2019高考物理大二轮复习专题一力与运动专题能力训练4万有引力与航天.doc

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1、1专题能力训练 4 万有引力与航天(时间:45 分钟 满分:98 分)选择题(本题共 14 小题,每小题 7 分,共 98 分。在每小题给出的四个选项中,1 8 题只有一个选项符合题目要求,9 14 题有多个选项符合题目要求。全部选对的得 7 分,选对但不全的得 4 分,有选错的得 0 分)1.(2018全国卷 )为了探测引力波,“天琴计划”预计发射地球卫星 P,其轨道半径约为地球半径的 16 倍;另一地球卫星 Q 的轨道半径约为地球半径的 4 倍。 P 与 Q 的周期之比约为( )A.2 1 B.4 1 C.8 1 D.16 12.某宇航员在月球赤道上测得一物体的重力为 F1,在月球两极测量

2、同一物体时其重力为 F2(忽略月球自转对重力的影响)。则月球赤道对应的月球半径与两极处对应的月球半径之比为( )A. B.1221C. D.12213.假设嫦娥三号卫星绕月球做半径为 r 的匀速圆周运动,其运动周期为 T。已知月球的半径为 R,月球车的质量为 m,则月球车在月球表面上所受到的重力为( )A. B.422 422C. D.42322 423224.太阳系中存在一颗绕太阳做匀速圆周运动、平均密度为 的球形天体,一物体放在该天体表面的赤道上,由于天体的自转使物体对天体表面的压力刚好为 0,则天体的自转周期为(引力常量为 G)( )A. B.43 34C. D. 35.2我国第五颗北斗

3、导航卫星是一颗地球同步轨道卫星。如图所示,假若第五颗北斗导航卫星先沿椭圆轨道 飞行,后在远地点 P 处由椭圆轨道 变轨进入地球同步圆轨道 。下列说法正确的是( )A.卫星在轨道 运行时的速度大于 7.9 km/sB.卫星在轨道 运行时的向心加速度比在赤道上相对地球静止的物体的向心加速度大C.卫星在轨道 运行时不受地球引力作用D.卫星在椭圆轨道 上的 P 点处减速进入轨道 6.我国东风-41 洲际弹道导弹最大射程可达约 14 000 km。假设从地面上 A 点发射一枚导弹,在“北斗”卫星定位系统的引导及地球引力作用下,沿 ACB 椭圆轨道飞行并击中地面目标 B,C 为轨道的远地点,距地面高度为

4、h,如图所示。已知地球半径为 R,地球质量为 M,引力常量为 G,则下列结论正确的是( )A.导弹在 C 点的速度等于+B.导弹在 C 点的速度小于 7.9 km/sC.导弹在 C 点的加速度等于+D.导弹从 A 点到 C 点的飞行过程中加速度大小不变7.(2017全国卷 )2017 年 4 月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的( )A.周期变大 B.速率变大C.动能变大 D.向心加速度变大8.某行星有一颗卫星绕其做匀速圆周运动,若卫星在某高度处的线速度为 v

5、1,高度降低 h 后仍做匀速圆周运动,线速度为 v2,引力常量 G 已知。由以上信息能够求出的是( )A.行星表面的重力加速度B.行星的质量C.行星的密度D.卫星的动能9.3天舟一号货运飞船于 2017 年 4 月 27 日与天宫二号成功实施自动交会对接。天舟一号发射过程为变轨发射,示意图如图所示,其中 1 为近地圆轨道,2 为椭圆变轨轨道,3 为天宫二号所在轨道, P 为1、2 轨道的交点,以下说法正确的是( )A.天舟一号在 1 轨道运行时的动能大于其在 3 轨道运行时的动能B.天舟一号在 1 轨道运行时的机械能大于其在 2 轨道运行时的机械能C.天舟一号在 2 轨道运行时的机械能小于其在

6、 3 轨道运行时的机械能D.天舟一号在 1 轨道运行时经过 P 点的动能大于其在 2 轨道运行时经过 P 点的动能10.(2018天津卷)2018 年 2 月 2 日,我国成功将电磁监测试验卫星张衡一号发射升空,标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期,并已知地球的半径和地球表面处的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动,且不考虑地球自转的影响,根据以上数据可以计算出卫星的( )A.密度B.向心力的大小C.离地高度D.线速度的大小11.某类地行星绕太阳系外的红矮星做匀速圆周运动,公转周期约为 37 天,该行星的半径大

7、约是地球半径的 1.9 倍,且表面重力加速度与地球表面重力加速度相近。下列关于该行星的说法正确的是( )A.该行星公转角速度一定比地球的公转角速度大B.该行星平均密度比地球平均密度大C.该行星近地卫星的运行速度大于地球近地卫星的运行速度D.该行星同步卫星的周期小于地球同步卫星的周期12.(2018内蒙古集宁模拟)“嫦娥之父”欧阳自远透露:我国计划于 2020 年登陆火星。假如某志愿者登上火星后将一小球从高为 h 的地方由静止释放,不计空气阻力,测得经过时间 t 小球落在火星表面,已知火星的半径为 R,引力常量为 G,不考虑火星自转,则下列说法正确的是 ( )A.火星的第一宇宙速度为2B.火星的

