2022年高中物理练习万有引力与航天 .pdf

《2022年高中物理练习万有引力与航天 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高中物理练习万有引力与航天 .pdf（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第 4 章第 4 讲一、选择题1(2010上海理综) 如图是一张天文爱好者经长时间曝光拍摄的“星星的轨迹”照片这些有规律的弧线的形成，说明了( ) A太阳在运动B月球在公转C地球在公转D地球在自转 答案 D 解析 天文爱好者在地球上拍摄，是以地球为参考系，相对地球的自转，公转的因素可忽略，故C正确2(2010江苏物理)2009 年 5 月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道进入椭圆轨道，B为轨道上的一点，如图所示关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( ) A在轨道上经过A的速度小于经过B的速度B在轨道上经过A的动能小于在轨道上经过A的动能C在轨道上运动的周期小于在轨

2、道上运动的周期D在轨道上经过A的加速度小于在轨道上经过A的加速度 答案 ABC 解析 考查开普勒定律和牛顿运动定律在天体中的应用由开普勒第二定律知，A正确由开普勒第三定律知，C 正确根据万有引力提供向心力知，在轨道有GMmr2mv2r，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 在轨道有GMmr2mv2r，显然vv，即轨道上经过A点时的动能小于在轨道上经过A点的动能， B正确在A点时航天飞机所受地球的万有引力相等，由牛顿第二

3、定律知，在二轨道上的加速度也相等，D错误3(2010浙江一调) 已知万有引力常量，下列说法正确的是( ) A已知地球半径和地球自转周期，可估算出地球质量B已知地球半径和地球表面的重力加速度，可估算出地球质量C已知太阳半径和地球绕太阳公转的周期，可估算出太阳质量D已知地球与太阳之间的距离和地球绕太阳公转的周期，可估算出太阳质量 答案 BD 解析 万有引力提供向心力，由牛顿第二定律有GMmr2mv2rm42T2rm 2rmg，欲求中心天体的质量必须知道环绕天体的轨道半径r，而 A、C 项中不知道轨道半径，故不能求出地球和太阳的质量，AC错误， BD正确4(2010山东 )1970 年 4 月 24

4、 日，我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功，开创了我国航天事业的新纪元“东方红一号”的运行轨道为椭圆轨道，其近地点M和远地点N的高度分别是439km和 2384km ，则 ( ) A卫星在M点的势能大于N点的势能B卫星在M点的角速度大于N点的角速度C卫星在M点的加速度大于N点的加速度D卫星在N点的速度大于7.9km/s 答案 BC 解析 该题考查了天体运动的相关问题由Epmgh可知 A不正确由机械能守恒可知vMvN故MN，B 选项正确由aGMr2，可知 C选项正确若卫星以地心和N点的连线为半径做圆周运动，则在N点需要加速， 加速后的速度小于第一宇宙速度，故vN7.9km

5、/s.D选项不正确5(2010湖南十二校联考) 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R，线速度为v，周期为T，要使卫星的周期变为2T，可以采取的办法是( ) AR不变，使线速度变为v/2 Bv不变，使轨道半径变为2RC使卫星的高度增加R名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - D使轨道半径变为34R 答案 D 解析 由万有引力提供向心力GMmR2m(2T)2R，可知T2R3GM，由此可知D正确6(2010天津 ) 探

6、测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( ) A轨道半径变小B向心加速度变小C线速度变小D角速度变小 答案 A 解析 本题考查万有引力定律的应用，突破点在于探测器绕月球做匀速圆周运动的向心力由月球对它的万有引力提供根据万有引力定律与牛顿第二定律得GMmr2mr(42T2) GMr342T2T变小，说明r减小，故选项A正确又由GMmr2mamv2rmr2得aGMr2，vGMr，GMr3，当r减小时，a变大，v变大，变大，所以B、C、D均错7(2010安徽 ) 为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011 年 10 月发射第一颗火星探测

7、器“萤火一号”假设探测器在离火星表面高度分别为h1和 h2的圆轨道上运动时， 周期分别为T1和 T2. 火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G.仅利用以上数据，可以计算出( ) A火星的密度和火星表面的重力加速度B火星的质量和火星对“萤火一号”的引力C火星的半径和“萤火一号”的质量D火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力 答案 A 解析 本题考查万有引力定律在天体运动中的应用，突破点是探测器围绕火星运动，万有引力提供其做圆周运动的向心力设火星质量为M，火星半径为R，“萤火一号”的质量为m，根据万有引力定律与牛顿第二定律得名师资料总结 - - -精品资料欢迎

8、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - GMmRh12m(Rh1)(2T1)2GMmRh22m(Rh2)(2T2)2由联立可求得M和R， 再由M43R3与gGMR2可解得火星的密度与火星表面的重力加速度 “萤火一号”的质量无法求出，因此“萤火一号”所受引力也无法计算所以只有选项 A正确8(2010青岛高三统一检测) 在 2010 年青海玉树抗震救灾中，我国自主研制的“北斗一号”卫星导航系统，发挥了巨大作用北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位

9、等功能“北斗”系统中两颗工作卫星均绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为r.某时刻两颗工作卫星分别位于同一轨道上的A、B两位置 (如图所示 )若卫星均沿顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，则下列说法正确的是( ) A这两颗卫星的加速度大小均为gR2r2B卫星甲向后喷气就一定能追上卫星乙C卫星甲由位置A运动到位置B所需的时间为r3RrgD卫星甲由位置A运动到位置B的过程中万有引力做功为零 答案 ACD 解析 本题考查人造地球卫星由GMmR2mg可得GMgR2，根据GMmr2ma可求得加速度为agR2r2，选项 A正确；卫星甲要想追上卫星乙，卫星甲必须先减速做近地运动，然后再加速即可追

