是靠引力吸引在一起的， 这样的星球有一 7 小时 39 分，火卫二的周期为 30 小时 18 分， B .火卫二的角速度较大 D .火卫二的向心加速度较大 个最大的自转速率，如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持其赤道 附近的物体做圆周运动.由此能得到半径为 R 、密度为 的星球的最小自转周期 T.下列表达式中正确的是 （2004年北京理综）20. 1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第 2752号小 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 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 1 1 B . g C . 20g D .——g 400 20 （2005年理综①）16 .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 A. 火星和地球的质量之比 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 （2005年理综②）18 .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，可估算出的物理量 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 （2005年理综③）21.最近，科学家在望远镜中看到太阳系以外某一恒星有一行 星，并测得它围绕该恒星运行一周用的时间为 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，仅由以上两个数据可以求出的量有 A .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 （2005年天津理综）21. 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1卩m 到10m 的岩石、尘埃，类似与卫星，它们与土星中心的距离 p 、质量为M 且均匀分布 A . T =2 兀 J R 3 /GM B . T =2兀 J3R 3 /GM 行星命名为吴健雄星，该小行星的半径为 16km .若将此小行星和地球均看成 R = 6400 km , A . 400g C . 20g 从7.3>d04km 延伸到1.4x105 km.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6.67X 10」1N - m 2/kg 2 .则土星的质量约为（估算时 不考虑环中颗粒间的相互作用） （2005年北京理综）20.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 A .地球的平均密度与月球的平均密度之比约为 9： 8 B .地球表面重力加速度与月球表面加速度之比约为 9: 4 C .靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道 运行的航天器的周期之比约为 & 9 D .靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器线速度与靠近月球表面沿圆轨道 运行的航天器线速度之比约为 81: 4 （2005年广东大综）27 ?万有引力定律首先揭示了自然界物体间一中基本相互作 用的规律?以下说法正确的是 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 （2006年全国理综1）16.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?已知月球的质量约为地球质量的 1 1 丄，月球的半径约为地球半径的 丄，地球上的第一宇宙速度约为 7.9km/s ，则 81 4 该探月卫星绕月球运行的速率约为 A . 0.4km/s B . 1.8km/s C . 11km/s D . 36km/s （2006年北京理综）18 . 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 A .飞船的轨道半径 B .飞船的的运行速度 C .飞船的运行周期 D .行星的质量 A . 9.0x1014 kg B . 6.4 x1017 kg C . 9.0x1025 kg 26 D . 6.4 咒 10 （2006年重庆理综）15 .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 2jRh A . ------ t 寸 2Rh B. ------- t j Rh C. --------- t V Rh D. --------- 2t 漂浮”在地球外层空间的照片，根据 （所提的 问题可以涉及力学、电磁学、热学、光学、原子物理学等 （2000年上海物理）15.右图为一名宇航员 照片展现的情景提出两个与物理知识有关的问题 各个部分，只需提出问题，不必作出回答和解释）： 例：这名 漂浮”在空中的宇航员相对地球是运动还是静止 的？ （2） 答案: 例如：此宇航员是否受地球引力作用？此宇航员受力是否平衡？宇航员 背后的天空为什么是黑暗的？等等。若解答不以问题的形式出现、不属于物理 问题或与照片情景无关，均不能得分。 （2000年全国物理）20. （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a = 40°,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） . 答案：设m 为卫星质量，M 为地球质量，r 为卫星到地球中心的距离， 3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 Mm 2 G —2 =m 2 R 2 式中为万有引力恒量.因同步卫星绕地心转动的角速度 23与地球自转的角速度 相等，有《 = T 因 G =mg 得 GM = gR 2 R 2 设嘉峪关到同步卫星的距离为 L ,如图所示，由余弦定理 :1 L = j r 2 +R 2 —2rRcosa 所求时间为t =丄 c （2001年春季物理）18 . （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。 