部編版高中物理必修二第七章萬有引力與宇宙航行題型總結(jié)及解題方法

(名師選題)部編版高中物理必修二第七章萬有引力與宇宙航行題型總結(jié)及解題方法

單選題1、如圖所示，A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，B為近地圓軌道衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星。三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同，三顆衛(wèi)星的線速度大小分別為、、，角速度大小分別為、、，周期分別為、、，向心加速度大小分別為、、，則（

）A．B．C．D．答案：AA．同步衛(wèi)星C的角速度等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的角速度，即B、C均為衛(wèi)星，由萬有引力提供向心力有解得由于衛(wèi)星B的軌道半徑小于C的軌道半徑，則所以故A正確；B．同步衛(wèi)星C的周期等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的周期，即TA=TCB、C均為衛(wèi)星，根據(jù)開普勒第三定律可知B的周期小于C的周期，即TC＞TB所以有TA=TC＞TB故B錯誤；C．同步衛(wèi)星C的角速度等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的角速度，即根據(jù)可知由萬有引力提供向心力有解得可知B的線速度大于C的線速度，即所以有故C錯誤；D．同步衛(wèi)星C的角速度等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的角速度，即根據(jù)可知根據(jù)牛頓第二定律可得解得B的向心加速度大于C的向心加速度，即所以有故D錯誤。故選A。2、如圖所示是靜止在地面上的起吊重物的吊車，某次操作過程中，液壓桿長度收縮，吊臂繞固定轉(zhuǎn)軸順時針轉(zhuǎn)動，吊臂上的M、N兩點(diǎn)做圓周運(yùn)動，此時M點(diǎn)的角速度為ω，ON＝2OM＝2L，則（

）A．M點(diǎn)的速度方向垂直于液壓桿B．N點(diǎn)的角速度為2ωC．兩點(diǎn)的線速度大小關(guān)系為vN＝4vMD．N點(diǎn)的向心加速度大小為2ω2L答案：DA．吊臂是繞固定轉(zhuǎn)軸O旋轉(zhuǎn)的，因此M點(diǎn)的速度方向垂直于吊臂，故A錯誤；B．M、N點(diǎn)在吊臂上繞同一固定轉(zhuǎn)軸O旋轉(zhuǎn)，有相同的角速度，即N點(diǎn)的角速度應(yīng)該等于M點(diǎn)的角速度，故B錯誤；C．根據(jù)v＝ωr可知vN＝2vM，故C錯誤；D．根據(jù)a＝ω2r可知，N點(diǎn)的向心加速度大小為aN＝2ω2L，故D正確。故選D。3、2020年我國“北斗”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)提供服務(wù)．現(xiàn)北斗系統(tǒng)中有一顆地球同步衛(wèi)星A，離地面的高度為5.6R，某時刻與離地面高度為2.3R的地球空間站B相隔最近。已知地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)周期為24

h，衛(wèi)星A和空間站B的運(yùn)行軌道在同一平面內(nèi)且運(yùn)行方向相同。則下列說法正確的是（

）A．衛(wèi)星A和空間站B所在處的加速度大小之比aA∶aB＝1∶2B．衛(wèi)星A和空間站B運(yùn)行的線速度大小之比vA∶vB＝1∶C．再經(jīng)過24小時，衛(wèi)星A和空間站B又相隔最近D．衛(wèi)星A想實(shí)現(xiàn)和空間站B對接，只需對衛(wèi)星A向后噴氣加速即可答案：B根據(jù)萬有引力提供向心力可得由題可知A．根據(jù)可知，衛(wèi)星A和空間站B所在處的加速度大小之比故A錯誤；B．根據(jù)可知，衛(wèi)星A與空間站B運(yùn)行的線速度大小之比故B正確；C．根據(jù)可知，衛(wèi)星A與空間站B運(yùn)行的周期大小之比地球自轉(zhuǎn)周期為24

