3．（湖北省百所重点中学2008 届联考）2007 年3 月26 日，中俄共同签署了《 中国国家航天局和俄罗斯联邦航天局关于联合探测火星一火卫一合作的协议》，双方确定于2008年联合对火星及其卫星“火卫一”进行探测。 “火卫一”就在火星赤道正上方运行，与火星中心的距离为9450km ．绕火星1周需7h39min ，若其绕行轨道可简化为圆形轨道，则由以上信息不能确定的是 A
A ．火卫一的质量
B ．火星的质量
C ．火卫一的绕行速度
D ．火卫一的向心加速度 5．（湖北省武汉市部分学校2008届新高三起点调研）质量为m 的卫星围绕地球做匀速圆周运动，轨道半径是地球半径的2倍。已知地球半径为R ，地球表面的重力加速度为g 。卫星的动能是（ ）A
A ．
41mgR B ．2
1
mgR C ．mgR D ．2 mgR 10.（湖北省八校2008届第一次联考）地球质量大约是月球质量的81倍，一个飞行器在地
球与月球之间，当地球对它的引力和月球对它的引力大小相等时，这飞行器距月球球心的距离与月球球心距地球球心之间的距离之比为 C A ．1∶9 B ．9∶1 C ．1∶10 D ．10∶1
11.（湖北省八校2008届第二次联考）某同学设想驾驶一辆由火箭作动力的陆地太空两用汽车，沿赤道行驶并且汽车相对于地球速度可以任意增加，不计空气阻力，当汽车速度增加到某一值时，汽车将离开地球成为绕地球做圆周运动的“航天汽车”，对此下列说法正确的是（R =6400km, g =10m/s 2）
A ．汽车在地面上速度增加时，它对地面的压力增大
B B ．当汽车离开地球的瞬间速度达到28800km/h
C ．此“航天汽车”环绕地球做圆周运动的最小周期为1h
D ．在此“航天汽车”上弹簧测力计无法测量力的大小 21、（湖北省部分重点中学十一月联考）2007年10月24日，我国发射的“嫦娥一号”探月卫星简化后的路线示意图如图所示，卫星由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道，然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道，卫星开始对月球进行探测。已知地球与月球的质量之比为a ，卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b ，卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动，则卫星（ ） AD
A
B
C 、在停泊轨道运行的速度大于地球的第一宇宙速度
D 、从停泊轨道进入到地月转移轨道，卫星必须加速 24．（湖北部分重点中学2008届理综第一次联考）某同学设想驾驶一辆由火箭作为动和的陆地太空两用汽车在赤道沿地球自转方向行驶，汽车的行驶速度可以任意增加，当汽车的速度增加到某值v （相对地面）时，汽车与地面分离成为绕地心做圆周运动的“航天汽车”
，
对此下列说法正确的是（不计空气阻力，取地球的半径R=6400km，g=10m/s2）（）D A．汽车在地面上速度增加时，它对地面的压力增大
B．在此“航天汽车”上弹簧测力计无法测量力的大小
C．汽车离开地面时v值大小为8.0km/s
D．“航天汽车”绕地心做圆周运动的线速度大小为8.0km/s
28、（湖北省2007－2008年部分学校联考）据报道，美国航天局已计划建造一座通向太空的升降机，传说中的通天塔即将成为现实。据航天局专家称：这座升降机的主体是一根长长的管道，一端系在位于太空的一个巨大的人造卫星上，另一端一直垂到地面并固定在地面上。已知地球到月球的距离约为地球半径的60倍，由此可以估算，该管道的长度至少为（已知地球半径为6400km）（）C
A.360km
B.3600km
C.36000km
D.360000km
、（赤峰市08届四月份全市统考）“嫦娥1号”绕月卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心发射升空，飞行38万公里后到达月球上空200公里处绕月球旋转．中国航天中心计
“嫦划在2009年底前后发射“嫦娥2号”绕月卫星．“嫦娥2号”卫星绕月飞行高度为100公里．
娥2号”卫星绕月飞行与“嫦娥1号”卫星绕月飞行相比，下列正确的是：AC
A．周期变小，线速度变大．
B．周期变大，加速度变大．
C．角速度变大，线速度变大．
D．线速度变大，加速度变小．
、（华师一附中五月第二次压轴考试）如图所示，a、b、c是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造卫星，下列说法中正确的是D
A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度
地球B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c
D．由于某种原因，a的轨道半径缓慢减小，a的线速度将变大
、（湖北省部分重点2008年4月联考）2007年4月24日，欧洲科学家宣布在太阳之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581c。这颗围绕红矮星Gliese581运行的星球有类似地球的温度，表面可能有液态水存在，距离地球约为20光年，直径约为地球的1.5倍，质量约为地球的5倍，绕红矮星Gliese581运行的周期约为13天。假设有一艘宇宙飞船飞临该星球表面附近轨道，下列说法正确是（）BC
A．飞船在Gliese581c表面附近运行的周期约为13天
B．飞船在Gliese581c表面附近运行时的速度大于7.9km/s
C．人在Gliese581c上所受重力比在地球上所受重力大
D．Gliese581c的平均密度比地球平均密度小
7、（赤峰市2008届高三第三次统一考试）“嫦娥一号”是我国月球探测“绕、落、回”三
期工程的第一阶段，也就是“绕”。我国于2007年10月24日发射了第一颗环月卫星。在发射过裎中为了防止卫星偏离轨道，探测器先在近地轨道绕地球3周，再经长途跋涉进入月球的近月轨道绕月飞行，已知月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的1/6，月球半径约为地球半径的1/3，则以下说法中正确的是BC
A．绕月球做圆周运动的周期较小
B ．探测器在月球表面附近运行时的速度小于7.9km/s
C ．探测器在月球表面附近所受月球的万有引力小于在地球表面所受地球的万有引力
D ．绕月球做圆周运动的向心加速度较大 9、（孝感市2008第二次统一考试）同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则（ ）D
A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值
B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的
C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值
D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的 11、（2008年3月湖北省襄樊市统一调研）“黑洞”是近代引力理论所预言的宇宙中的一种特殊天体，研究认为，黑洞可能是由于超中子星发生塌缩而形成的。欧洲航天局由卫星观测发现银河系中心存在一个超大型黑洞并将它命名为：MCG6-30-15r ，假设银河系中心仅此一个黑洞。已知太阳系绕银河系中心做匀速圆周运动，则根据下列哪一组数据可以估算出该黑洞的质量B
A ．太阳的质量和运行速度
B ．太阳绕黑洞公转的周期和太阳到“MCG6-30-15r ”的距离
C ．太阳质量和太阳到“MCG6-30-15r ”的距离
D ．太阳运行速度和“MCG6-30-15r ”的半径 12、（宜昌市2008届高三年级第二次调研）我国的“嫦娥一号”于2007年10 月24 日18 日05 分成功放射，经过15天的长途跋涉，最终成功在距月球表面200 公里的圆周轨道上稳定的运行．若已知月球质量为M ，半径为R ，万有引力常量为G ，以下畅想可能正确的是 ACD
A ．在月球表面以初速度叭竖直上抛一个物体，物体上升的最大高度为22
0R V 2GM
B.
在月球上发射一颗绕它运行的卫星的最小周期为
2C.