答案：设两星质量分别为 M j 和口M 2，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0的距离分别为11和12 .由万有引力定律和牛顿第二定律及 几何条件可得 I1 +2 =R 联立解得 （2002年上海物理）20. 的重力加速度为g 行， 径R 行与卫星的半径 R 卫之比R 行/R 卫=3.6，行星与卫星之间的距离 r 与行星的 半径R 行之比r/R 行=60.设卫星表面的重力加速度为 g 卫，则在卫星表面有： 一 Mm G —— = mg 卫 r 经过计算得出：卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的三千六 百分之一.上述结果是否正确？若正确，列式证明；若错误，求出正确结果 答案：所得的结果 G 譬 R 2 2兀2 = M 1（〒）I 1 M 1M 2 G --- 2~ R 2 2兀2 = M 2（〒）2 |2 M<^M 2 4兀 2R 3 GT 2 （8分）一卫星绕某行星作匀速圆周运动，已知行星表面 行星的质量 M 与卫星的质量 m 之比M/m = 81，行星的半 是错误的. ①式中的g 卫并不是卫星表面的重力加速度，而是卫星绕行星作匀速圆周 运动的向心加速度. 正确解法是 亠 m 卫星表面 G RF = g 卫 一+ C M 行星表面 G = g 行 ,、2 m （花） M = g 卫=0.16g 行 （2002年广西物理）14. （11 的高度.已知该单摆在海平面 处的周期是 单摆周期为T .求该气球此时离海平面的高度 半径为R 的球体. （2003年新课程理综）24. （ 15分）中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它 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 为均匀球体.（引力常量G=6.67 X 10-11m 2 /kg S 2 ） 答案：1.27 X 1014kg/m 3 （2003年江苏物理）14. （12分）据美联社2002年10月7日报道，天文学家在 太阳系的9大行星之外，又发现了一颗比地球小得多的新行星，而且还测得它 绕太阳公转的周期为 288年.若把它和地球绕太阳公转的轨道都看作圆，问它 与太阳的距离约是地球与太阳距离的多少倍？（最后结果可用根式表示） 答案：设太阳的质量为 M ;地球的质量为 mb 绕太阳公转周期为 T 0，与太阳 的距离为R g ,公转角速度为3 0；新行星的质量为 m ,绕太阳公转周期为 T ,与 太阳的距离为 R ,公转角速度为 3 .则根据万有引力定律合牛顿定律，得， 呼=口0 碌0， GM m ，T 。』，T 』 R R ⑥ 分）有人利用安装在气球载人舱内的单摆来确定气 球 T o .当气球停在某一高度时，测得该 的密度很大.现有一中子星，观察到它的自转周期为 T=30S .问该中子星的最 ?计算时星体可视 2019普通高校招生考试试题汇编-万有引力定律 22（2019安徽）．（14分） （1）开普勒行星运动第三定律指出：行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a 的三次方与它 的公转周期T 的二次方成正比，即3 2a k T =，k 是一个对所有行星都相同的常量。将行星绕 太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量k 的表达式。已知引力常量为G ，太阳的质量为M 太。 （2）开普勒定律不仅适用于太阳系，它对一切具有中心天体的引力系统（如地月系统）都成立。经测定月地距离为3.84×108m ，月球绕地球运动的周期为2.36×106S ，试计算地球的质M 地。（G=6.67×10-11Nm 2/kg 2，结果保留一位有效数字） 解析：（1）因行星绕太阳作匀速圆周运动，于是轨道的半长轴a 即为轨道半径r 。根据万有引力定律和牛顿第二定律有 2 2 2( )m M G m r r T π=行太 行 ① 于是有 322 4r G M T π =太 ② 即 24G k M π= 太 ③ （2）在月地系统中，设月球绕地球运动的轨道半径为R ，周期为T ，由②式可得 322 4R G M T π =地 ④ 解得 M 地=6×1024 kg ⑤ （M 地=5×1024 kg 也算对） 19（2019全国卷1）．我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比， A ．卫星动能增大，引力势能减小 B ．卫星动能增大，引力势能增大 C ．卫星动能减小，引力势能减小 D ．卫星动能减小，引力势能增大 解析：周期变长，表明轨道半径变大，速度减小，动能减小,引力做负功故引力势能增大选D 12（2019海南）.2019年4月10日，我国成功发射第8颗北斗导航卫星，建成以后北斗导航卫星系统将包含多可地球同步卫星，这有助于减少我国对GPS 导航系统的依赖，GPS 由运行周期为12小时的卫星群组成，设北斗星的同步卫星和GPS 导航的轨道半径分别为1R 和 最新高考物理万有引力与航天真题汇编(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1．宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用，三星质量也相同．现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星做囿周运动，如图甲所示；另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的囿形轨道运行，如图乙所示．设这三个 星体的质量均为 m ，且两种系统中各星间的距离已在图甲、图乙中标出，引力常量为 G ， 则: （1）直线三星系统中星体做囿周运动的周期为多少? （2）三角形三星系统中每颗星做囿周运动的角速度为多少? 