專題06萬有引力定律和宇宙航行-北京2020屆高三上學(xué)期期末考試物理試題全解全析匯編解析版

1、2020年北京市高三期末物理試題全解全析匯編萬有引力定律和宇宙航行1、（2020北京市西城區(qū)高三上學(xué)期期末）2019年11月5日，我國成功發(fā)射了 北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ”的第3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星。北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”由靜止地球同步軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星、中圓地球軌道衛(wèi)星組成。同步軌道”衛(wèi)星的軌道周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，衛(wèi)星運行軌道面與地球赤道面的夾角叫做軌道傾角。根據(jù)軌道傾角的不同，可將同步軌道”分為靜止軌道（傾角為零）、傾斜軌道（傾角不為零）和極地軌道。根據(jù)以上信息，下列說法中正確的是A.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的高度大于靜止地球同步軌道衛(wèi)星的高度B.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的線速度小于

2、靜止地球同步軌道衛(wèi)星的線速度C.可以發(fā)射一顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，靜止在北京上空D.可以發(fā)射一顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，每天同一時間經(jīng)過北京上空【答案】D【解析】A.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星與靜止地球同步軌道衛(wèi)星具有相同的周期（24h），則由G雪 m（）2rr T可知，兩種衛(wèi)星的軌道半徑相等，即傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的高度等于靜止地球同步軌道衛(wèi)星的高度，選 項A錯誤；B.兩種衛(wèi)星具有相同的周期和角速度，運轉(zhuǎn)半徑相同，則根據(jù) v= cor可知，兩種衛(wèi)星具有相同的線速度， 選項B錯誤；CD.同步衛(wèi)星相對于地球靜止，必須為地球赤道面上的同步衛(wèi)星，因為傾斜地球同步軌道衛(wèi)星為傾斜軌道，因此不能與地球保持相對靜止

3、，但因為周期總為24h,則可以每天同一時間經(jīng)過北京上空，選項 C錯誤，D正確；故選D.2、（2020北京市石景山區(qū)高三上學(xué)期期末）已知萬有引力常量，根據(jù)下列選項提供的數(shù)據(jù)，可以估算地球與月球之間距離的是（）B.月球的質(zhì)量與月球的半徑D.地球的質(zhì)量和地球的半徑A.月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期和月球的半徑C.地球的質(zhì)量和月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期【答案】C【解析】A.由萬有引力提供向心力得Mm2-入2 m(-) r由于無法確定地球的質(zhì)量，所以無法求得地球與月球之間距離，故 A錯誤;B.已知月球的質(zhì)量與月球的半徑，無法求出地球與月球之間距離，故 B錯誤;C.由萬有引力提供向心力得Mm ,2冗、2F m(Y)rGM

4、T224兀即可求得地球與月球之間距離，故C正確;D .由萬有引力提供向心力得Mm-2- r2冗2 m(y) rD錯誤。地球的質(zhì)量和地球的半徑無法求出地球與月球之間距離, 故選Co3、（2020北京市豐臺區(qū)高三上學(xué)期期末）2019年11月5日01時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征號乙運載火箭，成功發(fā)射第49顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星包括多顆地球同步衛(wèi)星。關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（A.地球同步衛(wèi)星運行線速度大于7.9km/sB.地球同步衛(wèi)星運行角速度與北京世園會中國館隨地球自轉(zhuǎn)角速度相同C.若地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量加倍，則其運轉(zhuǎn)軌道半徑增大D.地球同步衛(wèi)星運行的加速度大小和赤道

5、上隨地球自轉(zhuǎn)的物體加速度大小相同【答案】B【解析】7.9km/s,A.第一宇宙速度是環(huán)繞地球做圓周運動衛(wèi)星的最大速度，則此衛(wèi)星的線速度的值小于第一宇宙速度故A錯誤。B.地球同步衛(wèi)星指的是和地球的自傳周期一樣的衛(wèi)星，根據(jù)2T可知，地球同步衛(wèi)星運行角速度與北京世園會中國館隨地球自轉(zhuǎn)角速度相同，故B正確。C.根據(jù)公式2GMm mvR2 R可知，運轉(zhuǎn)軌道半徑的大小與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān)。故 C錯誤。D.由公式GMm ma R2可知，加速度的大小與運轉(zhuǎn)軌道半徑有關(guān)，故地球同步衛(wèi)星運行的加速度大小和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體加速度大小不相同，故 D錯誤。故選Bo4、（2020北京市大興區(qū)高三上學(xué)期期末）地球可以看做

6、一個巨大的拱形橋，橋的半徑就是地球的半徑，假設(shè)地面上有一輛超級汽車在高速行駛，則下列說法正確的是A.汽車行駛時重力小于支持力B.汽車速度越大，地面對車的支持力越大C.當(dāng)汽車對地面壓力為零時，行駛速度小于地球的第一宇宙速度D.當(dāng)?shù)孛鎸嚨闹С至榱銜r，駕駛員處于完全失重狀態(tài)【答案】D【解析】2A .根據(jù)mg N m2可知，汽車行駛時重力 mg大于支持力N,選項A錯誤； R2B.根據(jù)N mg mv-可知，汽車速度越大，地面對車的支持力越小，選項 B錯誤； Rc.當(dāng)汽車對地面壓力為零時，行駛速度v jgR,等于地球的第一宇宙速度，選項c錯誤；D.當(dāng)?shù)孛鎸嚨闹С至榱銜r，座位對駕駛員的支持力為零，此

