【金版教程】2015届高考物理大一轮总复习()4-4 万有引力与航天课件

【金版教程】2015届高考物理大一轮总复习 4-4 万有引力与航天限时规范特训（含解析）1. [2013·泰安模拟]人造卫星在受到地球外层空间大气阻力的作用后，卫星绕地球运行的半径、角速度、速率将( )A ．半径变大，角速度变大，速率变大B ．半径变小，角速度变大，速率变大C ．半径变大，角速度变小，速率变小D ．半径变小，角速度变大，速率变小解析：人造卫星在受到地球外层空间大气阻力时，卫星的速度减小，万有引力提供的向心力大于卫星所需向心力，卫星做近心运动，卫星再次绕地球运行时，半径变小，由G Mmr2＝m ω2r ＝m v 2r得，ω＝GMr 3，v ＝GMr，由于半径变小，故角速度变大，线速度变大，选项B 正确．答案：B2. (多选)假设有两颗人造地球卫星围绕地球做圆周运动，其轨道半径分别为r 1、r 2，向心加速度分别为a 1、a 2，角速度分别为ω1、ω2，则( )A. a 1a 2＝r 22r 21B. a 1a 2＝r 1r 2C. ω1ω2＝r 1r 2D. ω1ω2＝r 32r 31解析：根据万有引力提供向心力有G Mm r2＝m ω2r ＝ma ，整理得ω＝GM r 3，a ＝GM r 2.所以a 1a 2＝r 22r 21，ω1ω2＝r 32r 31，AD 正确． 答案：AD3. 太阳系中有一颗行星，今已测得半径大约为地球半径的2.4倍，密度和地球的密度相当，则由以上信息估算该行星的第一宇宙速度大约为( )A. 1.2×104m/s B. 3.3×103m/s C. 1.9×104 m/sD. 7.9×103m/s解析：设地球的密度为ρ，半径为R ，第一宇宙速度为v 1，未知行星的第一宇宙速度为v 2，则由万有引力定律和牛顿第二定律可得：G ρ43πR 3m R 2＝m v 21R，G ρ43πR 3m 0R2＝m 0v 222.4R，则v 2＝2.4v 1＝1.9×104m/s ，故C 正确．答案：C4. 大陆天文爱好者金彰伟、陈韬将他们发现的小行星命名为“周杰伦”星，并获小行星中心公布永久编号为257248.经过他们的合作，顺利确认小行星轨道，其绕太阳运行的轨道半径为R ，运行周期为T ，已知万有引力常量为G .则由以上数据可估算的物理量有( )A ．行星的质量B ．行星的密度C ．太阳的质量D ．太阳的密度解析：由于小行星的轨道半径和运行周期已知，则由GMm R 2＝m 4π2T2R 可估算太阳的质量，由于太阳的半径未知，因此不能估算太阳的密度，正确选项为C.答案：C5. [2014·四川攀枝花]在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动的三颗卫星m 1、m 2、m 3，它们的轨道半径分别为r 1、r 2、r 3，且r 1>r 2>r 3，其中m 2为同步卫星，若三颗卫星在运动过程中受到的向心力大小相等，则( )A. 相同的时间内，m 1通过的路程最大B. 三颗卫星中，m 3的质量最大C. 三颗卫星中，m 3的速度最大D. m 1绕地球运动的周期小于24小时解析：三颗卫星在运动过程中受到的向心力大小相等，即G Mm 1r 21＝G Mm 2r 22＝G Mm 3r 23，则m 3的质量最小，B 项错误；由v ＝GMr可知，m 1的速度最小，m 3的速度最大，相同时间内，m 1通过的路程最小，A 项错误，C 项正确；由T ＝2πr 3GM得，m 1绕地球运动的周期大于m 2的周期，即大于24小时，D 项错误．答案：C6. 2013年6月23日10时07分，在航天员聂海胜的精准操控和张晓光、王亚平的密切配合下，“天宫一号”目标飞行器与“神舟十号”飞船成功实现手控交会对接，形成组合体绕地球做圆周运动，速率为v 0，轨道高度为340 km.“神舟十号”飞船连同三位宇航员的总质量为m ，测控通信由两颗在地球同步轨道运行的“天链一号”中继卫星、陆基测控站、测量船，以及北京飞控中心完成．下列描述错误的是( )A. 组合体圆周运动的周期约1.5 hB. 组合体圆周运动的线速度约7.8 km/sC. 组合体圆周运动的角速度比“天链一号”中继卫星的角速度大D. 发射“神舟十号”飞船所需能量是12mv 2解析：根据万有引力提供向心力得，GMm r 2＝mr 4π2T 2＝m v 2r＝mr ω2，解得，T ＝4π2r3GM，v＝GMr ，ω＝GM r3，又GM ＝gR 2，r ＝R ＋340 km ＝6740 km ，则T ＝1.5 h ，v ＝7.8 km/s ，A 、B 两项正确；根据组合体的运动半径小于同步卫星的运动半径可知，组合体圆周运动的角速度比“天链一号”中继卫星的角速度大，C 项正确；发射“神舟十号”飞船所需能量等于飞船的势能与动能之和，D 项错误．