D.“嫦娥一号”在绕月球稳定圆周运动时，船内仪器处于完全失重状态 17、（湖北省部分重点高中2008年三月质检）关于万有引力定律和库仑定律都满足平方反比定律，因此引力场和电场之间有许多相似的性质，在处理有关问题时可以将它们进行类比．例如电场中反映各点电场强弱的物理量是电场强度，其定义式为
q
F E =
．在引力场中可
以有一个类似的物理量用来反映各点引力场的强弱．设地球质量为M ，半径为R ，地球表面处重力加速度为g ，引力常量为G ．如果一个质量为m 的物体位于距地心2R 处的某点，则下列表达式中能反映该点引力场强弱的是：（ ） AD
A ．2)2(R M G
B ．2)2(R m G
C ．2)2(R Mm G
D ．4g
25、（湖北省十六校大联考）如图所示，同步卫星离地心的距离为r ，运行速率为v 1，加速
度为a 1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a 2，第一宇宙速率为v 2，地球的半径为Ｒ，则下列比值正确的 D
A.21a a ＝R r
B. 21a a ＝2?
?? ??r R
C. 21v v ＝R r
D. 21v v ＝r R
27、（湖北省“三校联合体”2008届2月联考）太阳系八大行星绕太阳运动的轨道可粗略地
由表中所列数据可以估算海王星公转的周期最接近于： B
A ．1050年
B ．165年
C ．35年
D ．15年 、（宜宾市2008级第二次诊断）一个物体在地球表面重25N ，它在以4m/s 2的加速度加速上升的火箭中的视重为11N ，则此时火箭离地球表面的距离为地球半径R 的（在地球表面
210/g m s ） C
A ．2倍
B ．3倍
C ．4倍
D ．一半
、（湖北省天门中学、枝江中学
广华中学、随州一中五月四校联考）日落4h 时位于地球赤道上的人，在其头顶上方可观察到一颗人造地球卫星飞行．设地球半径为R ，下表列出卫星在不同轨道上的飞行速度v 的大小：
已知太阳光直射赤道，不考虑大气对光的折射，则这颗卫星飞行速度大小v 一定满足D A ．5.6km/s ≤v ＜7.9km/s
B ．4.6km/s ≤v ＜6.5km/s
C ．v=5.6km/s
D ．≤5.6km/s
、（天门市2008年高考第二轮模拟）如图所示，a 、b 、c 是环绕地球在圆形轨道上运行的3颗人造卫星，它们的质量关系是m a = m b < m c ，则（ ）D
A ．b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度
B ．b 、c 的周期相等，且小于a 的周期
C ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度
D ．b 所需要的向心力最小 、（湖北省“四校联合体”2008届第一次联考）2007年10月24日，我国发射的“嫦娥一号”探月卫星简化后的路线示意图如图所示，卫星由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道，然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进
入工作轨道，卫星开始对月球进行探测。已知地球与月球的质量之比为a ，卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b ，卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动，则
卫星( )AD
a
A．在停泊轨道和工作轨道运行的速度之比为b
b
B．在停泊轨道和工作轨道运行的周期之比为a
C．在停泊轨道运行的速度大于地球的第一宇宙速度
D．从停泊轨道进入到地月转移轨道，卫星必须加速
、（湖北省“三校联合体”4月联考）太阳系八大行星绕太阳运动的轨道可粗略地认为是圆，各行星的半径、日星距离和质量如下表所示：
由表中所列数据可以估算海王星公转的周期最接近于：B
A．1050年B．165年C．35年D．15年
、（武汉市2008届高中毕业生二月调考）某同学阅读了“火星的现在、地球的未来”一文，摘录了以下资料：
①根据目前被科学界普遍接受的宇宙大爆炸学说可知，万有引力常量在极其缓慢地减小。
②太阳几十亿年来一直不断地在通过发光、发热释放能量。
③金星和火星是地球的两位近邻，金星位于地球圆轨道的内侧，火星位于地球圆轨道的外侧。
④由于火星与地球的自转周期几乎相同，自转轴与公转轨道平面的倾角也几乎相同，所以火星上也有四季变化。
根据该同学摘录的资料和有关天体运动规律，可推断（AD）
A、太阳对地球的引力在缓慢减小
B、太阳对地球的引力在缓慢增加
C、火星上平均每个季节持续的时间等于3个月
D、火星上平均每个季节持续的时间大于3个月
、（黄冈市2008年高三模拟适应考试）如图，a是静止在地球赤道上的
物体，b、c是两颗人造地球卫星，其中c是地球的同步卫星，a、b、c
在同一平面内沿不同的轨道绕地心做匀速圆周运动，三者绕行方向相同
（为图示顺时针方向），已知R b 一条直线上，如图甲所示。那么再经过6小时，物体a、卫星b、c的位 置可能是图乙中的（）AD 、（2008年湖北省八校第三次联考）2003年10月15日，我国利用“神舟五号”飞船将1名宇航员送入太空，中国成为继俄、美之后第三个掌握载入航天技术的国家。设宇航员测出自己绕地球球心做匀速圆周运动的周期为T，离地面的高度为H，地球半径为R。则根据T、H、R和万有引力恒量G，宇航员不能计算出下面的哪一项（）C A．地球的质量B．地球的平均密度 C．飞船所需的向心力D．飞船线速度的大小 、（湖北省补校联合体大联考）自1957年前苏联第一颗人造卫星上天后，迄今人类向太空发射的航天器已经超过4000枚。它们进入轨道后，有的因失去时效而报废，有的因出现故障而失灵，但都仍旧在太空中漫游，形成了大量的太空垃圾。在太阳活动期，地球大气会受太阳风的影响而扩张而使一些在大气层外绕地球飞行的太空垃圾被大气包围，而开始向地面下落，大部分太空垃圾在落地前已经燃烧成灰烬，但体积较大的太空垃圾则会落到地面上，对人类造成危害，太空垃圾下落的原因是C A.大气的扩张使垃圾受到的万有引力增大而导致下落 B.太空垃圾在燃烧过程中质量不断减小，根据牛顿第二运动定律，向心加速度不断增大，由此导致下落 C.太空垃圾在大气阻力作用下速度减小，做圆周运动所需的向心力将小于实际的万有引力，过大的万有引力将垃圾拉向了地面 D.太空垃圾的上表面受到的大气压力大于其下表面受到的大气压力，这种压力差将它推 向地面 、（武汉市四月调研）2007年11月5日，“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道达到月球，在距月球表面200km的P点进行第一次“刹车制动”后被月球捕获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行，如图所示。之后，卫星在P点经过几次“刹车制动”，最终在距月球表面200km的圆形轨道Ⅲ上绕月球做周期为127min的匀速圆周运动。已知月球半径R和引力常量G，忽略地 球对“嫦娥一号”的引力作用，则（B） A、可估算月球的自转周期 B、可估算月球的质量 C、卫星沿轨道Ⅰ运动经过P点的速度小于沿轨道Ⅲ运动经过P点的速度 D、卫星沿轨道Ⅰ运动经过P点的速度等于沿轨道Ⅲ运动经过P点的速度 、（湖北省2008年4月质检）有两个行星A和B（A和B之间的相互作用不计），它们各有一颗靠近其表面的卫星，若这两颗卫星的周期相等，由此可知（）A A．行星A、B表面重力加速度之比等于它们的半径之比 B．两颗卫星的线速度一定相等 C．行星A、B的质量一定相等 D．行星A、B的密度不一定相等 、（荆州市2008届高中毕业班质量检查）假设地球一年自转一周(地球自转方向与公转方向一致)，下述提法正确的是ACD A ．赤道上人体重将增大 B ．地球上半年为白天，下半年为黑夜 C ．赤道上白天和黑夜将变为无限长 D ．赤道上摆钟将走的快—些 、（武汉二中、汉南一中、武汉一中2008届第二次联考）2007年9月24日，“嫦娥一号”探月卫星发射升空，实现了中华民族千年奔月的梦想。若“嫦娥一号”沿圆形轨道绕月球飞行的半径为R ，国际空间站沿圆形轨道绕地球匀速圈周运动的半径为4R ，地球质量是月球质量的81倍．根据以上信息可以确定AD A ．国际空间站与“嫦娥一号”的加速度之比为8l ：16 B ．国际空间站与“嫦娥一号”的线速度之比为1：2 C ．国际空间站与“嫦娥一号”的周期之比为8：l D ．国际空间站与“嫦娥一号”的角速度之比为9：8 、（黄冈、襄樊、孝感、宜昌、荆州2008届联考）由我国自行研制的“嫦娥一号”探月卫星发射后首先被送入一个椭圆形“超地球同步轨道”，这一轨道离地面最近距离约为200公里，最远距离约为5.1万公里，探月卫星将用16小时环绕轨道一圈后，通过加速再进行一个更大的椭圆轨道，此轨道距离地面最近距离约为500公里，最远距离约为12.8万公里，需要48小时才能环绕一圈，不考虑空气阻力，下列说法正确的是B A ．“嫦娥一号”在“超地球同步轨道”上运行时一定定点在赤道上空并与地面保持相对静止 B ．与周期为85分钟的“神州六号”载人飞船相比，“嫦娥一号”在“超地球同步轨道”运行的半长轴大 C ．卫星在“超地球同步轨道”上由远地点向近地点运动时动能增大，机械能增大 D ．