10、上乙，选项B错误；卫星甲由A位置运动到B位置过程中，由GMmr2m(2T)2r及t16T可求得tr3Rrg，选项 C 正确；卫星甲由A位置运动到B位置过程中，万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，其方向始终与速度方向垂直，故不做功，选项D正确二、非选择题9宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处 ( 取地球表面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - -

11、 - - - - - - 重力加速度g10m/s2，阻力不计 ) (1) 求该星球表面附近的重力加速度g；(2) 已知该星球的半径与地球半径之比为R星R地14，求该星球的质量与地球质量之比M星M地 答案 (1)2m/s2(2)180 解析 (1)t2v0g，所以g15g2m/s2(2)gGMR2，所以MgR2G，可解得M星M地112542180 102008 年 9 月 25 日，载人航天宇宙飞船“神舟七号”发射成功，且中国人成功实现了太空行走，并顺利返回地面(1) 设飞船在太空环绕时轨道高度为h，地球半径为R，地面重力加速度为g，飞船绕地球遨游太空的总时间为t，则“神舟七号”飞船绕地球运转多

12、少圈？( 用给定字母表示) (2) 若t3 天，h343km，R6400km，g10m/s2，则飞船绕地球运转的圈数为多少？ 答案 (1)tR2RhgRh(2)48 圈 解析 (1) 在地球表面：gGMR2?GMgR2在轨道上：GMmRh2m(Rh)42T2T2Rh3GM2RhRRhg故ntTtR2RhgRh. (2) 代入数据得：n48 圈11(2010浙江五校 ) 经过天文望远镜的长期观测，人们在宇宙中已经发现了许多双星系统，通过对它们的研究， 使我们对宇宙中物质的存在形式和分布情况有了较深刻的认识双星系统由两个星体构成，其中每个星体的线度都远小于两星体之间的距离一般双星系统距离其他星体很

13、远，可以当做弧立系统处理现根据对某一双星系统的光学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M，两者间相距L，它们正围绕着两者连线的中点做圆周运动(1) 试计算该双星系统的运动周期T；(2) 若实验上观测到运动周期为T，为了解释两者的不同，目前有一种流行的理论认为，在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的暗物质作为一种简化的模型，我们假定在以这两个星体连线为直径的球体内均匀分布着密度为的暗物质，而不考虑其他暗物质的影响，并假定暗物质与星体间的相互作用同样遵守万有引力定律试根据这一模型计算该双星名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -

14、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 系统的运动周期T. 答案 (1) L2LGM(2) L6LG3M2L3 解析 (1)GM2L2ML22T2TL2LGM(2)GM2L2GM 43L23L22ML22T2TL6LG3M2L312(2010四川攀枝花教学检测) 海南航天发射场由于处于低纬度，可承担地球同步轨道卫星发射任务如图所示是地球同步卫星发射过程的示意图发射同步卫星时，先将卫星发射到距地面高度为h的近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2 运行，最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3. 已知地面的重力加速度为g，地球的自转周

15、期为T，地球半径为R，卫星质量为m，求：(1) 同步圆轨道3 距地面的高度；(2) 卫星在近地圆轨道1 运行时的速度；(3) 卫星从近地圆轨道1 过渡到同步圆轨道3 的过程中合外力做的功的大小 答案 (1)3gR2T242R(2)RgRh(3)12mR2gRh342g2R4T2 解析 (1) 设同步圆轨道3 距地面的高度为H，地球质量为m地，由万有引力定律和牛顿第二定律得Gm地mRH2m(RH)(2T)2而Gm地/R2g名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8

16、页 - - - - - - - - - 联立解得：H3gR2T242R(2) 设卫星在近地圆轨道1 运行时的速度为v，由万有引力定律和牛顿第二定律得Gm地mRh2mv2Rh联立解得：vRgRh(3) 卫星在同步圆轨道3 上运行的速度大小v2RHT联立解得：v32gR2T由动能定理得卫星从近地圆轨道1过渡到同步圆轨道3的过程中合外力做的功的大小为W12mv212mv212mR2gRh342g2R4T213(2010贵州重点中学模考) 假设某次天文现象中，地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示 地球的轨道半径为R，运转周期为T. 地球和太阳中心的连线与地球和行星的连线所夹的

17、角叫地球对该行星的观察视角( 简称视角 ) 已知该行星的最大视角为，当行星处于最大视角处时，是地球上的天文爱好者观察该行星的最佳时期若某时刻该行星正处于最佳观察期，问该行星下一次处于最佳观察期至少需经历多长时间？ 答案 2sin321sin3T或 2sin321sin3T 解析 处于最大视角时，如图可得行星的轨道半径r为：rRsin设行星绕太阳的运转周期为T，由万有引力定律可知名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 对地球：GMmR2m42T2R对行星：GMmr2m42T2rR3T2r3T2设行星最初处于最佳观察期时，其位置超前于地球，且设经时间t地球转过角后该行星再次处于最佳观察期则行星转过的角度为2于是有2Tt2Tt解可得t 2sin321sin3T若行星最初处于最佳观察期时，其位置滞后于地球，同理可得t 2sin321sin3T名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -