高考物理专题训练:力和运动、功和能(五).docx

  • 格式:docx
  • 大小:415.31 KB
  • 文档页数:5

高中物理学习材料(鼎尚**整理制作)A 线生专项训练题(五)——万有引力定律及其应用一、选择题1.我国于2013年成功发射携带月球车的“嫦娥三号”卫星,并将月球车软着陆到月球表面进行勘察.假设“嫦娥三号”卫星绕月球做半径为r 的匀速圆周运动,其运动周期为T ,已知月球的半径为R ,月球车的质量为m ,则月球车在月球表面上所受到的重力为( )A .4π2mr T 2B .4π2mR T 2C .4π2mR 3T 2r 2 D .4π2mr 3T 2R 2 2.发生天王星“冲日”现象时天王星、地球、太阳位于同一条直线上,地球和天王星距离最近,天王星“冲日”时是天文学家和天文爱好者观测天王星的最佳时机.用天文望远镜可以观察到美丽的淡蓝色的天王星.若把地球、天王星围绕太阳的运动当作匀速圆周运动,并用r 1、r 2分别表示地球、天王星绕太阳运动的轨道半径,并设太阳质量M 与引力常量G的关系GM =1k 2,则发生下一次天王星“冲日”需要再经过的时间为( )A .2πk 1r 21-1r 22B .2πk 1r 21+1r 22C .2πk1r 31-1r 32 D .2πk 1r 31+1r 323.为了探寻金矿区域的位置和金矿储量,常利用重力加速度反常现象.如图所示,P 点为某地区水平地面上的一点,假定在P 点正下方有一空腔或密度较大的金矿,该地区重力加速度的大小就会与正常情况有微小偏离,这种现象叫做“重力加速度反常”.如果球形区域内储藏有金矿,已知金矿的密度为ρ,球形区域周围均匀分布的岩石密度为0ρ,且0ρρ>.又已知引力常量为G ,球形空腔体积为V ,球心深度为d (远小于地球半径),则下列说法正确的是( )A .有金矿会导致P 点重力加速度偏小B .有金矿会导致P 点重力加速度偏大C .P 点重力加速度反常值约为Δg =G ρ-ρ0V d 2D .在图中P 1点重力加速度反常值大于P 点重力加速度反常值4.一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 2GNB .mv 4GNC .Nv 2GmD .Nv 4Gm5.专家称嫦娥四号探月卫星为“四号星”,计划在2017年发射升空,它的主要任务是更深层次、更全面的科学探测月球地貌、资源等方面的信息,完善月球档案资料.已知月球表面的重力加速度为g ,月球的平均密度为ρ,月球可视为球体,“四号星”离月球表面的高度为h ,绕月做匀速圆周运动的周期为T .仅根据以上信息能求出的物理量是( )A .月球质量B .万有引力常量C .“四号星”与月球间的万有引力D .月球的第一宇宙速度6.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 ,引力常量为G .地球的密度为( )A .0203g g GT g π-⋅B .0203g GT g gπ⋅- C .23GT π D .023g GT gπ⋅ 7.我国古代神话中传说,地上的“凡人”过一年,天上的“神仙”过一天.如果把看到一次日出就当作“一天”,某卫星的运行半径为月球绕地球运行半径的136,则该卫星上的宇航员24 h 内在太空中度过的“天”数约为(已知月球的运行周期为27天)( )A .1B .8C .16D .248.我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站.如图所示,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近,并将与空间站在B 处对接,已知空间站绕月轨道半径为r ,周期为T ,万有引力常量为G ,下列说法中正确的是( )A .图中航天飞机正加速飞向B 处B .航天飞机在B 处由椭圆轨道进入空间站轨道必须点火减速C .根据题中条件可以算出月球质量D .根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小9.2013年12月2日,我国探月卫星“嫦娥三号”在西昌卫星发射中心成功发射升空,飞行轨道示意图如图所示.“嫦娥三号”从地面发射后奔向月球,先在轨道Ⅰ上运行,在P 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,Q 为轨道Ⅱ上的近月点,则“嫦娥三号”在轨道Ⅱ上( )A .运行的周期小于在轨道Ⅰ上运行的周期B .从P 到Q 的过程中速率不断增大C .经过P 的速度小于在轨道Ⅰ上经过P 的速度D .经过P 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过P 的加速度二、非选择题10.据人民网报道,北京时间2013年12月6日17时53分,“嫦娥三号”探测器成功实施近月制动,顺利进入环月轨道.探测器环月运行轨道可视为圆轨道.已知探测器环月运行时可忽略地球及其他天体的引力,轨道半径为r ,运动周期为T ,引力常量为G .求:(1)探测器绕月运行的速度的大小;(2)探测器绕月运行的加速度的大小;(3)月球的质量.11.设想宇航员完成了对火星的考查,乘坐返回舱返回绕火星做圆周运动的轨道舱,为了安全,返回舱与轨道舱对接时必须具有相同的速度,已知返回舱返回时需要克服火星的引力做功为W =mgR ⎝⎛⎭⎫1-R r ,返回舱与人的总质量为m ,火星表面的重力加速度为g ,火星的半径为R ,轨道舱中心到火星中心的距离为r ,不计火星表面的空气及火星自转的影响,则宇航员乘坐返回舱从火星表面返回轨道舱至少需要获得多少能量?12.