【答案】（1）3 45L Gm 23 3Gm L 【解析】 【分析】 （1）两侧的星由另外两个星的万有引力的合力提供向心力，列式求解周期； （2）对于任意一个星体，由另外两个星体的万有引力的合力提供向心力，列式求解角速度； 【详解】 （1）对两侧的任一颗星，其它两个星对它的万有引力的合力等于向心力，则： 222 22 2()(2)Gm Gm m L L L T π+= 3 45L T Gm ∴=（2）三角形三星系统中星体受另外两个星体的引力作用，万有引力做向心力，对任一颗 星，满足：2 222cos30()cos30L Gm m L ω?=? 解得：3 3Gm L ω 2．宇航员在某星球表面以初速度2.0m/s 水平抛出一小球，通过传感器得到如图所示的运动轨迹，图中O 为抛出点。若该星球半径为4000km ，引力常量G =6.67×10﹣11N?m 2?kg ﹣ 2 ．试求： 2017-2019高考物理真题分类解析---万有引力定律 与航天 1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）在星球M 上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P 轻放在弹簧上端，P 由静止向下运动，物体的加速度a 与弹簧的压缩量x 间的关系如图中实线所示。在另一星球N 上用完全相同的弹簧，改用物体Q 完成同样的过程，其a –x 关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M 的半径是星球N 的3倍，则 A ．M 与N 的密度相等 B ．Q 的质量是P 的3倍 C ．Q 下落过程中的最大动能是P 的4倍 D ．Q 下落过程中弹簧的最大压缩量是P 的4倍 【答案】AC 【解析】A 、由a –x 图象可知，加速度沿竖直向下方向为正方向，根据牛顿第二定律有：mg kx ma -=，变形式为：k a g x m =- ，该图象的斜率为k m -，纵轴截距为重力加速度g 。根据图象的纵轴截距可知，两星球表面的重力加速度之比为： 0033 1 M N a g g a ==；又因为在某星球表面上的物体，所受重力和万有引力相等，即：2Mm G m g R '='，即该星球的质量2gR M G =。又因为：3 43R M πρ=，联立得34g RG ρπ=。 故两星球的密度之比为： 1:1N M M N N M R g g R ρρ=?=，故A 正确；B 、当物体在弹簧上运动过程中，加速度为0的一瞬间，其所受弹力和重力二力平衡，mg kx =，即：kx m g = ；结合a –x 图象可知，当物体P 和物体Q 分别处于平衡位置时，弹簧的压缩量之比为：00122 P Q x x x x ==，故物体P 和物体Q 的质量之比 高考物理万有引力定律的应用答题技巧及练习题(含答案)含解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1．2018年是中国航天里程碑式的高速发展年，是属于中国航天的“超级2018”．例如，我国将进行北斗组网卫星的高密度发射，全年发射18颗北斗三号卫星，为“一带一路”沿线及周边国家提供服务．北斗三号卫星导航系统由静止轨道卫星（同步卫星）、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．图为其中一颗静止轨道卫星绕地球飞行的示意图．已知该卫星做匀速圆周运动的周期为T ，地球质量为M 、半径为R ，引力常量为G ． （1）求静止轨道卫星的角速度ω； （2）求静止轨道卫星距离地面的高度h 1； （3）北斗系统中的倾斜同步卫星，其运转轨道面与地球赤道面有一定夹角，它的周期也是T ，距离地面的高度为h 2．视地球为质量分布均匀的正球体，请比较h 1和h 2的大小，并说出你的理由． 【答案】（1）2π=T ω；（2）2 3124GMT h R π （3）h 1= h 2 【解析】 【分析】 （1）根据角速度与周期的关系可以求出静止轨道的角速度； （2）根据万有引力提供向心力可以求出静止轨道到地面的高度； （3）根据万有引力提供向心力可以求出倾斜轨道到地面的高度； 【详解】 （1）根据角速度和周期之间的关系可知：静止轨道卫星的角速度2π=T ω （2）静止轨道卫星做圆周运动，由牛顿运动定律有：2 1 212π=()()()Mm G m R h R h T ++ 解得：2 312 =4π GMT h R （3）如图所示，同步卫星的运转轨道面与地球赤道共面，倾斜同步轨道卫星的运转轨道面与地球赤道面有夹角，但是都绕地球做圆周运动，轨道的圆心均为地心．由于它的周期也是T ，根据牛顿运动定律，2 2 22 2=()()()Mm G m R h R h T π++ 解得：2 322 =4GMT h R π - 因此h 1= h 2． 故本题答案是：（1）2π=T ω；（2）2312=4GMT h R π - （3）h 1= h 2 【点睛】 对于围绕中心天体做圆周运动的卫星来说，都借助于万有引力提供向心力即可求出要求的物理量． 2．如图所示，假设某星球表面上有一倾角为θ＝37°的固定斜面，一质量为m ＝2.0 kg 的小物块从斜面底端以速度9 m/s 沿斜面向上运动，小物块运动1.5 s 时速度恰好为零.已知小物块和斜面间的动摩擦因数为0.25，该星球半径为R ＝1.2×103km.试求：(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) (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）g=7.5m/s 2 （2）3×103m/s 【解析】 【分析】 【详解】 （1）小物块沿斜面向上运动过程00v at =- 解得：26m/s a = 又有：sin cos mg mg ma θμθ+= 解得：2 7.5m/s g = （2）设星球的第一宇宙速度为v ，根据万有引力等于重力，重力提供向心力，则有： 2 mv mg R = 2015年高考物理真题分类汇编：万有引力和天体运动 (2015新课标I-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4m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1.3×103kg，地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的3.7倍，地球表面的重力加速度约为9.8m/s2,则此探测器 A. 着落前的瞬间，速度大小约为8.9m/s B. 悬停时受到的反冲作用力约为2×103N C. 从离开近月圆轨道这段时间内，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】B、D 【考点】万有引力定律及共应用；环绕速度 【解析】在中心天体表面上万有引力提供重力：= mg , 则可得月球表面的重力加速度 g月= ≈ 0.17g地= 1.66m/s2 .根据平衡条件，探测器悬停时受到的反作用力F = G探= m探 g月≈ 2×103N，选项B正确；探测器自由下落，由V2=2g月h ,得出着落前瞬间的速度v ≈3.6m/s ,选项A错误；从离开近月圆轨道，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，发动机做了功，机械能不守恒，故选项C错误；在近月圆轨道 万有引力提供向心力：= m,解得运行的线速度V月= = < , 小于近地卫星线速度，选项D正确。 【2015新课标II-16】16. 由于卫星的发射场不在赤道上，同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道。当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时，发动机点火，给卫星一附加速度，使卫星沿同步轨道运行。已知同步卫星的环绕速度约为3.1x103/s，某次发 射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55x103/s，此时 卫星的高度与同步轨道的高度相同，转移轨道和 同步轨道的夹角为30°，如图所示，发动机给卫星 的附加速度的方向和大小约为 A. 西偏北方向，1.9x103m/s B. 东偏南方向，1.9x103m/s C. 西偏北方向，2.7x103m/s D. 东偏南方向，2.7x103m/s 【答案】B 近几年高考“万有引力与航天”10难题详析 江苏省特级教师 戴儒京 万有引力与航天，历来是高考的重点、热点和难点，体现在每年的高考试卷中都有有关万有引力与航天的题目，每套物理试卷或理综试卷都有有关万有引力与航天的题目。本文就近几年高考“万有引力与航天”的难题10题，给以详细解析，以帮助广大高三或高一的学生学习这一部分内容。当你读本文时，对每一题，还是先自己解一下，然后再看本文的解析与答案。 1．（2010年浙江卷第20题）. 宇宙飞船以周期为T 绕地地球作圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程，如图所示。已知地球的半径为R ，地球质量为M ，引力常量为G ，地球处置周期为T 。太阳光可看作平行光，宇航员在A 点测出的张角为α，则 A. 飞船绕地球运动的线速度为 22sin(R T απ B. 一天内飞船经历“日全食”的次数为T/T 0 C. 飞船每次“日全食”过程的时间为0/(2)aT π D. 飞船周期为 【解析】飞船绕地球运动的线速度为T r v π2= 由几何关系知r R = )2/sin(α，所以 )2/sin(r αR = ) 2/sin(2απT R v = ∴，A 正确； 因为r T m r mM G 22)2(π= 所以GM r r GM r T ππ223== 因为) 2/sin(r αR = 所以) 2/sin()2/sin(2ααπGM R R T ? =，D 正确。 一天内飞船经历“日全食”的次数为T h n 24= =T 0/T ，所以B 错误； 飞船每次“日全食”过程的时间，如下图所示，是飞船沿BAC 圆弧从B 到C 的时间，因为tan OBC 21∠=r R ，r R 2sin =α，所以∠OBC=α，时间T t π α 2=， 所以C 错误； 【答案】AD 【点评】本题考查圆周运动与航天知识及用数学解决物理问题的能力。 2．（2010安徽卷17）．为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”。假设探测器在离火星表面高度分别为1h 和2h 的圆轨道上运动时，周期分别为1T 和2T 。火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G 。仅利用以上数据，可以计算出 A ．火星的密度和火星表面的重力加速度 B ．火星的质量和火星对“萤火一号”的引力 C ．火星的半径和“萤火一号”的质量 D ．火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力 【解析】由于万有引力提供探测器做圆周运动的向心力，则有 2 12112()()Mm G m R h R h T π??=+ ?+??；2 22 222()()Mm G m R h R h T π??=+ ?+?? ，可求得火星的质量2323 1222 12 4()4()R h R h M GT GT ππ++== 和火星的半径R =，根据密度 公式得：333443 M M M V R R ρππ= ==。在火星表面的物体有2 Mm G mg R =，可得火星表面的重力加速度2GM g R =，故选项A 正确。 【答案】A 3．（2010全国卷1。25）．（18分）如右图，质量分别为m 和M 的两个星球A 和B 在引力作用下都绕O 点做匀速周运动，星球A 和B 两者中心之间距离为L 。已知A 、B 的中心和O 三点始终共线，A 和B 分别在O 的两侧。引力常数为G 。 专题5 万有引力定律 1.（15江苏卷）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为 1 20 ，该中心恒星与太阳的质量比约为 A ． 1 10 B ．1 C ．5 D ．10 答案：B 解析：根据2224T r m r GMm π?=，得2 3 24GT r M π=， 所以 14 365201)()(23251351=?=?=）（）（地地日恒T T r r M M . 2.（15北京卷）假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么 A.地球公转周期大于火星的公转周期 B ．地球公转的线速度小于火星公转的线速度 C ．地球公转的加速度小于火星公转的加速度 D ．地球公转的角速度大于火星公转的角速度 答案：D 解析：根据万有引力公式与圆周运动公式结合解题.再由地球环绕太阳的公转半径小于火星环绕太阳的公转半径，利用口诀“高轨、低速、大周期”能够非常快的判断出，地球的轨道 “低”，因此线速度大、周期小、角速度大.最后利用万有引力公式a=2 R GM ,得出地球的 加速度大. 因此为D 选项. 3.（15福建卷）如图，若两颗人造卫星a 和b 均绕地球做匀速圆周运动，a 、b 到地心O 的距离分别为r 1、r 2, 线速度大小分别为v 1 、 v 2.则 （ ） 12. v A v = 12B.v v = 21221C. ()v r v r = 21122 C.()v r v r = 专题06 万有引力定律与航天1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a–x关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍，则 A．M与N的密度相等 B．Q的质量是P的3倍 C．Q下落过程中的最大动能是P的4倍 D．Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍 2．（2019·新课标全国Ⅱ卷）2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描述F随h变化关系的图像是 3．（2019·新课标全国Ⅲ卷）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。 已知它们的轨道半径R金 C ．发射速度大于第二宇宙速度 D ．若发射到近地圆轨道所需能量较少 5．（2019·天津卷）2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M 、半径为R ，探测器的质量为m ，引力常量为G ，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r 的匀速圆周运动时，探测器的 A B ．动能为2GMm R C D ．向心加速度为 2GM R 6．（2019·江苏卷）1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2，近地点到地心的距离为r ，地球质量为M ，引力常量为G 。则 A ．121,v v v > B ．121,v v v > C ．121,v v v < D ．121,v v v <>7．（2019·浙江选考）20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空的全新领域。现有一艘远离星球在太空中直线飞行的宇宙飞船，为了测量自身质量，启动推进器，测出飞船在短时间Δt 内速度的改变为Δv ，和飞船受到的推力F （其它星球对它的引力可忽略）。飞船在某次航行中，当它飞近一个孤立的星球时，飞船能以速度v ，在离星球的较高轨道上绕星球做周期为T 的匀速圆周运动。已知星球的半径为R ，引力常量用G 表示。则 高考物理万有引力定律的应用真题汇编(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1．假设在半径为R 的某天体上发射一颗该天体的卫星，若这颗卫星在距该天体表面高度为h 的轨道做匀速圆周运动,周期为T ，已知万有引力常量为G ，求: (1)该天体的质量是多少? (2)该天体的密度是多少? (3)该天体表面的重力加速度是多少? (4)该天体的第一宇宙速度是多少? 【答案】(1)2324()R h GT π+； (2)3233()R h GT R π+；(3)23224()R h R T π+； 【解析】 【分析】 （1）卫星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律列式求解； （2）根据密度的定义求解天体密度； （3）在天体表面，重力等于万有引力，列式求解； （4）该天体的第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度． 【详解】 （1）卫星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律有: G 2()Mm R h +=m 2 2T π?? ??? (R+h) 解得：M=23 2 4()R h GT π+ ① （2）天体的密度： ρ=M V =23 234()43 R h GT R ππ+=3233()R h GT R π+． （3）在天体表面，重力等于万有引力，故: mg=G 2Mm R ② 联立①②解得：g= 23 22 4()R h R T π+ ③ （4）该天体的第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，根据牛顿第二定律，有：mg=m 2 v R ④ 联立③④解得： 【点睛】 本题关键是明确卫星做圆周运动时，万有引力提供向心力，而地面附近重力又等于万有引力，基础问题． 2．某航天飞机在地球赤道上空飞行，轨道半径为r ，飞行方向与地球的自转方向相同，设地球的自转角速度为ω0，地球半径为R ，地球表面重力加速度为g ，在某时刻航天飞机通过赤道上某建筑物的上方，求它下次通过该建筑物上方所需的时间． 【答案】 t = 或者t = 【解析】 【分析】 【详解】 试题分析：根据人造卫星的万有引力等于向心力，列式求出角速度的表达式，卫星再次经过某建筑物的上空，比地球多转动一圈． 解：用ω表示航天飞机的角速度，用m 、M 分别表示航天飞机及地球的质量，则有 2 2Mm G mr r ω= 航天飞机在地面上，有2mM G R mg = 联立解得ω= 若ω>ω0，即飞机高度低于同步卫星高度，用t 表示所需时间，则ωt －ω0t ＝2π 所以 t = 若ω<ω0，即飞机高度高于同步卫星高度，用t 表示所需时间，则ω0t －ωt ＝2π 所以 t = ． 点晴：本题关键：（1）根据万有引力提供向心力求解出角速度；（2）根据地球表面重力等于万有引力得到重力加速度表达式；（3）根据多转动一圈后再次到达某建筑物上空列式． 3．在地球上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把质量为m 的物体P 置于弹簧上端，用力压到弹簧形变量为3x 0处后由静止释放，从释放点上升的最大高度为4.5x 0，上升过程中物体P 的加速度a 与弹簧的压缩量x 间的关系如图中实线所示。