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1、1 / 8【2019【2019 最新最新】精选高考物理二轮复习第一部分专题四力与精选高考物理二轮复习第一部分专题四力与曲线运动二曲线运动二_万有引力与航天限时集训万有引力与航天限时集训(对应学生用书第 123 页)(建议用时：40 分钟)一、选择题(本题共 8 小题，每小题 6 分在每小题给出的四个选项中，第 15 题只有一项符合题目要求，第 68 题有多项符合题目要求全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0分)1天宫二号空间实验室已于 2016 年 9 月 15 日在酒泉卫星发射中心发射成功经北京航天飞行控制中心两次轨道控制，天宫二号已调整至距地面 393 km 的轨道上
2、运行对稳定后的天宫二号，以下说法正确的是( )A运行轨道一定在酒泉卫星发射中心正上方B相对于站在地球赤道上的人静止不动C向心加速度大于站在地球赤道上的人随地球一起自转的向心加速度D由于经过多次点火加速，运行线速度大于第一宇宙速度C C 所有的卫星中，只有赤道上空的卫星轨道相对于地球是不变所有的卫星中，只有赤道上空的卫星轨道相对于地球是不变的，不在赤道上空的轨道相对于地球是运动的，故的，不在赤道上空的轨道相对于地球是运动的，故 A A 错误；同步错误；同步卫星的轨道距离地面的高度约为卫星的轨道距离地面的高度约为 3636 000000 kmkm，大于，大于 393393 kmkm，所以，所以天宫
3、二号不可能相对于站在地球赤道上的人静止不动，故天宫二号不可能相对于站在地球赤道上的人静止不动，故 B B 错误；错误；根据万有引力提供向心力可知：根据万有引力提供向心力可知：mama，得：，得：a a，由于天宫二号，由于天宫二号的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，所以天宫二号的向心加速的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，所以天宫二号的向心加速2 / 8度大于同步卫星的向心加速度，而同步卫星的角速度与站在地球度大于同步卫星的向心加速度，而同步卫星的角速度与站在地球赤道上的人的角速度相等，根据赤道上的人的角速度相等，根据 a ar2r2 知，同步卫星的向心加知，同步卫星的向心加速度大于站在地球赤道上的
4、人的向心加速度，所以天宫二号的向速度大于站在地球赤道上的人的向心加速度，所以天宫二号的向心加速度大于站在地球赤道上的人随地球一起自转的向心加速度，心加速度大于站在地球赤道上的人随地球一起自转的向心加速度，故故 C C 正确；第一宇宙速度是近地卫星的线速度，根据万有引力提正确；第一宇宙速度是近地卫星的线速度，根据万有引力提供向心力：，所以供向心力：，所以 v v，知天宫二号的运行线速度小于第一宇，知天宫二号的运行线速度小于第一宇宙速度，故宙速度，故 D D 错误错误 22016 年 9 月 15 日，中国成功发射天宫二号空间实验室，对其轨道进行控制、调整到距离地面高 h393 km 处与随后发射
5、的神舟十一号飞船成功对接，景海鹏和陈冬两名航天员进驻天宫二号已知地球半径为 R，地球表面重力加速度为 g，当天宫二号在预定轨道正常运行时，下列描述正确的是( ) 【导学号：17214075】A宇航员在天宫二号内可用天平测物体的质量B天宫二号运动周期大于 24 hC天宫二号线速度大小为gRhD天宫二号如果要变轨到高轨道则需要加速D D 天平是根据杠杆平衡条件制成的，在太空中，物体和砝码所天平是根据杠杆平衡条件制成的，在太空中，物体和砝码所受重力完全提供向心力，天平的左右两盘无论放多少物体，天平受重力完全提供向心力，天平的左右两盘无论放多少物体，天平都是平衡的，所以无法用天平测量物体的质量，故都是
6、平衡的，所以无法用天平测量物体的质量，故 A A 错误；天宫错误；天宫二号的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，根据二号的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，根据 G Gm m 可知，可知，半径越大，周期越大，所以天宫二号运动周期小于半径越大，周期越大，所以天宫二号运动周期小于 2424 h h，故，故 B B 错错误；根据误；根据 G Gm m 以及以及 G Gmgmg 得：得：v v，故，故 C C 错误；天宫二号如果要错误；天宫二号如果要变轨到高轨道，需要做离心运动，需要的向心力大于万有引力，变轨到高轨道，需要做离心运动，需要的向心力大于万有引力，所以要加速，故所以要加速，故 D D 正