h，地球同步衛(wèi)星A的周期所以空間站B的周期所以再經(jīng)過24

h，衛(wèi)星A和空間站B不會相隔最近，故C錯誤；D．同步衛(wèi)星A在高軌道，空間站B在低軌道，衛(wèi)星A想實(shí)現(xiàn)和空間站B對接，只需衛(wèi)星A制動減速，從高軌道變到低軌道，故D錯誤。故選B。4、2021年6月29日，一篇發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》的論文稱發(fā)現(xiàn)了兩例來自黑洞吞噬中子星的引力波事件。有研究發(fā)現(xiàn)黑洞是通過不斷“吸食”中子星表面的物質(zhì)，從而慢慢吞噬中子星的。假設(shè)吞噬過程末期較短時間內(nèi)黑洞和中子星之間的距離保持不變，總質(zhì)量不變，黑洞質(zhì)量大于中子星質(zhì)量，二者可視為雙星系統(tǒng)，則吞噬末期（

）A．二者之間的萬有引力不變B．黑洞和中子星做圓周運(yùn)動的角速度不變C．中子星的軌道半徑逐漸減小D．黑洞做圓周運(yùn)動的線速度逐漸增大答案：BA．設(shè)黑洞的質(zhì)量為，軌道半徑為，中子星的質(zhì)量為，軌道半徑為，一段時間內(nèi)“吸食”的質(zhì)量為，則二者之間的萬有引力為由數(shù)學(xué)知識可知，隨著的增大，F(xiàn)逐漸減小，故A錯誤；B．對黑洞有對中子星有兩式聯(lián)立可解得因?yàn)槎ㄖ担师厥冀K不變，故B正確；C．因整理可得由于逐漸增大，故也逐漸增大，故C錯誤；D．因逐漸增大，故逐漸減小，由可知黑洞的線速度逐漸減小，故D錯誤。故選B。5、2021年10月16日我國的神舟十三號載人飛船成功發(fā)射，并于當(dāng)天與距地表約400km的空間站完成徑向交會對接。徑向交會對接是指飛船沿與空間站運(yùn)動方向垂直的方向和空間站完成交會對接。掌握徑向?qū)幽芰?，可以確保中國空間站同時對接多個航天器，以完成不同批次航天員在軌交接班的任務(wù)，滿足中國空間站不間斷長期載人生活和工作的需求。交會對接過程中神舟十三號載人飛船大致經(jīng)歷了以下幾個階段：進(jìn)入預(yù)定軌道后經(jīng)過多次變軌的遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段，到達(dá)空間站后下方52km處；再經(jīng)過多次變軌的近距離導(dǎo)引段到達(dá)距離空間站后下方更近的“中瞄點(diǎn)”；到達(dá)“中瞄點(diǎn)”后，邊進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，邊靠近空間站，在空間站正下方200米處調(diào)整為垂直姿態(tài)（如圖所示）；姿態(tài)調(diào)整完成后逐步向核心艙靠近，完成對接。根據(jù)上述材料，結(jié)合所學(xué)知識，判斷以下說法正確的是（

）A．遠(yuǎn)距離導(dǎo)引完成后，飛船繞地球運(yùn)行的線速度小于空間站的線速度B．近距離導(dǎo)引過程中，飛船的機(jī)械能將減小C．姿態(tài)調(diào)整完成后，飛船繞地球運(yùn)行的周期可能大于24小時D．姿態(tài)調(diào)整完成后，飛船沿徑向接近空間站過程中，需要控制飛船繞地球運(yùn)行的角速度與空間站的角速度相同答案：DA．根據(jù)可得由于飛船的軌道半徑小于空間站的軌道半徑，則遠(yuǎn)距離導(dǎo)引完成后，飛船繞地球運(yùn)行的線速度大于空間站的線速度，A錯誤；B．近距離導(dǎo)引過程中，需要飛船點(diǎn)火加速，推力對飛船做正功，飛船的機(jī)械能增加，B錯誤；C．姿態(tài)調(diào)整完成后，飛船繞地球運(yùn)行的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的半徑，則周期小于24小時，C錯誤；D．如圖所示，姿態(tài)調(diào)整完成后，飛船沿徑向接近空間站過程中，需要控制飛船繞地球運(yùn)行的角速度等于空間站的角速度，D正確。故選D。6、太陽光自太陽表面到達(dá)地球的時間為500s，已知萬有引力常量為，則太陽的質(zhì)量最接近（

）A．kgB．kgC．kgD．kg答案：C日地距離為地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期為太陽對地球的萬有引力提供了地球圍繞太陽做圓周運(yùn)動的向心力，即帶入數(shù)據(jù)可知M=2.0×1030kg故選C。7、2022年10月12日15時45分，“天宮課堂”第三課在中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙正式開講！神舟十四號航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲面向廣大青少年進(jìn)行太空授課，已知問天實(shí)驗(yàn)艙每90分鐘左右繞地球一圈，其運(yùn)行軌道視為圓軌道，下列說法正確的是（

）A．問天實(shí)驗(yàn)艙的線速度略大于第一宇宙速度B．問天實(shí)驗(yàn)艙的角速度比地球同步衛(wèi)星的大C．問天實(shí)驗(yàn)艙的加速度比地球同步衛(wèi)星的小D．圖中的三名航天員在實(shí)驗(yàn)艙中“靜止”不動時處于平衡狀態(tài)答案：BA．第一宇宙速度是圍繞地球表面運(yùn)動的速度，是最大的運(yùn)行速度，運(yùn)行周期為80多分鐘，問天實(shí)驗(yàn)艙每90分鐘左右繞地球一圈，所以線速度略小于第一宇宙速度，A錯誤；B．問天實(shí)驗(yàn)艙每90分鐘左右繞地球一圈，地球同步衛(wèi)星每24小時圍繞地球一圈，所以問天實(shí)驗(yàn)艙的角速度比地球同步衛(wèi)星的大，B正確；C．根據(jù)

問天實(shí)驗(yàn)艙比同步衛(wèi)星離地球近，所以加速度大于地球同步衛(wèi)星的加速度，C錯誤；D．圖中的三名航天員在實(shí)驗(yàn)艙中“靜止”不動，只是相對實(shí)驗(yàn)艙靜止，其實(shí)，三名航天員和實(shí)驗(yàn)艙在做勻速圓周運(yùn)動，有指向圓心的向心力，所以不是平衡狀態(tài)，D錯誤。故選B。8、若天和核心艙運(yùn)行在距地球表面高度為h的圓形軌道上，其運(yùn)行周期為T，已知引力常量為G，地球的半徑為R，則地球的質(zhì)量為（

）A．B．

C．D．答案：C天和核心艙繞地球運(yùn)動時，有=m2（R+h）故地球的質(zhì)量為故選C。多選題9、航天員翟志剛、王亞平、葉光富計劃將于2022年4月中旬乘坐神舟十三號載人飛船返回地球，這是我國航天員首次完成空間站在軌6個月的任務(wù)計劃，在返回的時刻，神舟十三號飛船將首次采用快速返回方案。己知神舟十三號載人飛船繞地球做周期為的橢圓運(yùn)動，近地點(diǎn)A到地心的距離為，遠(yuǎn)地點(diǎn)B到地心的距離為?？臻g站M在離地球表面高度的軌道上做周期為的勻速圓周運(yùn)動。已知橢圓軌道與圓周軌道在遠(yuǎn)地點(diǎn)B相切，要使神舟十三號載人飛船與空間站順利完成對接。下列說法確的是（

