2021-2022年高考物理專題05萬(wàn)有引力與航天備考強(qiáng)化訓(xùn)練11萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用新人教版

年高考物理專題05萬(wàn)引與航天備考強(qiáng)化訓(xùn)練萬(wàn)引力定律及其應(yīng)用新人教版本套強(qiáng)化訓(xùn)練搜集近年來(lái)各地高中物理高考真題、模擬題及其它極有備考價(jià)值的習(xí)題等篩選而成其主要目的在于理解萬(wàn)有引力定律能運(yùn)用萬(wàn)有引力定律來(lái)分析天體的運(yùn)動(dòng).了解人造地球衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行有關(guān)天體質(zhì)量的估算、軌道平行的計(jì)算等一些簡(jiǎn)單的計(jì)算些題的特點(diǎn)是把物理基礎(chǔ)知識(shí)與航空航天技術(shù)中的最新成果聯(lián)系起來(lái)利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣利于理論聯(lián)系實(shí)際一、破依據(jù)㈠兩個(gè)重要定律⑴開普勒第三定律⑵萬(wàn)有引力定律

其中，僅與中心天體的性質(zhì)有關(guān)。㈡兩種基本思想⑴地面附近物體的萬(wàn)有引力即重力⑵衛(wèi)星的向心力即中心天體提供的萬(wàn)有引力㈢中心天體的質(zhì)量

和密度㈣勻速圓運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星⑴線速度、第一、二、三宇宙速度v1

GMR

gRs,0v11.2//s2⑵角速度⑶周期（）；⑷加速度（特殊地）⑸黃金代換注：以上各式中均有㈤變軌原理及其應(yīng)用：⑴

r

2mv

rm2

r

勻速圓運(yùn)動(dòng)；⑵r

2

2

r

離心運(yùn)動(dòng)，半徑增大；⑶近心運(yùn)動(dòng)，半徑減小。㈥同衛(wèi)星：

⑴線速度

v

R

m/

；⑵角速度

7.24

rad/

；⑶周期；⑷向心加速度aGM()/s

；⑸軌道半徑

rR

GM

；⑹對(duì)地高度；㈦萬(wàn)有引力與重力：⑴地面的物體，引力為；向心力；重力FF2Gn

FFcos0

。其中，為地面某點(diǎn)的緯度。⑵同緯度、高空中的物體，，不計(jì)自轉(zhuǎn)，引力等于重力，且隨高度增加而增大。㈧功能關(guān)系：衛(wèi)星軌道半徑（或高度）增加，由于克服引力做功，因而動(dòng)能減少；反之則反。不計(jì)發(fā)射過程由于大氣阻力所致能量損失，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。二精選題㈠擇（小5分共50分）⒈北）用引力常量G和下某一組數(shù)據(jù)，不能計(jì)算出地球質(zhì)量的()A．地球的半徑及重力加速度(不慮地球自)B．人造衛(wèi)星在地面附近繞地球圓周運(yùn)動(dòng)的速度及周期C．月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周及月球與地球間的距離D．地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的周及地球與太陽(yáng)間的距離⒉新標(biāo)）圖，海王星繞太陽(yáng)沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)P為日點(diǎn)，為日點(diǎn)，M、軌道短軸的兩個(gè)端點(diǎn)，運(yùn)行的周期為。若只考慮海王星和太陽(yáng)之間的相互作用，則海王星在從經(jīng)M、Q到的動(dòng)過程中A．從到M用的時(shí)間等于B．從到N段，機(jī)械能逐漸變大C．從到Q段，速率逐漸變小D．從到N段，萬(wàn)有引力對(duì)它先做負(fù)功后做正功⒊（17江）天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船于年4月20日在文昌航天發(fā)射中心成功發(fā)射升空．與“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接前，“天舟一號(hào)”在距地面約380km的圓軌道上飛行，則其)A．角速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度B．線速度小于第一宇宙速度C．周期小于地球自轉(zhuǎn)周期D．向心加速度小于地面的重力速度⒋新課I）用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星可使地赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無(wú)線電通訊目地同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的倍設(shè)球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為（）

衛(wèi)星30°R衛(wèi)星

衛(wèi)星A.