因为“嫦娥一号”要成为环月卫星，所以其发射速度必须达到第二宇宙速度 、（荆州市2008届高中毕业班质量检查）(12分)已知月球的质量约为地球质量的81 1 ，半径约为地球半径的 6 .31 。一宇航员在月球上用一根长为l 的轻质细绳一端挂住一个质量为m 的小球，另一端固定于空间一点，细绳自由下垂后，他给小球—个水平方向的冲量I 0．使小球获得一水平初速度后，在竖直平面内运动，要使小球在向上摆动的过程中，细绳松弛，则宇航员所给小球的水平冲量I 0的范围为多大(设地球表面的重力加速度为g)? 解：设月球表面的重力加速度为g ，则 g m R mM mgG R mM G '==22月 月 地 地 （2分） 所以：g ′= 25 4 g ； （2分） 要使小球在向上摆动的过程中，细绳会松驰，必有小球作圆弧运动到与固定等高处时 速度v 1≥0，且在小球在固定点上方l 处的速度满足mg ≥l m 22 ， （2分） 而I 0－mv 0，E KO =m I mv 221202 0=， （2分） 所以：mgl mv mv +=2 1202 121 （1分） 和 mgl mv mv 22 1212220+= （1分） 联立解得： 5 525 220gl m I gl m ≤ ≤。（有无等号均给分） （2分） 、（2008年湖北八校联考）（16分）中国首个月球探测计划“嫦娥工程”预计在2017年送机器 人上月球，实地采样送回地球，为载人登月及月球基地选址做准备．设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船绕月球飞行，飞船上备有以下实验仪器：A ．计时表一只，B ．弹簧秤一把，C ．已知质量为m 的物体一个，D ．天平一只（附砝码一盒）．在飞船贴近月球表面时可近似看成绕月球做匀速圆周运动，宇航员测量出飞船在靠近月球表面的圆形轨道绕行N 圈所用的时间为t ．飞船的登月舱在月球上着陆后，遥控机器人利用所携带的仪器又进行了第二次测量，科学家利用上述两次测量数据便可计算出月球的半径和质量．若已知万有引力常量为G ，则： （1）说明机器人是如何进行第二次测量的？ （2）试利用测量数据（用符号表示）求月球的半径和质量． （1）机器人在月球上用弹簧秤竖直悬挂物体，静止时读出弹簧秤的读数F ，即为物体在月 球上所受重力的大小（4分） （2）在月球上忽略月球的自转可知 月mg =F ① （2分） 月mg R Mm G =2 ②（2分） 飞船在绕月球运行时，因为是靠近月球表面，故近似认为其轨道半径为月球的半径R ，由万有引力提供物体做圆周运动的向心力可知 2224T m R R Mm G π=③ （2分） 又 N t T =④（2分） 所以，由①、②、③、④式可知月球的半径 m N Ft m FT R 222 2 244ππ==．（2分） 月球的质量 3 444 316m GN t F M π=．（2分） 、（2008年湖北八校第一次联考）（16分）2007年10月24日，我国成功地发射了“嫦娥一号”探月卫星，其轨道示意图如图所示.卫星进入地球轨道后还需要对卫星进行10次点火控制。第一次点火，抬高近地点，将近地点抬高到约600km ，第二、三、四次点火，让卫星不断变轨加速，经过三次累积，卫星加速到11.0km/s 的速度进入地月转移轨道向月球飞去.后6次点火的主要作用是修正飞行方向和被月球捕获时的紧急刹车,最终把卫星送入离月面200km 高的工作轨道(可视为匀速圆周运动).已知地球质量是月球质量的81倍,R 月 =1800km ,R 地=6400km,卫星质量2350kg ,g 取10.0m/s 2 . （涉及开方可估算，结果保留一位有效数字） 求：(1)卫星在绕地球轨道运行时离地面600km 时的加速度. (2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面200km 的工作轨道上外力对它做了多少功?（忽略地球自转及月球绕地球公转的影响） 解:(1)卫星在离地600km 处对卫星加速度为a ，由牛顿第二定律…………（1分） () ma h R GMm =+2 1 …………（2分） 又由 mg R GMm =2 …………（2分） 可得a=8 m/s 2…………（2分） (2)卫星离月面200km 速度为v ，由牛顿第二定律得…………（1分） ()() 22 2 2h r mv h r m GM += +月…………（2分） 由 mg R GMm =2 及M 月/M=1/81 …………（2分） 得:V 2=2.48×106 km 2/s 2…………（2分） 由动能定理,对卫星 W= 21mv 2—21mv 02=2 1 × 2350×（248×104—110002）= -1×1011J …………（2分） 2．(10分）（湖北省百所重点中学2008 届联考）据报道，美国航空航天管理局计划在2008年10月发射月球勘侧轨道器( LRO 〕．若以T 表示LRO 在离月球表面高h 处的轨道上做匀速圆周运动的周期，以R 表示月球的半径，求： (1) LRO 运行时的向心加速度a ； （2）月球表面的重力加速度g 月． 解：(1）向心加速度2 a=r ω（2分） 得：()2 24a=R+h T π (2分) (2)设月球质量为M ，引力常量为G 。 LRO 的质量为m ，报据牛顿运动定律，有． () 2 Mm G =ma R h ＋ （2 分） 任意物体静止在月球表面上时．由万有引力定律得： 2 Mm' G =m'g R 月 （2分） 联立解得，()23 224g =R+h R T π月 ( 2 分） 所以 222242cos30M G =M r T π? 解得：23243r M=GT π （2分），所以三颗星的总质量为23 2 43r M=GT π （2分） 9．（湖北省武汉市部分学校11月联考）(13分）如图10所示，在宇宙中有一种三星系统， 由三颗质量相等的恒星组成等边三角形，它们绕三角形的中心匀速转动，已知某三星系统远离其他星体，可以认为它们与其他星体的作用力为0，它们之间的距离均为r ，绕中心转动周期为T ，每颗星均可看作质点．试求这三颗星的总质量． 解：设这三颗星分别为A 、B 、C ，其质量分别为M A 、M B 、M C ，且M A = M B = M C = M , A 的受力如右图所示，因为A 做匀速圆周运动，对A 有： 2cos30cos30BA CA A OA F +F =M r ω?? (3分) 而 2= T π ω （1分） 由万有引力定律知：则2 2BA CA M F =F =G r （2分） 由几何知识得 23 3OA r = （3分） 、（黄冈市重点中学2008届模拟）（16分）宇航员在月球表面完成下面实验：在一固定的竖 直光滑圆弧轨道内部的最低点，静止一质量为m 的小球（可视为质点）如图示，当给小球水平初速度v 0时，刚好能使小球在竖直面内做完整的圆周运动。已知圆弧轨道半径为r ，月球的半径为R ，万有引力常量为G 。若在月球表面上发射一颗环月卫星，所需最小发射速度为多大？ 解析：设月球表面重力加速度为g ，月球质量为M . ∵球刚好完成圆周运动，∴小球在最高点有r v m mg 2 = （3分） 从最低点至最高低点有 22 02 121)2(mv mv r mg -= （3分） 由①②可得r v g 520 = （3分） ∵在月球表面发射卫星的最小速度为月球第一宇宙速度 ∴Rr r v gR R GM v 550min === （4分） 、（2008年湖北省名师预测卷）（18分）美国“奋进”号航天飞机于2008年3月11日发射 升空，12日晚顺利与国际空间站对接。飞低国际空间站后，宇航员共进行了5次太空行走，为国际空间站组装了一个双臂机器人，并安装了日本“希望”号实验舱的保管室部分。美国东部时间24日20时25分（北京时间25日8时25分），“奋进”号航天飞机脱离国际空间站，开始返航。若已知国际空间站距地面高度为h ，地球半径为R ，地面的重力加速度为g 。 （1）求国际突然间站运行周期 （2）已知宇航员及其设备的总质量为M ，太空行走的宇航员通过向向后喷出气体而获得反冲力，每秒钟喷出的气体质量为m 。为了简化问题，设喷气时对气体做功的功率恒为P ，在不长的时间t 内宇航员及其设备的质量变化很小，可以忽略不计。求喷气t 秒后宇航员获得的动能。 （1）由万引力定律和牛顿运动定律得G 2 )(h R Mm +=2 2?? ? ??T m π（R +） 又GM/R 2 = g 联立解得：T = ()g h R R h R ++π2 （8分） （2）因为喷气时对对做功的功率恒为P ，而单位时间内喷气质量为m ，故在t 时间内，据 动能定理P ×t =221 v mt ?可求得喷出气体的速度为：v =m P 2 （4分） 另一方面宇航员喷气过程中系统动量守恒，则：0 = mtv – Mv ′ 又宇航员获得的动能，E k = 22 1 v M ' 联立解得：E k =M mPt m P M mt M 2 2 221=??? ? ??? （6分） 、（湖北省天门中学、枝江中学 广华中学、随州一中五月四校联考）(16分)假设我国发射的月球卫星“嫦娥一号”的质量为m ，它绕月球在椭圆轨道上运动。在近月点“嫦娥一号”离月球表面的高度为h 1,运动的速度为v 1，运动的加速度为a 1；在远月点“嫦娥一号”离月球表面的高度为h 2，运动的速度为v 2，运动的加速度为a 2，不考虑其他天体对“嫦娥一号”的影响，求： (1)“嫦娥一号”由远月点到近月点的过程中，月球对它的万有引力所做的功是多少？ (2)月球的半径是多大？ 