2019屆高中物理二輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)題型專練 專題4.3 萬有引力與航天（含解析）.doc

專題4.3萬有引力與航天1對于萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式FG，下列說法正確的是 ()A公式中G為引力常量，是人為規(guī)定的Br趨近零時(shí)，萬有引力趨于無窮大Cm1、m2受到的萬有引力總是大小相等Dm1、m2受到的萬有引力總是大小相等、方向相反，是一對平衡力答案：C2今有一個(gè)相對地面靜止，懸浮在赤道上空的氣球。對于一個(gè)站在宇宙背景慣性系的觀察者，僅考慮地球相對其的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則以下對氣球受力的描述正確的是 ()A該氣球受地球引力、空氣浮力和空氣阻力B該氣球受力平衡C地球引力大于空氣浮力D地球引力小于空氣浮力答案：C解析：氣球環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，速度與大氣相同，沒有空氣阻力，重力比浮力大的部分提供向心加速度，選C。3已知地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度大小為v1、向心加速度大小為a1，近地衛(wèi)星線速度大小為v2、向心加速度大小為a2，地球同步衛(wèi)星線速度大小為v3、向心加速度大小為a3。設(shè)近地衛(wèi)星距地面高度不計(jì)，同步衛(wèi)星距地面高度約為地球半徑的6倍。則以下結(jié)論正確的是 ()A BC D答案：C解析：地球赤道上的物體與地球同步衛(wèi)星是相對靜止的，有相同的角速度和周期，比較速度用vr，比較加速度用a2r，同步衛(wèi)星距地心距離約為地球半徑的7倍，則C正確；近地衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星都是衛(wèi)星，都繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由萬有引力提供，即Gma，所以比較加速度用a，則加速度之比為a2a3491；比較速度用v，則速度比v2：v3：1。 上得到地球和月球的半徑之比為41、地球表面和月球表面的重力加速度之比為61，則可判斷地球和月球的密度之比為()A23 B32 C41 D61答案B解析在地球表面，重力等于萬有引力，故mgG，解得M，故密度，同理，月球的密度0，故地球和月球的密度之比6，B正確。15 (多選)“雪龍?zhí)枴蹦蠘O考察船在由我國駛向南極的過程中，經(jīng)過赤道時(shí)測得某物體的重力是G1；在南極附近測得該物體的重力為G2。已知地球自轉(zhuǎn)的周期為T，引力常量為G，假設(shè)地球可視為質(zhì)量分布均勻的球體，由此可知()A地球的密度為B地球的密度為C當(dāng)?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)周期為 T時(shí)，放在地球赤道地面上的物體不再對地面有壓力D當(dāng)?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)周期為 T時(shí)，放在地球赤道地面上的物體不再對地面有壓力答案BC16 (多選)若宇航員在月球表面附近自高h(yuǎn)處以初速度v0水平拋出一個(gè)小球，測出小球的水平射程為L。已知月球半徑為R，萬有引力常量為G。則下列說法正確的是()A月球表面的重力加速度g月B月球的平均密度C月球的第一宇宙速度vD月球的質(zhì)量M月答案AB解析平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t，再根據(jù)hg月t2，得g月，故A正確；在月球表面Gmg月，得M月，月球的體積V月，月球的平均密度，故B正確、D錯(cuò)誤；月球的第一宇宙速度v1 ，故C錯(cuò)誤。 22暗物質(zhì)是二十一世紀(jì)物理學(xué)之謎，對該問題的研究可能帶來一場物理學(xué)的革命。為了探測暗物質(zhì)，我國已成功發(fā)射了一顆被命名為“悟空”的暗物質(zhì)探測衛(wèi)星。已知“悟空”在低于同步衛(wèi)星的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間t(t小于其運(yùn)動(dòng)周期)，運(yùn)動(dòng)的弧長為s，與地球中心連線掃過的角度為(弧度)，引力常量為G，則下列說法中正確的是()A“悟空”的線速度大于第一宇宙速度B“悟空”的環(huán)繞周期為C“悟空”的向心加速度小于地球同步衛(wèi)星的向心加速度D“悟空”的質(zhì)量為答案B23 (多選)已知地球自轉(zhuǎn)周期為T0，有一顆與同步衛(wèi)星在同一軌道平面的低軌道衛(wèi)星，自西向東繞地球運(yùn)行，其運(yùn)行半徑為同步軌道半徑的四分之一，該衛(wèi)星兩次在同一城市的正上方出現(xiàn)的時(shí)間間隔可能是()A. B. C. D.答案CD解析設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)周期為T，因?yàn)樾l(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供，有mr，解得T2 。同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即為T0。已知該人造衛(wèi)星的運(yùn)行半徑為同步衛(wèi)星軌道半徑的四分之一，所以該人造衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的周期之比是，解得TT0。設(shè)衛(wèi)星每隔t時(shí)間在同一地點(diǎn)的正上方出現(xiàn)，則tt2n，解得t(n1,2,3，)，當(dāng)n1時(shí)t，n3時(shí)t，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確。