圖2B.C.D.⒌（17海南）知地球質(zhì)量為月球質(zhì)量的81倍地球半徑約為月球半徑的倍．在月球和地球表面同樣高度處相的初速度水平拋出物體出與落地點(diǎn)間的水平距離分別為和，則約為（）A：4B．6：1．3：2．16（17全國(guó)Ⅲ）xx4月，國(guó)成功發(fā)射的天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室完成了首次交會(huì)對(duì)接對(duì)接形成的合體仍沿天宮二號(hào)原來(lái)的軌(可視為圓軌道)運(yùn)行與天宮二號(hào)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)相比，組合體運(yùn)行()A．周期變大B．速率變C．動(dòng)能變大D．向心加度變大（15福）如圖3，若兩顆人造衛(wèi)星和均繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，、到地心的距離分別為、，線速度大小分別為.（）圖3（15新課Ⅰ我發(fā)射的“嫦娥三號(hào)”登月探測(cè)器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圓軌道上繞月運(yùn)行；然后經(jīng)過一系列過程，在離月面4m高做一次懸停（可認(rèn)為是相對(duì)于月球靜止）；最后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，探測(cè)器自由下落。已知探測(cè)器的質(zhì)量約為，地球質(zhì)量約為月球的81倍，球半徑月球的3.7，地球表面的重力加速度大小約為。則次探測(cè)器（）A．在著陸前瞬間，速度大小約

B．懸停時(shí)受到的反沖作用力約C．從離開近月圓軌道到著陸這時(shí)間內(nèi)，機(jī)械能守恒D．在近月圓軌道上運(yùn)行的線速小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的線速度（15山）圖4，拉格朗日點(diǎn)L1位于球月球連線上，處在該點(diǎn)的物體在地球和月球引力的共同作用下，可與月球一起以相同的周期繞地球運(yùn)動(dòng)。據(jù)此，科學(xué)家設(shè)想在拉格朗日點(diǎn)L1建立間站，使其與月球同周期繞地球運(yùn)動(dòng)。以、分別表示該空間站和月球向心加速度的大小，表示地球同步衛(wèi)星向心加速度的大小。以下判斷正確的是（）圖-A．B．C．．（16北京如圖-5所，一顆人造衛(wèi)星原來(lái)在橢圓軌道繞地E運(yùn)，在變軌后進(jìn)入軌道2做速圓周運(yùn)動(dòng)列說法正確的是（）圖5A.不論在軌道1還是軌道2運(yùn)，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度都相同B.不論在軌道1還是軌道2運(yùn)，衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度都相同C.衛(wèi)星在軌道1的任位置都具有相同加速度D.衛(wèi)星在軌道2的任位置都具有相同動(dòng)量㈡空（10分⒒（16上海）（4分）顆星繞地球運(yùn)行的周期之比為27:1，它們的角速度之比為_________，軌道半徑之比___________天津)(6分我國(guó)自主研制的首艘貨運(yùn)飛船“天舟一號(hào)”發(fā)射升空后經(jīng)在軌運(yùn)行的“天宮二號(hào)”成功對(duì)接形成組合體組合體在距地面高為圓形軌道上繞地球

做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知地球的半徑為，地球表面處重力加速度，且不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響．則組合體運(yùn)動(dòng)的線速度大小________，心加速度大小為________．圖6㈢算（40分）⒔（14山東“式）(10分)xx我國(guó)繼完成“神十”與“天宮”對(duì)接、“嫦娥”攜“玉兔”落月兩大航天工程某天受好者提出“玉兔”回家的設(shè)想如圖7將帶“玉兔”的返回系統(tǒng)由月球表面發(fā)射到高度軌道上該軌道繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)的飛船對(duì)接，然后由飛船送“玉兔”返回地球。設(shè)“玉兔”質(zhì)量為，月球半徑為R，月的重力加速度為g。月面為零勢(shì)能面“玉兔”在h高的引力勢(shì)能可表示為，其中G為力常量，M為球質(zhì)量，若忽略月球自轉(zhuǎn)，求：⑴月球的第一宇宙速度；⑵從開始發(fā)射到對(duì)接完成需要對(duì)“玉兔”做的功。h月球圖-⒕（16江）（15分據(jù)道，一法國(guó)影師拍到“天宮一號(hào)”空間站飛過太陽(yáng)的瞬間．照片中，“天宮一號(hào)”的太陽(yáng)帆板輪廓清晰可見．如-所，假設(shè)“天宮一號(hào)”正以速度v=7.7繞球做勻圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向與太陽(yáng)帆板兩端MN的線垂直、N間的離L=20m，地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于、所在平面的分量=1.0×10太陽(yáng)帆板視為導(dǎo)體．