下面为某报纸的一篇科技报道,你能发现其中的科学性问题吗?请通过必要的计算加以说明.下面的数据在你需要时可选用.本报讯,某国天文台宣布,某国研制的目前世界上口径最大的空间太阳望远镜将于2008年升空.据悉,这座口径为1m 的热光学望远镜将安装在一颗天文探测卫星上,被运载火箭送入离地面735公里的地球同步轨道.它将用于全面观测太阳磁场、太阳大气的精细结构、太阳耀斑能量的积累和释放以及日地空间环境等.引力常量G =6.7×10-11N ·m 2/㎏2;地球表面重力加速度g =10m /s 2;地球半径R =6.4×106m ;地球自转周期T =8.6×104s .(70~80的立方根约取4.2)A 线生专项训练题(五)参考答案——万有引力定律及其应用1.解析:“嫦娥三号”卫星绕月球做半径为r 的匀速圆周运动,有GMm ′r 2=m ′4π2T 2r ;月球车在月球表面上所受到的重力等于其受到的万有引力,则F =GMm R 2,联立可得:F =4π2mr 3T 2R 2,选项D 正确,选项A 、B 、C 错误.2.解析:根据万有引力提供天体运动的向心力,设地球绕太阳运转的角速度为ω1,则GMm r 21=mω21r 1,解得ω1=GM r 31=1k 1r 31;同理,设天王星绕太阳运转的角速度为ω2,则 ω2=GM r 32=1k 1r 32.所以两者转动的角速度之差Δω=1k ⎝⎛⎭⎫1r 31-1r 32,当两者转动的角度之差Δθ=2π时,天王星、地球、太阳再次位于同一条直线上,再次发生天王星“冲日”现象,所以发生下一次天王星“冲日”经历的时间Δt =2πΔω=2πk1r 31-1r 32. 3.解析:因为金矿对地球表面物体的引力大,所以有金矿会导致P 点重力加速度偏大,即B 正确,A 错误;根据万有引力定律可知P 点重力加速度反常值约为Δg =Gρ-ρ0V d 2,即C 正确;因为P 1点较远,所以在图中P 1点重力加速度反常值小于P 点重力加速度反常值,即D 错误.4.解析: 由N =mg ,得g =N m ,据G Mm R 2=mg 和G Mm R 2=m v 2R 得M =mv 4GN,故选B . 5.解析:假设月球的质量为M ,月球的半径为R ,根据“黄金代换”式g =GM R 2,M =ρ·43πR 3得g =43GρπR ,另根据万有引力提供向心力G Mm R +h 2=m ⎝⎛⎭⎫2πT 2(R +h )有gR 2=4π2T 2(R +h )3,由以上各式可求得月球的质量、万有引力常量,选项A 、B 正确;并且能求出月球的半径R ,根据第一宇宙速度公式v =gR 可求得月球的第一宇宙速度,选项D 正确;由于不知道“四号星”质量,所以不能求出“四号星”与月球间的万有引力,选项C 错误.6.解析:物体在地球的两极时,mg 0=G Mm R 2,物体在赤道上时,mg +m ⎝⎛⎭⎫2πT 2R =G Mm R 2,以上两式联立解得地球的密度0203g GT g gπρ=⋅-.故选项B 正确,选项A 、C 、D 错误. 7.解析:选B.根据天体运动的公式G Mm R 2=m ⎝⎛⎭⎫2πT 2R 得R 31R 32=T 21T 22,解得卫星运行的周期为3 h ,故24 h 内看到8次日出,B 项正确.8.解析:航天飞机飞向B 处时,月球引力做正功,所以正在加速,即选项A 正确;假设航天飞机在B 处不减速,将继续在原来的椭圆轨道运动,所以必须点火减速,所以选项B正确;由G Mm r 2=m 4π2T 2r 得月球的质量M =4π2r 3GT2,所以选项C 正确;因为空间站的质量不知道,不能算出空间站受到月球引力的大小,所以选项D 错误.9.解析:根据开普勒第三定律r 3T2=k ,可判断“嫦娥三号”卫星在轨道Ⅱ上的运行周期小于在轨道Ⅰ上的运行周期,A 正确;因为P 点是远地点,Q 是近地点,故从P 点到Q 点的过程中速率不断增大,B 正确;根据卫星变轨特点可知,卫星在P 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ要减速,C 正确;根据牛顿第二定律和万有引力定律可判断在P 点,卫星的加速度是相同的,D 错.10.解析:(1)探测器绕月运行的速度的大小v =2πr T(2)探测器绕月运行的加速度的大小a =⎝⎛⎭⎫2πT 2r(3)设月球质量为M ,“嫦娥三号”探测器的质量为m ,探测器运行时月球对它的万有引力提供向心力,根据万有引力定律和牛顿第二定律有GMm r 2=m ⎝⎛⎭⎫2πT 2r 可得M =4π2r 3GT 2 11.解析:宇航员与返回舱在火星表面上有:G Mm R 2=mg ,设轨道舱的质量为m 0,速度大小为v ,则G Mm 0r 2=m 0 v 2r ,宇航员乘坐返回舱与轨道舱对接时必须具有的动能E k =12mv 2=mgR 22r,返回舱返回时需要克服火星的引力做功为W =mgR ⎝⎛⎭⎫1-R r ,宇航员乘坐返回舱返回轨道舱至少需要的能量E =E k +W =mgR 22r+mgR ⎝⎛⎭⎫1-R r 12.解析:本报道中,地球同步卫星高度735公里的数据出错,以下的计算可以说明。

同步卫星是与地球相对静止的卫星,与地球自转的周期T 相同.设同步卫星的质量为m ,离地面高度为h .同步卫星绕地球运转所需的向心力是由地球对卫星的万有引力提供.由牛顿第二定律,有2224()()Mm G m R h R h Tπ=++ 在地球表面附近,质量为/m 的物体,受地球的万有引力近似等于物体的重力.从而有2Mm G m g R''= 联解得:22324R gT h R π=- 代入相关数值得743.610m=3.610km h =⨯⨯,所以报道中的数据h =735公里比同步卫星的高度小了两个数量级,是错误的.。