解：(1)根据动能定理，月球对“嫦娥一号”所做的功，等于其动能的改变，即 22212 121mv m W -= (4分) (2) 根据牛顿第二定律，“嫦娥一号”在近月点受到的万有引力F 1满足： 12 11)(ma h R mM G F =+= (4分) “嫦娥一号”在远月点受到的万有引力F 2满足： 22 22)(ma h R mM G F =+= (4分) 联立解得：1 22 211a a a h a h R --= (4分) 4、(湖北省部分重点高中2008年3月质检)（15分）2007年10月24日，我国成功地发射了“嫦娥一号”探月卫星，其轨道示意图如图所示.卫星进入地球轨道后还需要对卫星进行10次点火控制。第一次点火，抬高近地点，将近地点抬高到约600km ，第二、三、四次点火，让卫星不断变轨加速，经过三次累积，卫星加速到11.0km/s 的速度进入地月转移轨道向月球飞去.后6次点火的主要作用是修正飞行方向和被月球捕获时的紧急刹车,最终把卫星送入离月面200km 高的工作轨道(可视为匀速圆周运动).已知地球质量是月球质量的81倍,R 月 =1800km ,R 地=6400km,卫星质量2350kg ,g 取10m/s 2 . （涉及开方可估算，结果保留一位有效数字） 求：(1)卫星在绕地球轨道运行时离地面600km 时的加速度. (2)卫星从离开地球轨道进入地月转移轨道最终稳定在离月球表面200km 的工作轨道上外力对它做了多少功?（忽略地球自转及月球绕地球公转的影响） 解:(1)卫星在离地600km 处对卫星加速度为a ，由牛顿第二定律 () ma h R GMm =+2 1 …………（2分） 又由 mg R GMm =2 …………（2分） 可得a=8 m/s 2 …………（3分） (2)卫星离月面200km 速度为v ，由牛顿第二定律得 () () 22 2 2h r mv h r m GM += +月…………（2分） 由 mg R GMm =2 及M 月/M=1/81 …………（2分） 得:V 2 =2.48×106 km 2 /s 2 …………（2分） 由动能定理,对卫星 W= 21mv 2—21mv 02=2 1× 2350×（248×104—110002）= —1×1011 J …………（2分） 7、（湖北省部分重点高中2008年三月质检）（12分）2005年10月17日，我国第二艘载人飞船“神州六号”，在经过了115个小时32分钟的太空飞行后顺利返回。 （1）飞船的竖直发射升空的加速过程中，宇航员处于超重状态。设点火后不久，仪器显示宇航员对座舱的压力等于他体重的4倍，求此飞船的加速度大小。地面附近重力加速度 g=10m/s 2 。 （2）飞船变轨后沿圆形轨道环绕地球运行，运行周期为T ，已知地球半径为R ，地球表面的重力加速度为g 。求飞船离地面的高度。 （1）4mg －mg=ma ? a = 3g =30 m/s 2 …(3分) （2）)()2() (2 2 h R T m h R Mm G +=+π ……（3分） g m R m M G '=' 2 ………………（2分） R T gR h -=3 2 2 24π ………（4分） 十年高考试题分类解析-物理 1.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 C.2)(R d R - D.2 )(d R R - 2．一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，弹簧测力计的示数为N ，已知引力常量为G,，则这颗行星的质量为 A ．mv 2 /GN B ．mv 4 /GN ． C ．Nv 2 /Gm ．D ．Nv 4 /Gm . 3.（2012·北京理综）关于环绕地球运动的卫星，下列说法正确的是 4A C 5A. B.各小行星绕太阳运动的周期均小于一年 C.小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心 加速度值 D.小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值 6.（2012·全国理综）一单摆在地面处的摆动周期与在某矿井底部摆动周期的比值为k 。设地球的半径为R 。假定地球的密度均匀。已知质量均匀分布的球壳对壳内物体的引力为零，求矿井的深度d . 1.（2011重庆理综第21题）某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆。每过N 年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如题21图所示。该行星与地球的公转半径比为 A ．231N N +?? ??? B.23 1N N ?? ?-?? C ．3 2 1N N +?? ??? D.32 1N N ?? ?-?? 2（2011四川理综卷第17题）据报道，天文学家近日发现了 一颗距地球40光年的 “超级地球”，名为“55Cancrie ”，该行星绕母星（中心天体）运行的周期约为地球绕太阳运行周期的 1 480 ，母星的体积约为太阳的60倍。假设母星与太阳密度相同，“55Cancrie ”与地球均做匀速圆周运动，则“55Cancrie ”与地球的 A. B. C.1.m 1、m 2、M （M >>m 1，M >>m 2）.在C 的万有引力作用下，a 、b 从2运行周期和相应的圆轨道半径，T 0和R 0是 3．（2010，在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为2g ，则 A ．1g a =B ．2g a =C ．12g g a +=D ．21g g a -= 4（2010四川理综卷第17题）.a 是地球赤道上一栋建筑，b 是在赤道平面内做匀速圆周运动、距地面9.6×106 m 的卫星，c 是地球同步卫星，某一时刻b 、c 刚好位于a 的正上方（如图甲所示），经48h ，a 、b 、c 的大致位置 是图乙中的（取地球半径R=6.4×106m ，地球表面重力加速度g=10m/s 2 ，π 5．(2010安徽理综)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h 1和h 2的圆轨道上运动时，周期分别为T 1和T 2。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 万有引力与航天--例题 考点一 天体质量与密度的计算 1.解决天体(卫星)运动问题的基本思路 (1)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力,即 G Mm r 2＝ma n ＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2r T 2 (2)在中心天体表面或附近运动时,万有引力近似等于重力,即G Mm R 2＝mg (g 表示天体表面的重力加速度). 2.天体质量与密度的计算 (1)利用天体表面的重力加速度g 与天体半径R 、 由于G Mm R 2＝mg ,故天体质量M ＝gR 2G , 天体密度ρ＝M V ＝M 43 πR 3＝3g 4πGR 、 (2)通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T 与轨道半径r 、 ①由万有引力等于向心力,即G Mm r 2＝m 4π2T 2r ,得出中心天体质量M ＝4π2r 3 GT 2; ②若已知天体半径R ,则天体的平均密度 ρ＝M V ＝M 43 πR 3＝3πr 3GT 2R 3; ③若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动,可认为其轨道半径r 等于天体半径R ,则天体密 度ρ＝3πGT 2、可见,只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T ,就可估算出中心天体的密度. 例 1 1798年,英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量G ,因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人.若已知万有引力常量G ,地球表面处的重力加速度g ,地球半径R ,地球上一个昼夜的时间T 1(地球自转周期),一年的时间T 2(地球公转周期),地球中心到月球中心的距离L 1,地球中心到太阳中心的距离L 2、您能计算出( ) A.地球的质量m 地＝gR 2G B.太阳的质量m 太＝4π2L 32GT 22 C.月球的质量m 月＝4π2L 31GT 21 D.可求月球、地球及太阳的密度 1.[天体质量的估算]“嫦娥一号”就是我国首次发射的探月卫星,它在距月球表面高度为200 3．已知地球的同步卫星的轨道半径约为地球半径的6．0倍，根据你知道的常识，可以估算出地球到月球的距离，这个距离最接近（ ） A ．地球半径的40倍 B ．地球半径的60倍 C ．地球半径的80倍 D ．地球半径的100倍 10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 4．宇航员在月球表面完成下面实验：在一固定的竖直光滑圆弧轨道内部的最低点，静止一质量为m 的小球（可视为质点），如图所示，当给小球水平初速度υ0时，刚好能使小球在竖直平面内做完整的圆周运动。