T，將（1）求MN間感電動(dòng)勢(shì)的大小E；（2）在太陽(yáng)帆板上將一只“1.5V，0.3W”的小燈泡與MN相連成閉合電路，不計(jì)太陽(yáng)帆板和導(dǎo)線的電阻，試判斷小燈泡能否發(fā)光，并說明理由；（3）取地球半徑=6.4×10km，地球表面的重力加速度=9.8m/s，試估算“天宮一號(hào)”距離地球表面的高度（計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字）．

圖8⒖（14四川（15分）墨烯是近些年發(fā)現(xiàn)的一種新材料，其超高強(qiáng)度及超強(qiáng)導(dǎo)電、導(dǎo)熱等非凡的物理化學(xué)性質(zhì)有望使21世紀(jì)的世界發(fā)生革命性的變化，其發(fā)現(xiàn)者由此獲得xx年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)用石墨烯制超級(jí)纜繩類搭建“太空電梯”的夢(mèng)想有望在本世紀(jì)實(shí)現(xiàn)科家們?cè)O(shè)想通地球同軌道站向地面垂下一條纜繩至赤道基站電梯倉(cāng)沿著這條纜繩運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)外太空和地球之間便捷的物資交換．(1)若“太空電梯”將貨物從赤基站運(yùn)到距地面高度為的步軌道站，求軌道站內(nèi)質(zhì)量為m的物相對(duì)地心運(yùn)動(dòng)動(dòng)能．設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度為ω，地球半徑為R.(2)當(dāng)電梯倉(cāng)停在距地面高度h＝4的站點(diǎn)時(shí)，求倉(cāng)內(nèi)質(zhì)量＝50kg的對(duì)水平地板的壓力大?。〉孛娓浇亓铀俣热?0m/s，球自轉(zhuǎn)角速度ωrad/s，地球半徑R＝6.4×10km.圖9四)做（16江蘇）圖示，兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星AB地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，用、、E、S分表示衛(wèi)星的軌道半徑周期、動(dòng)能、與地心連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積．下列關(guān)系式正確的有

圖-A.>B

B.EEAb

C.B

D.17.（15安徽）（14分）三顆星體構(gòu)成的系統(tǒng)，忽略其他星體對(duì)它們的作用，存在著一種運(yùn)動(dòng)形:三顆星體在相互之間的萬(wàn)有引力作用下位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，繞某一共同的圓心在三形所在的平面內(nèi)做相同角速度的圓周運(yùn)動(dòng)（圖-11示、B、C三顆星體質(zhì)量不相同時(shí)的一般情況）。若A星質(zhì)為2，B、C兩體的質(zhì)量均為，三角形邊長(zhǎng)為a。：圖-（1）星所受合力大小F；（2）星所受合力大小F；（3）星的軌道半徑R；（4）三星體做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T。（14全）（22）知球的自轉(zhuǎn)周期和半徑分別為T和地球同步衛(wèi)星的圓軌道半徑為。衛(wèi)星B沿半為r(r<h)的圓軌道在地球赤道的正上方運(yùn),其運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同。:(1)衛(wèi)星B做周運(yùn)動(dòng)的周;(2)衛(wèi)星A和B連地不能直接訊的最長(zhǎng)時(shí)間間(信號(hào)傳輸時(shí)間可忽)。

三參答㈠擇⒈答】【析在球表面附近在不考慮地球自轉(zhuǎn)的情況體所受重力等于地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力，有，可得A能出地球質(zhì)量。根據(jù)萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星、月球、地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由，，解得；由，解得；由，會(huì)消去兩邊；BC能出地球質(zhì)量D不能求出。⒉答】CD【析從P到Q的時(shí)間為根開普勒行星運(yùn)動(dòng)第二定律可知從P到M動(dòng)的速率大于從M運(yùn)的速率可知P到M所的間小于選錯(cuò)誤王星在運(yùn)動(dòng)過程中只受太陽(yáng)的引力作用機(jī)能守恒項(xiàng)誤據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第二定律可知，從P到階，速率逐漸變小，選C正確從M到N階，萬(wàn)有引力對(duì)它先做功后做正功，選項(xiàng)正確故選。⒊答】BCD【析天舟一號(hào)”的軌道半徑小于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑，所以“天舟一號(hào)”比同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)得快角速度大期短而球自轉(zhuǎn)的角速度和周期與地球同步衛(wèi)星的相同，所以“天舟一號(hào)”的角速度比地球自轉(zhuǎn)角速度大，周期短，故A錯(cuò)C正．“天舟一號(hào)”的軌道半徑大于近地衛(wèi)星的軌道半徑以“天舟一號(hào)”比近地衛(wèi)星的線速度小心加速度小地星的線速度是第一宇宙速度地星的向心加速度等于地面的重力加速度“舟一號(hào)”的線速度小于第一宇宙速度加度小于地面的重力加速度，故B正．⒋答】【析地球自轉(zhuǎn)周期變小星要與地球保持同步衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期也隨之變小，由可得衛(wèi)離地球的高度應(yīng)小實(shí)現(xiàn)三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的衛(wèi)星周期最小時(shí)，由數(shù)學(xué)幾何關(guān)系可作出右圖。由幾何關(guān)系得，衛(wèi)星的軌道半徑為①由開普勒第三定律，入中數(shù)據(jù)，得②由①②解得⒌答】．【析設(shè)月球質(zhì)量為M′，半徑為′，地球質(zhì)量為，半徑為R．已知.根據(jù)萬(wàn)有引力等于重力得