若在另一星球N 上把完全相同的弹簧竖直固定在水平桌面上，将物体Q 在弹簧上端点由静止释放，物体Q 的加速度a 与弹簧的压缩量x 间的关系如图中虚线所示。两星球可视为质量分布均匀的球体，星球N 半径为地球半径的3倍。忽略两星球的自转，图中两条图线与横、纵坐标轴交点坐标为 2020年高考物理试题分类汇编：万有引力与航天 1（2020海南卷）.2020年4月10日，我国成功发射第8颗北斗导航卫星，建成以后北斗导航卫星系统将包含多可地球同步卫星，这有助于减少我国对GPS 导航系统的依赖，GPS 由运行周期为12小时的卫星群组成，设北斗星的同步卫星和GPS 导航的轨道半径分别为1R 和2R ，向心加速度分别为1a 和2a ，则12:R R =____34_。 12:a a 3 2 （可用根式表示） 解析：122T T =，由2224GMm m R ma R T π==得：2 32 4GMT R π =，2GM a R =因而：2 3 3 11224R T R T ??== ??? ，2 3 11222a R a R -??== ??? 2（2020广东卷）.如图6所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的 A.动能大 B.向心加速度大 C.运行周期长 D.角速度小 答案：CD 3（2020北京高考卷）．关于环绕地球卫星的运动，下列说法正确的是 A ．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B ．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率 C ．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D ．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合 答案：B 4（2020山东卷）.2020年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器 成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神州九号”交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R 1、R 2，线速度大小分别为1v 、2v 。则1 2 v v 等于 C. 2 2 21R R D. 21R R 答案：B 5（2020福建卷）．一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为0v 假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为0N ，已知引力常量为G,则这颗行星的质量为 A ． 2 GN mv B. 4 GN mv C ． 2Gm Nv D. 4 Gm Nv 答案：B 6（2020四川卷）．今年4月30日，西昌卫星发射中心发射的中圆轨道卫星，其轨道半径为2.8×l07m 。它与另一颗同质量的同步轨道卫星（轨道半径为4.2×l07m ）相比 A ．向心力较小 B ．动能较大 C ．发射速度都是第一宇宙速度 D ．角速度较小 答案：B 7．(2020全国新课标).假设地球是一半径为R 、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d 。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为 A.R d - 1 B. R d +1 2008年高考题 1.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.0.2 B.2 C.20 D.200 2．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 3．一探月卫星在地月转移轨道上运行，某一时刻正好处于地心和月心的连线上，卫星在此 处所受地球引力与月球引力之比为4∶1．已知地球与月球的质量之比约为81∶1，则该 处到地心与到月心的距离之比约为 . 4.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1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7.9 km/s B.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 5.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 6．火星的质量和半径分别约为地球的101和2 1，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 ．0.2g B ．0.4g C ．2.5g D ．5g 7．1990年4月25日，科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600 km 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 8．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200 km,运用周期127分钟。 2000 年以来高考万有引力部分试题汇编 （2003 年春季理综 ）20.在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫 星，下面说法中正确的是（ ） A. 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 （2003 年广东大综 ）32.若航天飞机在一段时间内保持绕地心做匀速圆周运动， 则 A ?它的速度的大小不变，动量也不变 B. 它不断地克服地球对它的万有引力做功 C. 它的动能不变，引力势能也不变 D .它的速度的大小不变，加速度等于零 （ 2004 年江苏物理 ） 4.若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的 是 A .卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大 B ?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 （ 2004 年上海物理 ） 3.火星有两颗卫星，分别为火卫一和火卫二，它们的轨道 近 似为圆，已知火卫一的周期为 则两颗卫星相比 A .火卫一距火星表面较近 C .火卫一的运动速度较大 （2000 年全国物理 ）3.某人造地球卫星 因受高空稀薄空气的阻力作用， 绕地球运 转的轨道会慢慢改变 .每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动， 某次测量卫 星的轨道半径为r 1，后来变为r 2, r i 万有引力高考题 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.0.2 B.2 C.20 D.200 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200 km,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 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600 km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 67地球运行。已知地球半径为6.4×10m，利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×10m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 114、(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，102 则火星表面的重力加速度约为 A(0.2g B(0.4g C(2.5g D(5g 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/s B(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 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 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 22C(F与r成正比 D(F与r成反比 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 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 2000年以来高考万有引力部分试题汇编 (2003年春季理综)20．在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫星，下面说法中正确的是（） A．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(2003年广东大综)32．若航天飞机在一段时间内保持绕地心做匀速圆周运动，则 A．它的速度的大小不变，动量也不变 B．它不断地克服地球对它的万有引力做功 C．它的动能不变，引力势能也不变 D．它的速度的大小不变，加速度等于零 (2004年江苏物理)4．若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的是 A．卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大 B．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 (2004年上海物理)3．火星有两颗卫星，分别为火卫一和火卫二，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 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 (2000年全国物理)3．某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变.每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动，某次测量卫星的轨道半径为r１，后来变为ｒ２，ｒ１＜ｒ２以EＫ１、EＫ２表示恒星在这两个轨道上的动能，Ｔ１、Ｔ２表示卫星在这两个轨道上绕地运动的周期，则A．E k２＜Ｅk１、T２＜T１B．E k２＜Ｅk１、T２＞T１ C．E k２＞Ｅk１、T２＜T１D．E k２＞Ｅk１、T２＞T１ (2005年江苏物理)5．某人造卫星运行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E K1、E K2分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则 A．r1< r2，E K1 高考物理力学知识点之万有引力与航天技巧及练习题 一、选择题 1．“北斗”卫星导航定位系统由5颗同步卫星和30颗非静止轨道卫星组成。则（）A．5颗同步卫星中质量小的卫星的高度比质量大的卫星的高度要低 B．5颗同步卫星的周期小于轨道在地球表面附近的卫星的周期 C．5颗同步卫星离地面的高度都相同 D．5颗同步卫星运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间 2．观看科幻电影《流浪地球》后，某同学设想地球仅在木星引力作用下沿椭圆轨道通过木星的情景，如图所示，轨道上P点距木星最近（距木星表面的高度可忽略）。则 A．地球靠近木星的过程中运行速度减小 B．地球远离木星的过程中加速度增大 C．地球远离木星的过程中角速度增大 D．地球在P点的运行速度大于木星第一宇宙速度 3．宇宙中两个星球可以组成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法错误的是（） A．双星相互间的万有引力减小 B．双星圆周运动的角速度增大 C．双星圆周运动的周期增大 D．双星圆周运动的半径增大 4．