已知圆弧轨道半径为r ，月球的半径为R ，万有引力常量为G 。若在月球表面上发射一颗环月卫星，所需最小发射速度为（ ） A ．Rr r 550υ B ．Rr r 52 0υ C ．Rr r 50 υ D ． Rr r 552 0υ 3．（6分）（2015?红河州模拟）“神舟”五号载人飞船在绕地球飞行的第五圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h 的圆形轨道．已知飞船的质量为m ，地球半径为R ，地面 A ． 等于mg （R+h ） B ． 小于mg （R+h ） C ． 大于mg （R+h ） D ． 等于mgh 7(2015沈阳质量检测 )．为了探测x 星球，总质量为1m 的探测飞船载着登陆舱在以该星球中心为圆心的圆轨道上运动，轨道半径为1r ，运动周期为1T 。随后质量为2m 的登陆舱脱离飞船，变 轨到离星球更近的半径为2r 的圆轨道上运动，则 A ．x 星球表面的重力加速度2 11214T r g π= B ．x 星球的质量21 3124GT r M π= C ．登陆舱在1r 与2r 轨道上运动时的速度大小之比1 22121r m r m v v = 万有引力和航天知识的归类分析 一．开普勒行星运动定律 1、开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。 2、开普勒第二定律（面积定律）：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。 3、开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。 实例、飞船沿半径为r 的圆周绕地球运动，其周期为T ，如图所示。若飞船要返回地面，可在轨道上某点处将速率降到适当的数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行，椭圆与地球表面在某点相切，已知地球半径为R ，求飞船由远地点运动到近地点所需要的时间。 二．万有引力定律 实例2、设想把质量为m 的物体放到地球的中心，地球的质量为M ，半径为R ，则物体与地球间的万有引力是 （ ） A 、零 B 、无穷大 C 、 2 R GMm D 、无法确定 小结：F= 2 2 1r m Gm 的适用条件是什么 三．万有引力与航天 （一）核心知识 万有引力定律和航天知识的应用离不开两个核心 1、 一条主线 ，本质上是牛顿第二定律，即万有引力提供天体做圆周运动所需要的向心力。 2、 黄金代换式 GM ＝g R 2 此式往往在未知中心天体的质量的情况下和一条主线结合使用 （二）具体应用 应用一、卫星的四个轨道参量v 、ω、T 、a 向与轨道半径r 的关系及应用 1、理论依据：一条主线 2、实例分析 如图所示,a 、b 是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,它们距地面 的高度 分别是R 和2R(R 为地球半径).下列说法中正确的是( ) A.a 、b 的线速度大小之比是 2∶1 B.a 、b 的周期之比是1∶2 C.a 、b 的角速度大小之比是3 ∶4 D.a 、b 的向心加速度大小之比是9∶4 小结： 轨道模型： 在中心天体相同的情况下卫星的r 越大v 、ω、a 越小，T 越大，r 相同，则卫星的v 、ω、a 、T 也相同，r 、 v 、ω、a 、T 中任一发生变化其它各量也会变化。 应用二、测量中心天体的质量和密度 1、方法介绍 方法一、“T 、r ”计算法 在知道“T 、r ”或“v 、r ”或“ω、r ”的情况下，根据一条主线均可计算出中心天体的质量，这种方法统称为“T 、r ”计算法。在知道中心天体半径的情况下利用密度公式还可以计算出中心天体的密度。 方法二、“g 、R ”计算法 利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R. 2、实例分析 例4：已知万有引力常量G,地球半径R,月球和地球之间的距离r,同步卫星距地面的高度h,月球:绕地球的运转周期T 1,地球的自转周期T 2 , 天体密度故天体质量由于,,2 2G gR M mg R Mm G ==.π43π3 43 GR g R M V M = == 平抛运动小结 （一）平抛运动的基础知识 1. 定义：水平抛出的物体只在重力作用下的运动。 2. 特点： （1）平抛运动是一个同时经历水平向的匀速直线运动和竖直向的自由落体运动的合运动。 （2）平抛运动的轨迹是一条抛物线，其一般表达式为c bx ax y ++=2 。 （3）平抛运动在竖直向上是自由落体运动，加速度g a =恒定，所以竖直向上在相等的时间相邻的位移的高度之比为5:3:1::321=s s s …竖直向上在相等的时间相邻的位移之差是一个恒量 2gT s s s s I II II III =-=-。 （4）在同一时刻，平抛运动的速度（与水平向之间的夹角为?）向和位移向（与水平向之间的夹角是θ）是不相同的，其关系式θ?tan 2tan =（即任意一点的速度延长线必交于此时物体位移的水平分量的中点）。 3. 平抛运动的规律 描绘平抛运动的物理量有0v 、y v 、v 、x 、y 、s 、?、t ，已知这八个物理量中的任意两个，可以求出其它六个。 （二）平抛运动的常见问题及求解思路 关于平抛运动的问题，有直接运用平抛运动的特点、规律的问题，有平抛运动与圆运动组合的问题、有平抛运动与天体运动组合的问题、有平抛运动与电场（包括一些复合场）组合的问题等。本文主要讨论直接运用平抛运动的特点和规律来求解的问题，即有关平抛运动的常见问题。 1. 从同时经历两个运动的角度求平抛运动的水平速度 求解一个平抛运动的水平速度的时候，我们首先想到的法，就应该是从竖直向上的自由落体运动中求出时间，然后，根据水平向做匀速直线运动，求出速度。 [例1] 如图1所示， 处低m h 25.1= 解析：在竖直向上，摩托车越过壕沟经历的时间 s s g h t 5.010 25 .122=?== 在水平向上，摩托车能越过壕沟的速度至少为 s m s m t x v /10/5 .050=== 2. 从分解速度的角度进行解题 对于一个做平抛运动的物体来说，如果知道了某一时刻的速度向，则我们常常是“从分解速度”的角度来研究问题。 [例2] 如图2甲所示，以9.8m/s 的初速度水平抛出的物体，飞行一段时间后，垂直地撞在倾角θ为 授课主题 万有引力与重力的关系 教学目的 理解万有引力与重力之间的关系及会运用知识解此类问题 授课日期及时段 2013.04.06 ;3课时 教学内容 一， 本周错题讲解 二， 知识归纳 ．考点梳理 (1).基本方法：把天体运动近似看作圆周运动，它所需要的向心力由万有引力提供， 即： Ｇr v m r Mm 22=＝ｍω２ ｒ＝ｍr T 224π (2).估算天体的质量和密度 由G 2r Mm ＝ｍr T 224π得：Ｍ＝2 3 24Gt r π．即只要测出环绕星体M 运转的一颗卫星运转的半径和周期，就可以计算出中心天体的质量. 由ρ＝V M ，Ｖ＝34πＲ３ 得： ρ＝3 233R GT r π．R 为中心天体的星体半径 特殊:当ｒ＝Ｒ时，即卫星绕天体M 表面运行时，ρ＝2 3GT π (2003年高考)，由此可以测量天体的密度. (3)行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题 表面重力加速度g 0,由02GMm mg R = 得：02GM g R = 轨道重力加速度g ，由 2()GMm mg R h =+ 得：2 2 0()()GM R g g R h R h ==++ (４)卫星的绕行速度、角速度、周期与半径的关系 (1)由Ｇr v m r Mm 22=得:ｖ＝r GM ． 即轨道半径越大，绕行速度越小 (2)由Ｇ 2 r Mm ＝ｍω２ ｒ得：ω＝3r GM 即轨道半径越大，绕行角速度越小 (3)由2 224Mm G m r r T π=得：3 2r T GM π = 即轨道半径越大，绕行周期越大. (５)地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T ＝24h ．要使卫星同步，同步卫星只能位于赤道正上方某一确定高度h ． 由: Ｇ 2 224()Mm m R h T π=+（Ｒ＋ｈ） 得： 2 3 2 4h R GMT π=-=3.6×104ｋｍ=5.6Ｒ Ｒ表示地球半径 三.热身训练 1．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动速度之比 2.宇航员在探测某星球时，发现该星球均匀带电，且电性为负，电荷量为Q ．在一次实验时，宇航员将一带负电q （q < 第五讲 万有引力定律重点归纳讲练 知识梳理 考点一、万有引力定律 1. 开普勒行星运动定律 （1） 第一定律（轨道定律）：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 （2） 第二定律（面积定律）：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。 （3） 第三定律（周期定律）：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值都相等，表达式： k T a =23 。