月地地地月地地地由此解得進(jìn)而就有①由題意從同樣高度拋出，②，①、②聯(lián)立，解得，s=vt，在地球上的水平位移s′=v′；在月球上的水平位移因此，故僅有A正，錯(cuò)誤；⒍答】【析由天體知識(shí)可知＝2

R，＝GM

GM，＝，半徑不變，周期T、率Rv、加速度a的大均不變，故A、D錯(cuò)誤速率v不，組合體質(zhì)量m變，故動(dòng)能E1＝mv2

變大，正確．⒎答】【析由意知顆人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)有力提供向心力據(jù)，得：，所以，故A正；、C錯(cuò)誤。⒏答】、D【析在中天表面上萬(wàn)有引力提供重力：,則得月球表面的重力加速度g0.17g1.66m/s(R3.7)2

2根據(jù)平衡條件，探測(cè)器懸停時(shí)受到的反作用力

FG

探

m2探月

，選項(xiàng)B正確；探測(cè)器自由下落，,得著落前瞬間的速度,選項(xiàng)A誤；從離開近月圓軌道，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后僅在月球引力作用機(jī)械能守恒離開近月軌道后還有制動(dòng)懸停發(fā)動(dòng)機(jī)做了功，機(jī)械能不守恒，故選項(xiàng)誤；在近月圓軌道萬(wàn)有引力提供向心力：,解得運(yùn)行的線速度v月

GM月月

GMGMRR地d地

地亦即其小于近地衛(wèi)星線速度，選項(xiàng)正確⒐答】【析因空間站建在拉格朗日點(diǎn)，故周期等于月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期，根據(jù)可知，；月球與同步衛(wèi)星都是由地球的萬(wàn)有引力提供向心力作圓周運(yùn)動(dòng)同衛(wèi)星的半徑小根據(jù)可知。綜上所述，，選項(xiàng)D正。⒑答】【析從1到2，需要速逃逸A；可半徑相同，加速度相同，衛(wèi)星在橢圓軌

k22k22道1上動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)半徑變化a在CB對(duì)；衛(wèi)星在圓形軌道2上動(dòng)時(shí)，過程中的速度方向時(shí)刻改變，所以動(dòng)量方向不同D錯(cuò)。㈡空⒒答】1:27；9:1【析據(jù)題意，衛(wèi)星饒球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星的運(yùn)行角速度與周期關(guān)系為：，即角速度與周期成反比則兩顆衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力提供向心力則有即，所以有：。⒓答】?！疚鲈诘厍虮砻娓浇矬w所受重力和萬(wàn)有引力近似相等，有：，航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，有：

Mmvmma(R)(R)2

，解得：線速度，向心加速度。㈢算⒔答】?！疚觫旁O(shè)月球第一宇宙速度為v萬(wàn)有引力提供向心力，可有由此解得⑵試題分析：在月球表面上，，而在距離月球表面h處時(shí)，則在高h(yuǎn)處兔的動(dòng)能Emv22(R))

，而將玉兔發(fā)送到該處時(shí)，對(duì)它做的功應(yīng)等于它在該處的機(jī)械能，即對(duì)它做的功為Ep

月R

1)2

。：⒕答】（1）1.54V（2不能（）4×10m【析（1）法拉第電磁感應(yīng)定律，入數(shù)據(jù)得E=1.54V;(2)不能，因?yàn)榇┻^閉合回路的通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流。（3）在地面：勻速圓周運(yùn)動(dòng)：解得：代數(shù)據(jù)得1⒖答】(1)mω(＋)(2)11.52【析(1)設(shè)貨物相對(duì)地心的距離為r，線速度為v，則r＋①vω②1貨物相對(duì)地心的動(dòng)能為E＝v

③聯(lián)立①②③