7、确正确 3 / 832016 年 10 月 19 日凌晨神舟十一号飞船与天宫二号在距地面393 公里的轨道高度成功实施自动交会对接，合体后，景海鹏和陈冬两名航天员进驻天宫二号，开展了 40 多项空间科学实验，下列说法正确的是( )A两位航天员站在天宫二号实验舱中向全国人民敬礼时，他们处于平衡状态B两位航天员在天宫二号实验舱中环绕地球一圈需要 24 小时C天宫二号在轨道上运行的加速度小于 98 m/s2D航天员在天宫二号实验舱中不受重力的作用C C 天宫二号做匀速圆周运动时宇航员处于完全失重状态，故天宫二号做匀速圆周运动时宇航员处于完全失重状态，故 A A错误；由：错误；由：T T22，结合同步
8、卫星的周期是，结合同步卫星的周期是 2424 h h，而同步卫星的，而同步卫星的轨道高度约为轨道高度约为 3636 000000 kmkm 可知，在距地面可知，在距地面 393393 公里的轨道高度的公里的轨道高度的天宫二号的周期一定小于天宫二号的周期一定小于 2424 h h，故，故 B B 错误；地球表面的物体受到错误；地球表面的物体受到的万有引力近似等于其重力，所以：的万有引力近似等于其重力，所以：mgmg，天宫二号在轨道上运，天宫二号在轨道上运行的加速度由万有引力提供，则：行的加速度由万有引力提供，则：mama，所以：，所以：a ag g9 98 8 m/s2m/s2，故，故 C C
9、正确；天宫二号内的宇航员处于完全失重状态，但仍正确；天宫二号内的宇航员处于完全失重状态，但仍然受到重力的作用，故然受到重力的作用，故 D D 错误错误 4(2017市 5 月质检)北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，该系统将由 35 颗卫星组成，卫星的轨道有三种：地球同步轨道、中地球轨道和倾斜轨道其中，同步轨道半径大约是中轨道半径的 15 倍，那么同步卫星与中轨道卫星的周期之比约为( )A B2C D(3 2)2 3C C 同步轨道半径大约是中轨道半径的同步轨道半径大约是中轨道半径的 1 15 5 倍，根据开普勒第倍，根据开普勒第4 / 8三定律三定律k k 得得3 3
10、，所以同步卫星与中轨道卫星的周期之比约为，所以同步卫星与中轨道卫星的周期之比约为，故选项故选项 C C 正确正确 5(2017市三模)地质勘探发现某地区表面的重力加速度发生了较大的变化，怀疑地下有空腔区域进一步探测发现在地面 P点的正下方有一球形空腔区域储藏有天然气，如图 48 所示假设该地区岩石均匀分布且密度为 ，天然气的密度远小于 ，可忽略不计如果没有该空腔，地球表面正常的重力加速度大小为g；由于空腔的存在，现测得 P 点处的重力加速度大小为kg(k1)已知引力常量为 G，球形空腔的球心深度为 d，则此球形空腔的体积是( )图 48BA kgd2 GDC 1kgd2 GD D 如果将近地表
11、的球形空腔填满密度为如果将近地表的球形空腔填满密度为 的岩石，则该地的岩石，则该地区重力加速度便回到正常值，因此，如果将空腔填满，地面质区重力加速度便回到正常值，因此，如果将空腔填满，地面质量为量为 m m 的物体的重力为的物体的重力为 mgmg，没有填岩石时是，没有填岩石时是 kmgkmg，故空腔填满，故空腔填满后引起的引力为后引起的引力为(1(1k)mgk)mg；由万有引力定律，有：；由万有引力定律，有：(1(1k)k)mgmgG G，解得：，解得：V V，D D 对对 6利用探测器探测某行星，先让探测器贴近该行星表面飞行，测得探测器做圆周运动的周期为 T1，然后调节探测器离行星表面的高度
12、，当离行星表面高度为 h 时，探测器做圆周运动运行一周的时间为 T2已知引力常量为 G，则下列判断正确的是 ( ) 【导学号：17214076】A可求出该行星的质量B可求出该行星的密度5 / 8C可求出探测器贴近行星表面飞行时，行星对它的引力D可求出该行星的第一宇宙速度ABDABD 由开普勒第三定律得，可求得行星的半径由开普勒第三定律得，可求得行星的半径 R R，由，由 G Gm2Rm2R可求得行星的质量可求得行星的质量 M M，A A 正确；由正确；由 可求得行星的密度，可求得行星的密度，B B 正正确；由确；由 F FG G 可知，由于探测器的质量未知，无法求行星对探测可知，由于探测器的质
13、量未知，无法求行星对探测器的引力，器的引力，C C 错误；由错误；由 G Gm m 可求出该行星的第一宇宙速度，可求出该行星的第一宇宙速度，D D 正正确确 7(2017贵阳二模)“天宫一号”目标飞行器与“神舟十号”飞船自动交会对接前的示意图如图 49 所示，圆形轨道为“天宫一号”运行轨道，圆形轨道为“神舟十号”运行轨道此后“神舟十号”要进行多次变轨，才能实现与“天宫一号”的交会对接，则( )【导学号：17214077】图 49A “天宫一号”的运行速率小于“神舟十号”在轨道上的运行速率B “神舟十号”变轨后比变轨前高度增加，机械能减少C “神舟十号”可以通过减速而使轨道半径变大D “天宫一号
14、”和“神舟十号”对接瞬间的向心加速度大小相等ADAD 做圆周运动的天体，线速度大小做圆周运动的天体，线速度大小 v v，因此轨道半径较大，因此轨道半径较大的的“天宫一号天宫一号”速率较小，速率较小，A A 项正确；项正确；“神舟十号神舟十号”由低轨道由低轨道到高轨道运动需要消耗火箭燃料加速，由功能关系可知在高轨到高轨道运动需要消耗火箭燃料加速，由功能关系可知在高轨道上飞船机械能更大，道上飞船机械能更大，B B 项错误；飞船在圆周轨道上减速时，项错误；飞船在圆周轨道上减速时，万有引力大于所需要的向心力，飞船做近心运动，轨道半径减万有引力大于所需要的向心力，飞船做近心运动，轨道半径减6 / 8小，
15、小，C C 项错误；在对接瞬间，项错误；在对接瞬间， “神舟十号神舟十号”与与“天宫一号天宫一号”所受所受万有引力提供向心力，向心加速度相等，万有引力提供向心力，向心加速度相等，D D 项正确项正确 8(2017市二模)已知地球自转周期为 T0，有一颗与同步卫星在同一轨道平面的低轨道卫星，自西向东绕地球运行，其运行半径为同步轨道半径的四分之一，该卫星两次在同一城市的正上方出现的时间间隔可能是( )A B3T0 4C DT0 7CDCD 设地球的质量为设地球的质量为 M M，卫星的质量为，卫星的质量为 m m，运动周期为，运动周期为 T T，因为，因为卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，有：解
16、得：卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，有：解得：T T22同步卫星的周期与地球自转周期相同，即为同步卫星的周期与地球自转周期相同，即为 T0T0已知该已知该人造卫星的运行半径为同步卫星轨道半径的四分之一，所以该人人造卫星的运行半径为同步卫星轨道半径的四分之一，所以该人造卫星与同步卫星的周期之比是：，解得：造卫星与同步卫星的周期之比是：，解得：T TT0T0设卫星设卫星至少每隔至少每隔 t t 时间才在同一地点的正上方出现一次，根据圆周运动时间才在同一地点的正上方出现一次，根据圆周运动角速度与所转过的圆心角的关系角速度与所转过的圆心角的关系 tt 得：得：t t2n2nt t，解得，解得t
17、t，当，当 n n1 1 时时 t t，n n3 3 时时 t t，故，故 A A、B B 错误，错误，C C、D D 正确正确 二、计算题(共 2 小题，32 分)9(16 分)2013 年 6 月 11 日下午，神舟十号载人飞船进入近地点距地心为 r1、远地点距地心为 r2 的椭圆轨道正常运行已知地球质量为 M，引力常量为 G，地球表面处的重力加速度为 g，飞船在近地点的速度为 v1，飞船的质量为 m若取距地球无穷远处为引力势能零点，则距地心为 r、质量为 m 的物体的引力势能表达式为Ep，求：(1)地球的半径；(2)飞船在远地点的速度 7 / 8【导学号：17214078】【解析】 (1
18、)设地球表面有质量为 m 的物体，则 Gmg解得地球的半径：R(2)由于飞船在椭圆轨道上机械能守恒，所以飞船在近地点所具有的机械能即为飞船在椭圆轨道上运行时具有的机械能，则：EmvGMm r1飞船在椭圆轨道上运行，根据机械能守恒定律得：mvGmvG1 2Mm r2解得飞船在远地点的速度：v2【答案】 (1) (2)v2 12GMr22GMr110(16 分)(2017江西九江二模)利用万有引力定律可以测量天体的质量(1)测地球的质量英国物理学家卡文迪许，在实验室里巧妙地利用扭秤装置，比较精确地测量出了引力常量的数值，他把自己的实验说成是“称量地球的质量” 已知地球表面重力加速度为 g，地球半径
19、为 R，引力常量为 G若忽略地球自转的影响，求地球的质量图 410(2)测“双星系统”的总质量所谓“双星系统” ，是指在相互间引力的作用下，绕连线上某点 O 做匀速圆周运动的两个星球 A 和 B，如图 410 所示已知8 / 8A、B 间距离为 L，A、B 绕 O 点运动的周期均为 T，引力常量为G，求 A、B 的总质量(3)测月球的质量若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球看成“双星系统”已知月球的公转周期为 T1，月球、地球球心间的距离为L1你还可以利用(1)、(2)中提供的信息，求月球的质量 【导学号：17214079】【解析】 (1)设地球的质量为 M，地球表面某物体质量为 m，忽略地球自转的影响mgGMm R2解得 M(2)设 A 的质量为 M1，A 到 O 的距离为 r1；设 B 的质量为 M2，B到 O 的距离为 r2GM12r1GM22r2又 Lr1r2解得 M1M2(3)设月球的质量为 M3，由(2)可知 M3M42L3 1 GT2 1由(1)可知 MgR2 G解得 M3【答案】 (1) (2)42L3 GT2(3)gR2G