其中k 值与太阳有关，与行星无关。 （4） 推广：开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运转，也适用于卫星绕地球运转。当卫星绕行星旋转时，k T a =2 3 ，但k 值不同，k 与行星有关，与卫星无关。 （5） 中学阶段对天体运动的处理办法： ①把椭圆近似为园，太阳在圆心；②认为v 与ω不变，行星或卫星做匀速圆周运动； ③k T R =2 3 ，R ——轨道半径。 2. 万有引力定律 （1） 内容：万有引力F 与m 1m 2成正比，与r 2 成反比。 （2） 公式：2 21r m m G F =，G 叫万有引力常量，2211 /10 67.6kg m N G ??=-。 （3） 适用条件：①严格条件为两个质点；②两个质量分布均匀的球体，r 指两球心间的距离；③一个均匀球体和球外一个质点，r 指质点到球心间的距离。 （4） 两个物体间的万有引力也遵循牛顿第三定律。 3. 万有引力与重力的关系 (1) 万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用，一个是重力mg ，另一个是物体随地球自转所需的向心力f ，如图所示。 ①在赤道上，F=F 向+mg ，即R m R Mm G mg 22 ω-=； ②在两极F=mg ，即mg R Mm G =2 ；故纬度越大，重力加速度越大。 由以上分析可知，重力和重力加速度都随纬度的增加而增大。 (2) 物体受到的重力随地面高度的变化而变化。在地面上，2 2 R GM g mg R Mm G =?=；在地球表面高度为h 处： 22)()(h R GM g mg h R Mm G h h +=?=+，所以g h R R g h 2 2 ) (+=，随高度的增加，重力加速度减小。 考点二、万有引力定律的应用——求天体质量及密度 1．T 、r 法：2 3 2224)2(GT r M T mr r Mm G ππ=?=，再根据3 23 33,34R GT r V M R V πρρπ=?== ，当r=R 时，2 3GT πρ= 2．g 、R 法：G g R M mg R Mm G 22 = ?=，再根据GR g V M R V πρρπ43,3 43=?== 3．v 、r 法：G rv M r v m r Mm G 2 22 =?= 天体运动题型归纳 李仕才 题型一：天体的自转 【例题1】一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上。已知万有引力常量为G ，若由于天体自转使物体对天体表面压力怡好为零，则天体自转周期为（ ） A ．1 2 4π3G ρ?? ??? B ．1 2 34πG ρ?? ??? C ．1 2 πG ρ?? ??? D ．1 2 3πG ρ?? ??? 解析：在赤道上2 2 R m mg R Mm G ω+=① 根据题目天体表面压力怡好为零而重力等于压力则①式变为 22R m R Mm G ω=②又 T π ω2= ③ 33 4 R M ρπ= ④ ②③④得：2 3GT π ρ= ④即21 )3(ρπG T =选D 练习 1、已知一质量为m 的物体静止在北极与赤道对地面的压力差为ΔN ，假设地球是质量分布 均匀的球体，半径为R 。则地球的自转周期为（ ） A. 2T = 2T =R N m T ?=π2 D.N m R T ?=π2 2、假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面的重力加速度在两极的大小为g 0，在赤道的大小为g ；地球自转的周期为T ，引力常数为G ，则地球的密度为： A. 0203g g g GT π- B. 0203g g g GT π- C. 23GT π D. 23g g GT πρ= 题型二：近地问题+绕行问题 【例题1】若宇航员在月球表面附近高h 处以初速度0v 水平抛出一个小球，测出小球的水平射程为L 。已知月球半径为R ，引力常量为G 。则下列说法正确的是 A ．月球表面的重力加速度g 月＝hv 2 L 2 B ．月球的质量m 月＝hR 2v 20 GL C ．月球的第一宇宙速度v ＝ v 0 L 2h D ．月球的平均密度ρ＝3hv 2 2πGL 2R 解析 根据平抛运动规律，L ＝v 0t ，h ＝12g 月t 2 ，联立解得g 月＝2hv 2 0L 2；由mg 月＝G mm 月R 2， 解得m 月＝2hR 2v 2 0GT 2；由mg 月＝m v 2 R ，解得v ＝v 0L 2hR ；月球的平均密度ρ＝m 月43πR 3＝3hv 2 2πGL 2R 。 练习：“玉兔号”登月车在月球表面接触的第一步实现了中国人“奔月”的伟大梦想。机器人“玉兔号”在月球表面做了一个自由下落试验，测得物体从静止自由下落h 高度的时间t ，已知月球半径为R ，自转周期为T ，引力常量为G 。则下列说法正确的是 A ．月球表面重力加速度为t 2 2h B ．月球第一宇宙速度为 Rh t C ．月球质量为hR 2 Gt 2 D ．月球同步卫星离月球表面高度 3hR 2T 2 2π2t 2－R 【例题2】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 1.人造地球卫星做半径为r ，线速度大小为v 的匀速圆周运动。当其角速度变为原来的 24倍后，运动半径为_________，线速度大小为_________。 【解析】由22Mm G m r r ω=可知，角速度变为原来的24倍后，半径变为2r ，由v r ω=可知，角速度变为原来的24倍后，线速度大小为22v 。【答案】2r ，22 v 2.一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 N ，已知引力常量为G,则这颗行星的质量为 A ．2GN mv B.4GN mv C ． 2Gm Nv D.4Gm Nv 【解析】卫星在行星表面附近做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律有 R v m M G 2/2/R m =，宇航员在行星表面用弹簧测力计测得质量为m 的物体的重为N ，则 N M G =2R m ，解得M=GN 4 mv ，B 项正确。【答案】B 3.如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是 A.太阳对小行星的引力相同 B.各小行星绕太阳运动的周期小于一年 C.小行星带内侧小行星的向心加速度值大于小行星带外侧小行星的向心加速度值 D.小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于 地球公转的线速度值 【答案】C 【解析】根据行星运行模型，离地越远，线速度越小，周期越大，角速度越小，向心加速度等于万有引力加速度，越远越小，各小行星所受万有引力大小与其质量相关，所以只有C 项对。 4.宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经过时间t 小球落回原处;若他在某星球表面以相同的 速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t 小球落回原处.(取地球表面重力加速度g=10 m/s 2,空气阻力不计) (1)求该星球表面附近的重力加速度g ′. (2)已知该星球的半径与地球半径之比为R 星∶R 地=1∶4,求该星球的质量与地球质量之比M 星∶M 地. 答案 (1)2 m/s2 (2)1∶80 平抛运动常见题型考点分类汇总 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2 平抛运动小结 （一）平抛运动的基础知识 1. 定义：水平抛出的物体只在重力作用下的运动。 2. 特点： （1）平抛运动是一个同时经历水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。 （2）平抛运动的轨迹是一条抛物线，其一般表达式为c bx ax y ++=2 。 （3）平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，加速度g a =恒定，所以竖直方向上在相等的时间内相邻的位移的高度之比为5:3:1::321=s s s …竖直方向上在相等的时间内相邻的位移之差是一个恒量2 gT s s s s I II II III =-=-。 （4）在同一时刻，平抛运动的速度（与水平方向之间的夹角为?）方向和位移方向（与水平方向之间的夹角是θ）是不相同的，其关系式θ?tan 2tan =（即任意一点的速度延长线必交于此时物体位移的水平分量的中点）。 3. 平抛运动的规律 描绘平抛运动的物理量有0v 、y v 、v 、x 、y 、s 、?、t ，已知这八个物理量中的任意两个，可以求出其它六个。 运动分类 加速度 速度 位移 轨迹 分运动 x 方向 0v t v x 0= 直线 y 方向 g gt 2 2 1gt y = 直线 合运动 大小 g 220)(gt v + 2220)2 1 ()(gt t v + 抛物线 与x 方向的夹角 ?90 tan v gt = ? 