）A．B．神舟十三號載人飛船在遠(yuǎn)地點(diǎn)B所受向心力一定等于空間站所受向心力C．神舟十三號載人飛船在遠(yuǎn)地點(diǎn)B點(diǎn)火加速，才能與空間站順利完全對接D．神舟十三號載人飛船從橢圓軌道近地點(diǎn)A到遠(yuǎn)地點(diǎn)B運(yùn)動的過程中，動能減小，重力勢能增大，機(jī)械能守恒答案：CDA．由開普勒第三定律可知，橢圓軌道半長軸的三次方與周期的平方之比為定值，應(yīng)該是軌道半徑的三次方，而不是軌道高度的三次方，A錯誤；B．由于神舟十三號載人飛船與空間站的質(zhì)量未知，向心力大小無法判斷，B錯誤；C．要實(shí)現(xiàn)對接，變軌前萬有引力大于圓周運(yùn)動所需的向心力，故而做向心運(yùn)動，需要加速使萬有引力剛好提供圓周運(yùn)動所需的向心力，進(jìn)入與空間站相同的軌道，從而實(shí)現(xiàn)變軌對接，C正確；D．神舟十三號載人飛船在從近地點(diǎn)A到遠(yuǎn)地點(diǎn)B運(yùn)動的過程中，速度減小，動能減小，引力勢能增大，只有萬有引力做功，機(jī)械能守恒，D正確。故選CD。10、NASA于2021年3月5日宣布，其毅力號漫游車已在火星上完成了首次試行駛。該局官員稱，2月18日成功登陸火星的這輛轎車大小的漫游車3月4日進(jìn)行了首次短距離行駛。它總共移動了6.5米，其間完成了前進(jìn)、原地轉(zhuǎn)彎和倒車動作。這次行駛歷時約33分鐘，最大速度16米/小時?；鹦l(wèi)一是離火星較近的一顆衛(wèi)星，也是較大的一顆衛(wèi)星?；鹦l(wèi)一的直徑是22.2千米，公轉(zhuǎn)軌道半徑為9378千米，是太陽系中所有的衛(wèi)星與主星距離最短的一個。火衛(wèi)二距火星中心23459千米，直徑12.6千米，比火衛(wèi)一小很多。根據(jù)以上信息，下列說法正確的是（

）A．火衛(wèi)一的環(huán)繞速度小于火衛(wèi)二的環(huán)繞速度B．火衛(wèi)一的加速度大于火衛(wèi)二的加速度C．火衛(wèi)一的加速度大于毅力號的加速度D．火衛(wèi)一的周期大于火衛(wèi)二的周期答案：BC設(shè)火星質(zhì)量為M，質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞火星做半徑為r、周期為T、速度大小為v、加速度大小為a、角速度大小為ω的勻速圓周運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律有分別解得

①

②

③

④AD．火衛(wèi)一的軌道半徑小于火衛(wèi)二的軌道半徑，故火衛(wèi)一的環(huán)繞速度大于火衛(wèi)二的環(huán)繞速度，火衛(wèi)一的環(huán)繞周期小于火衛(wèi)二的環(huán)繞周期，故AD錯誤；B．火衛(wèi)一軌道半徑小于火衛(wèi)二的軌道半徑，故火衛(wèi)一加速度大于火衛(wèi)二的加速度，故B正確；C．火衛(wèi)一的加速度大于火星表面物體的向心加速度，故C正確。故選BC。11、2019年10月28日發(fā)生了天王星沖日現(xiàn)象，即太陽、地球、天王星處于同一直線，此時是觀察天王星的最佳時間。已知日地距離為R0，天王星和地球的公轉(zhuǎn)周期分別為T和T0，則下列說法正確的是（

）A．天王星與太陽的距離為B．天王星與太陽的距離為C．至少再經(jīng)過t=時間，天王星再次沖日D．至少再經(jīng)過t=時間，天王星再次沖日答案：ACAB．太陽對地球的萬有引力提供地球做圓周運(yùn)動的向心力，有同理，對天王星有解得選項A正確，B錯誤；CD．設(shè)經(jīng)時間t，再次出現(xiàn)天王星沖日，則有其中解得選項C正確，D錯誤。故選AC。填空題12、2021年10月16日，神舟十三號載人飛船順利將3名航天員送入太空。設(shè)飛船在預(yù)定軌道處由地球產(chǎn)生的重力加速度大小為g1，地球表面重力加速度大小為g，則g1______g（選填“＞”、“＝”或“＜”）；飛船在低軌道繞地球運(yùn)動時的速率比它在高軌道運(yùn)動時的速率______。（選填“大”或“小”）答案：

＜

大[1]根據(jù)因飛船在預(yù)定軌道處的軌道半徑大于地球的半徑，可知飛船在預(yù)定軌道處由地球產(chǎn)生的重力加速度大小g1小于地球表面重力加速度大小g，即g1<g

[2]根據(jù)可得可知，飛船在低