24空間站是一種在近地軌道長時(shí)間運(yùn)行，可供多名航天員巡防、長期工作和生活的載人航天器。如圖所示，某空間站在軌道半徑為R的近地圓軌道上圍繞地球運(yùn)動(dòng)，一宇宙飛船與空間站對接檢修后再與空間站分離。分離時(shí)宇宙飛船依靠自身動(dòng)力裝置在很短的距離內(nèi)加速，進(jìn)入橢圓軌道運(yùn)行，已知橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)到地球球心的距離為3.5R，地球質(zhì)量為M，引力常量為G，則分離后飛船在橢圓軌道上至少運(yùn)動(dòng)多長時(shí)間才有機(jī)會(huì)和空間站進(jìn)行第二次對接()A8 B16 C27 D54 答案D25如圖建筑是厄瓜多爾境內(nèi)的“赤道紀(jì)念碑”。設(shè)某人造地球衛(wèi)星在赤道上空飛行，衛(wèi)星的軌道平面與地球赤道重合，飛行高度低于地球同步衛(wèi)星。已知衛(wèi)星軌道半徑為r，飛行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同，設(shè)地球的自轉(zhuǎn)角速度為0，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，某時(shí)刻衛(wèi)星通過這一赤道紀(jì)念碑的正上方，該衛(wèi)星過多長時(shí)間再次經(jīng)過這個(gè)位置()A. B.C. D.答案D26宇宙中存在一些質(zhì)量相等且離其他恒星較遠(yuǎn)的四顆星組成的四星系統(tǒng)，通常可忽略其他星體對它們的引力作用。設(shè)四星系統(tǒng)中每個(gè)星體的質(zhì)量均為m，半徑均為R，四顆星穩(wěn)定分布在邊長為a的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上。已知引力常量為G。關(guān)于宇宙四星系統(tǒng)，下列說法中錯(cuò)誤的是()A四顆星圍繞正方形對角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B四顆星的軌道半徑均為C四顆星表面的重力加速度均為D四顆星的周期均為2a答案B解析分析可得：其中一顆星體在其他三顆星體的萬有引力的合力作用下(合力方向指向?qū)蔷€的交點(diǎn))，圍繞正方形對角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由幾何知識(shí)可得軌道半徑均為a，故A正確、B錯(cuò)誤；在星體表面，根據(jù)萬有引力等于重力，可得Gmg，解得g，故C正確；由萬有引力的合力提供向心力得m，解得T2a，故D正確。 27一宇航員到達(dá)半徑為R、密度均勻的某星球表面，做如下實(shí)驗(yàn)：用不可伸長的輕繩拴一質(zhì)量為m的小球，上端固定在O點(diǎn)，如圖甲所示，在最低點(diǎn)給小球某一初速度，使其繞O點(diǎn)在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，測得繩的拉力大小F隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。F1、F2已知，引力常量為G，忽略各種阻力。求(1)星球表面的重力加速度；(2)星球的密度。答案：(1)(2)(2)在星球表面處有mg，則M。密度，而V，所以密度。將(1)中g(shù)代入得.28萬有引力定律揭示了天體運(yùn)行規(guī)律與地上物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有內(nèi)在的一致性。用彈簧秤稱量一個(gè)相對于地球靜止的小物體的重量，隨稱量位置的變化可能會(huì)有不同的結(jié)果。已知地球質(zhì)量為M，自轉(zhuǎn)周期為T，萬有引力常量為G。將地球視為半徑為R、質(zhì)量均勻分布的球體，不考慮空氣的影響。設(shè)在地球北極地面稱量時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)是F0。(1)若在北極上空高出地面h處稱量，彈簧秤讀數(shù)為F1，求比值的表達(dá)式，并就h1.0%R的情形算出具體數(shù)值(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；(2)若在赤道地面稱量，彈簧秤讀數(shù)為F2，求比值的表達(dá)式。答案：(1)0.98(2)129我國火星探測器計(jì)劃于2020年前后由長征五號(hào)運(yùn)載火箭在海南發(fā)射場發(fā)射入軌，直接送入地火轉(zhuǎn)移軌道。假設(shè)探測器到了火星附近，貼近火星表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)測出探測器運(yùn)動(dòng)的周期為T以及運(yùn)行速率為v，不計(jì)周圍其他天體的影響，萬有引力常量為G。(1)求火星的質(zhì)量；(2)設(shè)某星球的質(zhì)量為M，一個(gè)質(zhì)量為m的物體在離該星球球心r處具有的引力勢能公式為Ep(取物體離該星球無窮遠(yuǎn)處勢能為零)。若一顆質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞火星做半徑為r1的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，后來因?yàn)樾枰l(wèi)星的軌道半徑變?yōu)閞2，且r1r212，求該衛(wèi)星變軌前后在軌道上正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)械能之比。答案：(1)(2)21解析：(1)由T，可得火星半徑約R，由m可得火星的質(zhì)量M(2)由m可得動(dòng)能為：Ek引力勢能：Ep故物體的機(jī)械能為：EEkEp可見：E故衛(wèi)星變軌前后在軌道上正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)械能之比：