0 2tan v gt = θ （二）平抛运动的常见问题及求解思路 关于平抛运动的问题，有直接运用平抛运动的特点、规律的问题，有平抛运动与圆周运动组合的问题、有平抛运动与天体运动组合的问题、有平抛运动与电场（包括一些复合场）组合的问题等。本文主要讨论直接运用平抛运动的特点和规律来求解的问题，即有关平抛运动的常见问题。 1. 从同时经历两个运动的角度求平抛运动的水平速度 求解一个平抛运动的水平速度的时候，我们首先想到的方法，就应该是从竖直方向上的自由落体运动中求出时间，然后，根据水平方向做匀速直线运动，求出速度。 [例1] 如图1所示，某人骑摩托车在水平道路上行驶，要在A 处越过m x 5=的壕沟，沟面对面比A 处低m h 25.1=，摩托车的速度至少要有多大？ 双星模型、三星模型、四星模型 天体物理中的双星，三星，四星，多星系统是自然的天文现象，天体之间的相互作用遵循万 有引力的规律，他们的运动规律也同样遵循开普勒行星运动的三条基本规律。双星、三星系统的等效质量的计算，运行周期的计算等都是以万有引力提供向心力为出发点的。双星系统的引力作用遵循牛顿第三定律：F F ='，作用力的方向在双星间的连线上，角速度相等，ωωω==21。 【例题1】天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星。双星系统在银 r ，1、 持不变，并沿半径不同的同心轨道作匀速园周运动，设双星间距为L ，质量分别为M 1、M 2，试计算（1）双星的轨道半径（2）双星运动的周期。 解析：双星绕两者连线上某点做匀速圆周运动，即： 22 21212 21L M L M L M M G ωω==---------? ..L L L =+21-------?由以上两式可得：L M M M L 2121+= ，L M M M L 2 12 2+= 又由1 2212214L T M L M M G π=.----------?得：) (221M M G L L T += 【例题3】我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星.某双星由质量不等的星体S 1和S 2构成,两 星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C 做匀速圆周运动.由天文观察测得其运动周期为T ,S 1到C 点的距离为r 1,S 1和S 2的距离为r ,已知引力常量为G .由此可求出S 2的质量为（D ） A .2 12)(4GT r r r -2π B .2 312π4GT r C .2 32π4GT r D .2 122π4GT r r 答案：D , 球A 引球看成似处理 这样算得的运行周期T 。已知地球和月球的质量分别为且A 对A 根据牛顿第二定律和万有引力定律得L m M T m L +=22)( 化简得) (23 m M G L T +=π ⑵将地月看成双星，由⑴得) (23 1m M G L T +=π 将月球看作绕地心做圆周运动，根据牛顿第二定律和万有引力定律得 L T m L GMm 2 2 )2(π= 化简得GM L T 3 22π= 常见的天体运动模型 天体及卫星的运动问题也是高考的热点问题，从近几年全国各地的高考试题来看，透彻理解四个基本模型是关键。 计算天体间的万有引力时，将天体视为质点，天体的全部质量集中于天体的中心；一天体绕另一天体的稳定运行视为匀速圆周运动；研究天体的自转运动时，将天体视为均匀球体。 一、自转模型 1．考虑地球（或某星球）自转影响，地表或地表附近的随地球转的物体所受重力实质是万有引力的一个分力 由于地球的自转，因而地球表面的物体随地球自转时需 要向心力，向心力必来源于地球对物体的万有引力，重力实际 上是万有引力的一个分力，由于纬度的变化，物体作圆周运动 的向心力也不断变化，因而地球表面的物体重力将随纬度的变 化而变化，即重力加速度的值g 随纬度变化而变化；从赤道到两极逐渐增大．在赤道上，在两极处， 。 2．忽略地球（星球）自转影响，则地球（星球）表面或地球（星球）上方高空物体所受的重力就是地球（星球）对物体的万有引力． 在天体表面，物体所受万有引力近似等于所受重力。设天体质量为M ，半径为R ，其表面的重力加速度为g ，由这一近似关系有：，即。这一关系式的应用，可实现天体表面重力加速度g 与的相互替代，因此称为“黄金代换”。 二、环绕模型 环绕模型的基本思路是：①把天体、卫星的环绕运动近似看 做是匀速圆周运动；②万有引力提供天体、卫星做圆周运动的向 心力：G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m ? ?? ??2πT 2r ＝m(2πf)2r= ma 其中r 指圆周运动的轨道半径；③在地球表面，若不考虑地球自转，万有引 力等于重力：由G Mm R 2＝mg 可得天体质量M ＝R 2g G ，这往往是题目中重要的隐含条件。 三、变轨模型 若卫星所受万有引力等于做匀速圆周运动的向心力，将 保持匀速圆周运动；当卫星由于某种原因速度突然改变时 (开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力就不再等于 向心力，卫星将做变轨运行。①当v 增大时，所需向心力增 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 =r GM 知其运行速度要减小，但重力势能、 专题十六：天体运动 基本方法：把天体运动看作是匀速圆周运动，F 万=F 向 往往还需要补充一个等式：在天体表面有——GMm/R2=mg 该式被称为黄金代换。 对卫星（行星）模型 卫星（行星）模型的特征是卫星（行星）绕中心天体做匀速圆周运动。 （1）卫星（行星）的动力学特征：中心天体对卫星（行星）的万有引力提供卫星（行星）做匀速圆周运动的向心力，即有： 。 （2）卫星（行星）轨道特征：由于卫星（行星）正常运行时只受中心天体的万有引力作用，所以卫星（行星）平面必定经过中心天体中心。 1)讨论卫星（行星）的向心加速度、绕行速度、角速度、周期与半径的 关系问题。 由得，故越大，越小。 由得，故越大，越小。 由得，故越大，越小。 得，故越大，越长。 2)求中心天体的质量或密度（设中心天体的半径） ①若已知卫星绕中心天体做匀速圆周运动的周期与半径 根据得，则 ②若已知卫星绕中心天体做匀速圆周运动的线速度与半径 由得，则 ③若已知卫星绕中心天体做匀速圆周运动的线速度与周期 由和得，则 ④若已知中心天体表面的重力加速度及中心天体的球半径 由得，则 一、基本规律 1.关于地球的第一宇宙速度,下列说法中正确的是( ) A它是人造地球卫星环绕地球运转的最小速度 B它是近地圆行轨道上人造卫星运行的最大速度 C 它是能使卫星进入近地轨道最小发射速度 D它是能使卫星进入轨道的最大发射速度 2.地球公转的轨道半径为R 1，周期为T 1 ，月球绕地球运转的轨道半径为R 2 ，周期 为T 2 ，则太阳质量与地球质量之比为（） 3.宇宙飞船与目标飞行器在近地圆轨道上成功进行了空间交会对接。对接轨道所处的空间存在极其稀薄的空气，下面说法正确的是（） 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 二、赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的比较 （1）忽略地球（星球）自转影响，赤道上的物体，万有引力远大于随地球自转所需的向心力。 （2）在地球（星球）表面或地球（星球）上方高空物体所受的重力就是地球（星球）对物体的万有引力。特别的，在星球表面附近对任意质量为m的物体有： 一．考点梳理 1．考纲要求：万有引力定律的应用、人造地球卫星的运动（限于圆轨道）、动量知识和机械能知识的应用（包括碰撞、反冲、火箭）都是Ⅱ类要求；航天技术的发展和宇宙航行、宇宙速度属Ⅰ类要求。 2．命题趋势：本章内容高考年年必考，题型主要有选择题：如2004年江苏物理卷第4题、2004上海卷第3题、2005年安徽卷第16题、2005年全国卷第3题、2005年北京物理卷第20题、2005年江苏物理卷第5题；计算题：如2001年全国卷第31题、2003年第24题、2004年全国卷第23题、2004年广西物理卷第16题、2005年江苏物理卷第18题、2005年广东卷第15题等。飞船、卫星运行问题与物理知识（如万有引力定律、匀速圆周运动、牛顿运动定律等）及地理知识有十分密切的相关性，以此为背景的高考命题立意高、情景新、综合性强，对考生的理解能力、综合分析能力、信息提炼处理能力及空间想象能力提出了极高的要求，是新高考突出学科内及跨学科间综合创新能力考查的命题热点，亦是考生备考应试的难点. 特别是今年10月神州六号飞船再次实现载人航天飞行试验以来，明年高考有很大可能考查与“神六”相关的天体运动问题。 3．思路及方法： (1).基本方法：把天体运动近似看作圆周运动，它所需要的向心力由万有引力提供， 即： Ｇr v m r Mm 22=＝ｍω２ ｒ＝ｍr T 224π (2). 由G 2r Mm ＝ｍr T 224π得：Ｍ＝2 324Gt r π．即只要测出环绕星体M 运转的一颗卫星运转的半径和周期，就可以计算出中心天体的质量. 由ρ＝V M ，Ｖ＝34πＲ３ 得： ρ＝3 233R GT r π．