7、時駕駛員處于完全失重狀態(tài)，選項D正確；故選D.5、（2020北京市房山區(qū)高三上學(xué)期期末）如圖所示，中國計劃2020年左右建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由5顆靜止軌道同步衛(wèi)星、 27顆中地球軌道衛(wèi)星（離地高度約21 000 km）及其他軌道衛(wèi)星共35顆組成.則A.靜止軌道衛(wèi)星指相對地表靜止，可定位在北京正上空B,中地球軌道衛(wèi)星比同步衛(wèi)星運行速度更快C.中地球軌道衛(wèi)星周期大于 24小時D.靜止軌道衛(wèi)星的發(fā)射速度小于第一宇宙速度【答案】B【解析】A.靜止軌道衛(wèi)星相對于地球是靜止的，其軌道只能在赤道上方，故不可能在北京的上空。故A錯誤。B.衛(wèi)星繞地球做圓周運動， 軌道半徑越大，其運行

8、速度越小，中地球軌道衛(wèi)星比同步衛(wèi)星衛(wèi)星離地心更近，故中地球軌道衛(wèi)星比同步衛(wèi)星衛(wèi)星速度更快，故B正確；C.衛(wèi)星的軌道半徑越大， 周期越大，所以中地球軌道衛(wèi)星的運行周期小于地球同步衛(wèi)星運行周期，小于24小時，故C錯誤。D.第一宇宙速度7.9km/s是衛(wèi)星繞地球圓周運動的最大速度，是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，靜止軌道衛(wèi)星的發(fā) 射速度大于第一宇宙速度，故D錯誤。故選Bo6、(2020北京市東城區(qū)區(qū)高三上學(xué)期期末)人類對未知事物的好奇和科學(xué)家們的不懈努力，使人類對宇宙的認(rèn)識越來越豐富。(1)開普勒堅信哥白尼的日心說”，在研究了導(dǎo)師第谷在 20余年中堅持對天體進(jìn)行系統(tǒng)觀測得到的大量精確資料后，提出了開普勒三定律

9、，為人們解決行星運動問題提供了依據(jù)，也為牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律提供了基礎(chǔ)。開普勒認(rèn)為：所有行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。行星軌道半長軸 的三次方與其公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值是一個常量。實際上行星的軌道與圓十分接近，在中學(xué)階段的研究 中我們按圓軌道處理。請你以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為例，根據(jù)萬有引力定律和牛頓運動定律推導(dǎo)出此常量的表(2)天文觀測發(fā)現(xiàn)，在銀河系中，由兩顆相距較近、僅在彼此間引力作用下運行的恒星組成的雙星系統(tǒng)很普遍。已知某雙星系統(tǒng)中兩顆恒星圍繞它們連線上的某一點做勻速圓周運動，周期為T,兩顆恒星之間的距離為d,引力常量為Go求此雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量。北京時間2019

10、年4月10日21時，由全球200多位科學(xué)家合作得到的人類首張黑洞照片面世，引起眾多天文愛好者的興趣。同學(xué)們在查閱相關(guān)資料后知道：黑洞具有非常強的引力，即使以3X10m/s的速度傳播的光也不能從它的表面逃逸出去。地球的逃逸速度是第一宇宙速度的J2倍，這個關(guān)系對于其他天體也是正確的。地球質(zhì)量 me =6.0 X24kg,引力常量 G= 6.67 X-1K1N? m 2/ kg 2。請你根據(jù)以上信息，利用高中學(xué)過的知識，通過計算求出：假如地球變?yōu)楹诙?，在質(zhì)量不變的情況下，地球半徑的最大值(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。(注意：解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量，要在解題時做必要的說明)3 2 3【

11、答案】(1):一段(2) - (3) 9 X-0GT2 4 2 GT2【解析】 TOC o 1-5 h z 設(shè)太陽質(zhì)量為 ms,地球質(zhì)量為 me,地球繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑為r太陽對地球的引力是地球做勻速圓周運動的向心力根據(jù)萬有引力定律和牛頓運動定律2msme4G mer rrT解得常量 TOC o 1-5 h z r3Gms22T4設(shè)雙星的質(zhì)量分別為m1、m2,軌道半徑分別為ri、2根據(jù)萬有引力定律及牛頓運動定律mim2d2m/rimi m2d2m2 TA且有r + r2 d雙星總質(zhì)量2/4 dm、= m1 m2 7-GT設(shè)地球質(zhì)量為 me,地球半徑為 Ro質(zhì)量為m的物體在地球表面附近環(huán)繞地球飛行

12、時，環(huán)繞速度為vi2V1m 一R由萬有引力定律和牛頓第二定律八memG R2解得逃逸速度V22Gme假如地球變?yōu)楹诙碫2C代入數(shù)據(jù)解得地球半徑的最大值R=9X 1而7、(2020北京市西城區(qū)高三上學(xué)期期末)已知地球質(zhì)量為M,萬有引力常量為 Go將地球視為半徑為質(zhì)量均勻分布的球體。忽略地球自轉(zhuǎn)影響。(1)求地面附近的重力加速度g；(2)求地球的第一宇宙速度v；(3)若要利用地球繞太陽的運動估算太陽的質(zhì)量，需要知道哪些相關(guān)數(shù)據(jù)？請分析說明。【答案】(1) gGM(2) v RJGM (3)若要利用地球繞太陽的運動估算太陽的質(zhì)量，需要知道地球繞太陽運動的軌道半徑、周期和萬有引力常量?！窘馕觥?1)設(shè)地