若人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则离地面越近的卫星（） A．线速度越大B．角速度越小C．加速度越小D．周期越大 5．中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。预计2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则() A．卫星a的角速度小于c的角速度 高考物理万有引力定律的应用模拟试题及解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1．一名宇航员到达半径为R 、密度均匀的某星球表面，做如下实验：用不可伸长的轻绳拴一个质量为m 的小球，上端固定在O 点，如图甲所示，在最低点给小球某一初速度，使其绕O 点在竖直面内做圆周运动，测得绳的拉力大小F 随时间t 的变化规律如图乙所示．F 1、F 2已知，引力常量为G ，忽略各种阻力．求： （1）星球表面的重力加速度； （2）卫星绕该星的第一宇宙速度； （3）星球的密度． 【答案】（1）126F F g m -=（212()6F F R m -(3) 128F F GmR ρπ-= 【解析】 【分析】 【详解】 （1）由图知：小球做圆周运动在最高点拉力为F 2，在最低点拉力为F 1 设最高点速度为2v ，最低点速度为1v ，绳长为l 在最高点：2 22mv F mg l += ① 在最低点：2 11mv F mg l -= ② 由机械能守恒定律，得 221211222 mv mg l mv =?+ ③ 由①②③，解得1 2 6F F g m -= （2） 2 GMm mg R = 2GMm R =2 mv R 两式联立得：12()6F F R m - （3）在星球表面：2 GMm mg R = ④ 星球密度：M V ρ= ⑤ 由④⑤，解得12 8F F GmR ρπ-= 点睛：小球在竖直平面内做圆周运动，在最高点与最低点绳子的拉力与重力的合力提供向心力，由牛顿第二定律可以求出重力加速度；万有引力等于重力，等于在星球表面飞行的卫星的向心力，求出星球的第一宇宙速度；然后由密度公式求出星球的密度． 2．如图轨道Ⅲ为地球同步卫星轨道，发射同步卫星的过程可以筒化为以下模型：先让卫星进入一个近地圆轨道Ⅰ（离地高度可忽略不计），经过轨道上P 点时点火加速，进入椭圆形转移轨道Ⅱ．该椭圆轨道Ⅱ的近地点为圆轨道Ⅰ上的P 点，远地点为同步圆轨道Ⅲ上的 Q 点．到达远地点Q 时再次点火加速，进入同步轨道Ⅲ．已知引力常量为G ，地球质量为 M ，地球半径为R ，飞船质量为m ，同步轨道距地面高度为h ．当卫星距离地心的距离 为r 时，地球与卫星组成的系统的引力势能为p GMm E r =-（取无穷远处的引力势能为 零），忽略地球自转和喷气后飞船质量的変化，问： （1）在近地轨道Ⅰ上运行时，飞船的动能是多少？ （2）若飞船在转移轨道Ⅱ上运动过程中，只有引力做功，引力势能和动能相互转化．已知飞船在椭圆轨道Ⅱ上运行中，经过P 点时的速率为1v ，则经过Q 点时的速率2v 多大？ （3）若在近地圆轨道Ⅰ上运行时，飞船上的发射装置短暂工作，将小探测器射出，并使它能脱离地球引力范围（即探测器可以到达离地心无穷远处），则探测器离开飞船时的速度 3v （相对于地心）至少是多少？（探测器离开地球的过程中只有引力做功，动能转化为引 力势能） 【答案】（1）2GMm R （22122GM GM v R h R +-+32GM R 【解析】 【分析】 （1）万有引力提供向心力，求出速度，然后根据动能公式进行求解； （2）根据能量守恒进行求解即可； （3）将小探测器射出，并使它能脱离地球引力范围，动能全部用来克服引力做功转化为势能； 2019高考物理试题分类汇编（7）-万有引力与航天（含详解） 1〔2018海南卷〕.2017年4月10日，我国成功发射第8颗北斗导航卫星，建成以后北斗导航卫星系统将包含多可地球同步卫星，这有助于减少我国对GPS 导航系统的依赖，GPS 由运行周期为12小时的卫星群组成，设北斗星的同步卫星和GPS 导航的轨道半径分别为1 R 和 2R ，向心加速度分别为1a 和2a ，那么12:R R _。12:a a =_____4 〔可用根式表 示〕 解析： 122T T =，由2224GMm m R ma R T π==得 ：R =，2GM a R =因而 ：2 3 1122R T R T ?? == ??? ， 2 11224 a R a R -??== ??? 2〔2018广东卷〕.如图6所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。假设飞船在两轨道上都做匀速 圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的 A.动能大 B.向心加速度大 C.运行周期长 D.角速度小 答案：CD 3〔2018北京高考卷〕、关于环绕地球卫星的运动，以下说法正 确的选项是 A 、分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B 、沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率 C 、在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D 、沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合 答案：B 4〔2018山东卷〕.2017年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神州九号”交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R 1、R 2，线速度大小分别为1v 、2 v 。那么12 v v 等于 222 1R R D. 21 R R 答案：B 5〔2018福建卷〕、一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为 v 假设宇 航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的2019年高考物理试题汇编(万有引力定律)
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