R 特殊:当ｒ＝Ｒ时，即卫星绕天体M 表面运行时，ρ＝2 3GT π (2003年高考)，由此可以测量天体的密度. (3)行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题 表面重力加速度g 0,由02 GMm mg R = 得：02GM g R = 轨道重力加速度g ，由2()GMm mg R h =+ 得：2 20()()GM R g g R h R h ==++ (４) (1)由Ｇr v m r Mm 2 2=得:ｖ＝r GM (2)由Ｇ2r Mm ＝ｍω２ ｒ得：ω＝3r GM (3)由2 224Mm G m r r T π=得：3 2r T GM π = 即轨道半径越大，绕行周期越大. (５)地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T ＝24h ．要使卫星同步，同步卫星只能位于赤道正上方某一确定高度h ． 由: Ｇ2 224()Mm m R h T π=+（Ｒ＋ｈ） 2 3 2 4h R GMT π=-=3.6×104ｋｍ=5.6Ｒ Ｒ 3．（湖北省百所重点中学2008 届联考）2007 年3 月26 日，中俄共同签署了《 中国国家航天局和俄罗斯联邦航天局关于联合探测火星一火卫一合作的协议》，双方确定于2008年联合对火星及其卫星“火卫一”进行探测。 “火卫一”就在火星赤道正上方运行，与火星中心的距离为9450km ．绕火星1周需7h39min ，若其绕行轨道可简化为圆形轨道，则由以上信息不能确定的是 A A ．火卫一的质量 B ．火星的质量 C ．火卫一的绕行速度 D ．火卫一的向心加速度 5．（湖北省武汉市部分学校2008届新高三起点调研）质量为m 的卫星围绕地球做匀速圆周运动，轨道半径是地球半径的2倍。已知地球半径为R ，地球表面的重力加速度为g 。卫星的动能是（ ）A A ． 41mgR B ．2 1 mgR C ．mgR D ．2 mgR 10.（湖北省八校2008届第一次联考）地球质量大约是月球质量的81倍，一个飞行器在地 球与月球之间，当地球对它的引力和月球对它的引力大小相等时，这飞行器距月球球心的距离与月球球心距地球球心之间的距离之比为 C A ．1∶9 B ．9∶1 C ．1∶10 D ．10∶1 11.（湖北省八校2008届第二次联考）某同学设想驾驶一辆由火箭作动力的陆地太空两用汽车，沿赤道行驶并且汽车相对于地球速度可以任意增加，不计空气阻力，当汽车速度增加到某一值时，汽车将离开地球成为绕地球做圆周运动的“航天汽车”，对此下列说法正确的是（R =6400km, g =10m/s 2） A ．汽车在地面上速度增加时，它对地面的压力增大 B B ．当汽车离开地球的瞬间速度达到28800km/h C ．此“航天汽车”环绕地球做圆周运动的最小周期为1h D ．在此“航天汽车”上弹簧测力计无法测量力的大小 21、（湖北省部分重点中学十一月联考）2007年10月24日，我国发射的“嫦娥一号”探月卫星简化后的路线示意图如图所示，卫星由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道，然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道，卫星开始对月球进行探测。已知地球与月球的质量之比为a ，卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b ，卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动，则卫星（ ） AD A B C 、在停泊轨道运行的速度大于地球的第一宇宙速度 D 、从停泊轨道进入到地月转移轨道，卫星必须加速 24．（湖北部分重点中学2008届理综第一次联考）某同学设想驾驶一辆由火箭作为动和的陆地太空两用汽车在赤道沿地球自转方向行驶，汽车的行驶速度可以任意增加，当汽车的速度增加到某值v （相对地面）时，汽车与地面分离成为绕地心做圆周运动的“航天汽车” ， 万有引力与航天--例题 考点一 天体质量和密度的计算 1．解决天体(卫星)运动问题的基本思路 (1)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即 G Mm r 2＝ma n ＝m v 2r ＝m ω2 r ＝m 4π2 r T 2 (2)在中心天体表面或附近运动时，万有引力近似等于重力，即G Mm R 2 ＝mg (g 表示天体表面的重力加速度)． 2．天体质量和密度的计算 (1)利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R . 由于G Mm R 2＝mg ，故天体质量M ＝gR 2 G ， 天体密度ρ＝M V ＝M 43 πR 3＝3g 4πGR . (2)通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T 和轨道半径r . ①由万有引力等于向心力，即G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，得出中心天体质量M ＝4π2r 3 GT 2； ②若已知天体半径R ，则天体的平均密度 ρ＝M V ＝M 43 πR 3＝3πr 3 GT 2R 3 ； ③若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为其轨道半径r 等于天体半径R ，则天体 密度ρ＝3π GT 2.可见，只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T ，就可估算出中心天体的密度． 例1 1798年，英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量G ，因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人．若已知万有引力常量G ，地球表面处的重力加速度g ，地球半径R ，地球上一个昼夜的时间T 1(地球自转周期)，一年的时间T 2(地球公转周期)，地球中心到月球中心的距离L 1，地球中心到太阳中心的距离L 2.你能计算出( ) A ．地球的质量m 地＝gR 2 G B ．太阳的质量m 太＝4π2L 32 GT 22 2014竞赛讲座 专题1.参考系 相对运动与连接体的速度关联 〖典型例题〗 （1）灵活利用参考系解决物理问题，尤其是涉及两个物体的运动问题 【例1】t =0时刻从水平地面上的O 点在同一铅垂面上同时朝图示的两个方向发射初速率分别为v A =10m/s 和v B =20m/s 的两个质点A 、B ，试问t=1s 时A 、B 相距多远? （2）速度变换关系：A C A B B C v v v →→→=+ 【例2】如图所示, 一列相同汽车以等速度V 沿宽度为C 的直公路行驶,每车宽为b ,头尾间距为a 则人能以最小速度沿一直线穿过马路所用的时间为多少? 【例3】超声波流量计是利用液体流速对超声波传播速度的影响来测量液体流速，再通过流速来确定流量的仪器。一种超声波流量计的原理示意图如图所示。在充满流动液体（管道横截面上各点流速相同）管道两侧外表面上P 1和P 2处（与管道轴线在同一平面内），各置一超声波脉冲发射器T 1、T 2和接收器R 1、R 2。位于P 1处的超声波脉冲发射器T 1向被测液体发射超声脉冲，当位于P 2处的接收器R 2接收到超声脉冲时，发射器T 2立即向被测液体发射超声脉冲。如果知道了超声脉冲从P 1传播到P 2所经历的时间t 1和超声脉冲从P 2传播到P 1所经历的时间t 2，又知道了P 1、P 2两点间的距离l 以及l 沿管道轴线的投影b ，管道中液体的流速便可求得u 。试求u 。 （3）连接体的速度关联 【例4】两只小环O 和O '分别套在静止不动的竖直杆AB 和B A ''上。一根不可伸长的绳子，一端系在A '点上，绳子穿过环O ',另一端系在环O 上。如图所示，若环O '以恒定速度V 1沿杆向下运动,∠ AO O '=α。求环O 的运动速度为多大? 【例5】如图所示，AB 杆的A 端以匀速V 运动，在运动时杆恒与一水平半圆相切，半圆的半径为R ，当杆与水平线的交角为θ时，求杆的角速度及杆上与半圆相切点C 的速度和杆与圆柱接触点C 1的速度的大小。 （4）用微元法求物体的速度加速度 【例6】A 、B 、C 三质点同时从边长为L 的等边三角形三顶点A 、B 、C 出发，以相同的不变速率v 运动，运动中始终保持A 朝着B ，B 朝着C ，C 朝着A ，则经过时间t =_______后三质点相遇，当他们开始运动时加速度大小a =________________。 （5）利用导数示物体的速度加速度 【例7】如图所示，水平高台上有一小车，水平地面上有一拖车，两车之间用一根不可伸长的绳跨过定滑轮相连。拖车从滑轮正下方以恒定速度沿直线运动，则在拖车行进的过程中，小车的加速度? A.?逐渐减小? B ．逐渐增大? C ．先减小后增大? D ．先增大后减小? 【例8】如图所示，一个半径为R 的半圆柱体沿水平方向向右做加速度为a 的匀 加速度直线运动，在半圆柱体上放置一个竖直杆，此杆只能沿竖直方向运动。当半圆柱体的速度为v 时，杆与半圆柱体 接触点P 与圆柱柱心的连线OP ，与竖直方向的夹角为θ，求此时竖直杆运动的速度和 加速度。 v A v B 40° 80° o O P高中物理天体运动经典习题
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