答案：D7. (多选)2013年6月13日13时18分，“天宫一号”目标飞行器与“神舟十号”飞船成功实现交会对接．这是“天宫一号”自2011年9月发射入轨以来，第5次与“神舟”飞船成功实现交会对接．如图所示，“天宫一号”调整前后做圆周运动距离地面的高度分别为h 1和h 2(设地球半径R ，忽略地球自转的影响)，则“天宫一号”调整前后( )A. 线速度大小之比为R ＋h 1R ＋h 2B. 所受地球引力大小之比为R ＋h 22R ＋h 12C. 向心加速度大小之比为R ＋h 12R ＋h 22D. 周期之比为R ＋h 13R ＋h 23解析：由万有引力提供向心力可得，GMmR ＋h2＝mv 2R ＋h＝m4π2T 2(R ＋h )＝ma ，解得，线速度v ＝GM R ＋h ，向心加速度a ＝GM R ＋h2，周期T ＝4π2R ＋h3GM.“天宫一号”调整前后线速度大小之比为R ＋h 2R ＋h 1，所受地球引力大小之比为R ＋h 22R ＋h 12，向心加速度大小之比为R ＋h 22R ＋h 12，周期之比为R ＋h 13R ＋h 23，B 、D 两项正确．答案：BD8. 据报道一个国际研究小组借助于智利的甚大望远镜，观测到了一组双星系统，它们绕两者连线上的某点O 做匀速圆周运动，如图所示．此双星系统中体积较小成员能“吸食”另一颗体积较大星体的表面物质，达到质量转移的目的，假设在演变的过程中两者球心之间的距离保持不变，则在最初演变的过程中 ( )A. 它们做圆周运动的万有引力保持不变B. 它们做圆周运动的角速度不断变小C. 体积较大星体圆周运动轨迹的半径变大，线速度变大D. 体积较大星体圆周运动轨迹的半径变大，线速度变小解析：因为两星间的距离在一段时间内不变，两星的质量总和不变，则两星质量的乘积发生变化，故万有引力一定变化，A 项错误；双星系统中万有引力充当向心力，即GM 1M 2L 2＝M 1(2πT)2R 1＝M 2(2πT )2R 2，故G M 1＋M 2L 2＝(2πT)2L ，因L 及M 1＋M 2的总和不变，所以T 不变，即角速度不变，B 项错误；又因为M 1R 1＝M 2R 2，所以双星运行半径与质量成反比，体积较大星体质量逐渐减小，故其轨道半径增大，线速度也变大，体积较小星体的质量逐渐增大，故其轨道半径减小，线速度变小，C 项正确，D 项错误．答案：C 题组二 提能练9. 一物体在某行星的赤道上，随该行星自转时受到的该行星对它的万有引力是它重力的1.04倍，已知该行星自转的周期为T ，行星的半径为R .把该行星看成一个球体，则该行星的第一宇宙速度为( )A. 2πR TB. 4πRTC. 10πRTD. 25πRT解析：赤道上物体随行星自转时，1.04 mg －mg ＝mR (2πT)2，设第一宇宙速度为v ，则mg ＝m v 2R ，求得v ＝10πRT，C 项正确．答案：C方法点拨：求第一宇宙速度即求物体贴近中心天体表面做圆周运动的速度，卫星在轨道上做圆周运动的向心力即等于卫星所在处的重力．10. 有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b 处于地面附近近地轨道上正常运动，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，各卫星排列位置如图，则有( )A. a 的向心加速度等于重力加速度gB. c 在4 h 内转过的圆心角是π/6C. b 在相同时间内转过的弧长最长D. d 的运动周期有可能是20 h解析：对于卫星a ，根据万有引力定律、牛顿第二定律可得，GMm r＝m ω2r ＋mg ，故a 的向心加速度小于重力加速度g ，A 项错；由c 是同步卫星可知c 在4 h 内转过的圆心角是π3，B 项错；由GMm r 2＝m v 2r 得，v ＝GMr，故轨道半径越大，线速度越小，故卫星b 的线速度大于卫星c 的线速度，卫星c 的线速度大于卫星d 的线速度，而卫星a 与同步卫星c 的周期相同，故卫星c 的线速度大于卫星a 的线速度，C 项正确；由GMm r 2＝m (2πT)2r 得，T ＝2πr 3GM，轨道半径r 越大，周期越长，故卫星d 的周期大于同步卫星c 的周期，故D 项错．答案：C11. [2014·浙江六校联考](多选)搭载着“嫦娥二号”卫星的“长征三号丙”运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射．卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面100公里，周期为118分钟的工作轨道，开始对月球进行探测( )A ．卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小B ．卫星在轨道Ⅲ上经过P 点的加速度比在轨道Ⅰ上经过P 点时的大C ．卫星在轨道Ⅲ上的运动周期比在轨道Ⅰ上的长D ．卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上的大解析：月球的第一宇宙速度对应的轨道半径等于月球的半径，半径越大，环绕速度越小，选项A 正确；卫星在P 点，受到的万有引力是一样的，因此在P 点的加速度是相同的，选项B 错误；在轨道Ⅲ上运行的速率比在轨道Ⅰ上运行的速率要大，因此，卫星在轨道Ⅲ上运动的周期比在轨道Ⅰ上短，选项C 错误；由于卫星从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，发动机对卫星做负功，因此卫星的机械能减小，故卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上大，选项D 正确．答案：AD12. (多选)“嫦娥三号”探月卫星计划于2013年下半年在西昌卫星发射中心发射，将实现“落月”的新阶段．“嫦娥三号”探月卫星到了月球附近，以速度v 接近月球表面匀速飞行，测出它的运行周期为T ，已知引力常量为G ，不计周围其他天体的影响，则下列说法正确的是( )A. “嫦娥三号”探月卫星的半径约为vT2πB. 月球的平均密度约为3πGT2C. “嫦娥三号”探月卫星的质量约为v 3T2πGD. 月球表面的重力加速度约为2πvT解析：由T ＝2πR v 可得，月球的半径约R ＝vT 2π，A 项错误；由GMm R 2＝m v 2R可得，月球的质量M ＝v 3T 2πG ，C 项错误；由M ＝43πR 3·ρ得，月球的平均密度约为ρ＝3πGT 2，B 项正确；由GMmR2＝mg 得，g ＝2πv T，D 项正确．答案：BD13. [2014·湖北武汉](多选)2013年2月16日，直径约50米、质量约13万吨的小行星“2012DA14”，以大约每小时2.8万公里的速度由印度洋苏门答腊岛上空掠过，与地球表面最近距离约为2.7万公里，这一距离已经低于地球同步卫星的轨道．这颗小行星围绕太阳飞行，其运行轨道与地球非常相似，据天文学家估算，它下一次接近地球大约是在2046年．假设图中的P 、Q 是地球与小行星最近时的位置，已知地球绕太阳圆周运动的线速度是29.8 km/s ，下列说法正确的是( )A. 只考虑太阳的引力，小行星在Q 点的速率大于29.8 km/sB. 只考虑太阳的引力，小行星在Q 点的速率小于29.8 km/sC. 只考虑太阳的引力，地球在P 点的加速度大于小行星在Q 点的加速度D. 只考虑地球的引力，小行星在Q 点的加速度大于地球同步卫星在轨道上的加速度 解析：只考虑太阳的引力，小行星在Q 点的速率小于29.8 km/s ，A 项错误，B 项正确．只考虑太阳的引力，由于地球与太阳距离较近，所以地球在P 点的加速度大于小行星在Q 点的加速度，C 项正确．只考虑地球的引力，由于小行星距离地球较近，所以小行星在Q 点的加速度大于地球同步卫星在轨道上的加速度，D 项正确．答案：BCD14. 如图所示为宇宙中一恒星系的示意图，A 为该星系的一颗行星，它绕中央恒星O 的运行轨道近似为圆．已知引力常量为G ，天文学家观测得到A 行星的运行轨道半径为R 0，周期为T 0.(1)求中央恒星O 的质量；(2)经长期观测发现，A 行星的实际运行轨道与理论轨道有少许偏差，并且每隔t 0时间发生一次最大偏离，天文学家认为出现这种现象的原因可能是A 行星外侧还存在着一颗未知的行星B (假设其运行的圆轨道与A 的轨道在同一平面内，且绕行方向与A 的绕行方向相同)，它对A 行星的万有引力引起A 行星轨道的偏离．根据上述现象和假设，试估算未知行星B 绕中央恒星O 运动的周期和轨道半径．解析：(1)设中央恒星O 的质量为M ，A 行星的质量为m ，则由万有引力定律和牛顿第二定律得G Mm R 20＝m 4π2T 20R 0解得M ＝4π2R 3GT 20.(2)由题意可知，A 、B 相距最近时，B 对A 的影响最大，A 的偏离最大，因每隔t 0时间A 行星发生一次最大偏离，故每隔t 0时间A 、B 两行星相距最近，设B 行星的周期为T B ，则有t 0T 0－t 0T B＝1解得T B ＝t 0T 0t 0－T 0. 设B 行星的运行轨道半径为R B ，根据开普勒第三定律有R 3B R 30＝T 2BT 20解得R B ＝R 0·3t 0t 0－T 02.答案：(1)4π2R 30GT 20(2)T B ＝t 0T 0t 0－T 0 R B ＝R 0·3t 0t 0－T 02。