8、质量为2224C.火星的平均密度为322D.环绕火星表面运行的卫星的周期为 t213.美国科学家通过射电望远镜观察到宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统:三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为 R 的圆形轨道上运行。设每个星体的质量均为 M,忽略其他星体对它们的引力作用,则( )A.环绕星运动的角速度为53B.环绕星运动的线速度为54C.环绕星运动的周期为 435D.环绕星运动的周期为 2314.火星表面特征非常接近地球,我国宇航员王跃与俄罗斯宇航员一起进行了“模拟登火星”实验活动。已知火星的半径是地球半径的,质量是地球质量的,自转周期与地球的自转周

9、期也基本相同。地球表面重力加速度是 g,若王跃在地面上能竖直向上跳起的最大高度是 h。在忽略自转影响的条件下,下述分析正确的是( )A.王跃在火星表面受到的万有引力是他在地球表面所受万有引力的B.火星表面的重力加速度是 gC.火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的23D.王跃以相同的初速度在火星上竖直起跳时,能上升的最大高度是94答案：1.C 解析 两个卫星都是绕同一中心天体(地球)做圆周运动,根据开普勒第三定律: =k,已知32,可得 ,化简可得 TPT Q=8 1,选项 C 正确。=4133=22=64152.D 解析 忽略自转对重力的影响,有 F=G ,可得 F2=G ,F1=G ,故有

10、 ,D 正确。2 22 12 12=213.D 解析 本题考查万有引力定律、向心力公式、周期公式等知识点,意在考查学生的逻辑推理能力。嫦娥三号卫星绕月球做半径为 r 的匀速圆周运动,有 =m r;月球车在月球表面上所2 422受到的重力等于其受到的万有引力,则 F= ,联立可得 F= ,选项 D 正确。2 423224.D 解析 由于物体对天体表面的压力恰好为 0,所以物体受到天体的万有引力全部提供物体随天体自转做圆周运动的向心力, G =m R,又因为 = ,由以上两式解得 T= ,选2 422 = 433 3项 D 正确。5.B 解析 7 .9 km/s 即第一宇宙速度,是近地卫星的环绕速

11、度,也是最大的圆周运动的环绕速度。而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据 v 的表达式可以发现同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,故 A 错误;同步卫星的角速度与赤道上物体的角速度相等,根据 a=r 2,同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,故 B 正确;北斗导航卫星绕地球做匀速圆周运动时所受重力作用提供向心力,处于失重状态,故 C 错误;卫星在椭圆轨道 上的 P 点处加速实现提供的力小于需要的向心力,进入轨道 ,故 D 错误。6.B 解析 本题考查了万有引力定律、牛顿第二定律、向心力公式等知识点,意在考查学生的逻辑推理能力。当导弹做半径为( R+h)的圆周运动时,

12、根据万有引力提供向心力 G ,(+)2=2+解得 v= ,而导弹做向心运动,故速度不等于 ,选项 A 错误;7 .9 km/s 是导弹逃离地+ +球约束的最小速度,导弹做近心运动,则导弹在 C 点速度小于 7.9 km/s,选项 B 正确;导弹在 C 点受到的万有引力为 F=G ,根据牛顿第二定律知,导弹的加速度 a= =G ,选项 C 错(+)2 (+)2误;导弹从 A 到 C 的过程中,高度 h 逐渐变大,导弹的加速度逐渐减小,选项 D 错误。67.C 解析 根据题意,组合体的轨道半径与天宫二号相同,由 =ma,得2 =2 =422T=2 ,v= ,a= ,组合体的周期、速率、向心加速度大

13、小均与天宫二号相同,A、B、D3 2错;组合体的质量大于天宫二号,而速率相同,故动能变大,C 正确。8.B 解析 设行星质量为 M,卫星的质量为 m,初始状态离地心的距离为 r,根据万有引力定律有,由以上两式得 =h,可求得行星的质量,但由于2 =12 , (-)2=22- 2212不能求得行星的半径,也就无法求得行星的密度和行星表面的重力加速度,又由于不知道卫星的质量,也无法求得卫星的动能,故选 B。9.AC 解析 万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得 G =m ,得 v= ,卫星的动能2 2 Ek= mv2= ,天舟一号在 1 轨道运行时的轨道半径小于其在 3 轨道运行时的轨道半径,天舟一

14、12 2号在 1 轨道运行时的动能大于其在 3 轨道运行时的动能,故 A 正确;天舟一号由轨道 1 变轨到轨道2 时要加速,加速过程机械能增加,因此天舟一号在 1 轨道运行时的机械能小于其在 2 轨道运行时的机械能,故 B 错误;天舟一号由轨道 2 变轨到轨道 3 时要加速,加速过程机械能增加,因此天舟一号在 2 轨道运行时的机械能小于其在 3 轨道运行时的机械能,故 C 正确;天舟一号由轨道 1 变轨到轨道 2 时要加速,天舟一号在 1 轨道运行时经过 P 点的动能小于其在 2 轨道运行时经过 P 点的动能,故 D 错误。10.CD 解析 万有引力提供卫星圆周运动的向心力,则有 G =ma=

15、m =m(R+h) ,(+)2 2+ 422其中 GM=gR2,可以求得卫星离地面的高度 h 和卫星的线速度 v;由于不知道卫星的质量 m,无法求出卫星所受向心力和卫星的密度。故选项 A、B 错误,选项 C、D 正确。11.AC 解析 由 = 可得周期小,角速度大,故 A 正确;根据 G =mg,因为行星表面重力加速度2 2与地球表面重力加速度相近,半径大约是地球半径的 1.9 倍。根据密度的定义式 =,该行星的平均密度比地球平均密度小,选项 B 错误;根据 mg=m ,得 v= ,因=2433=34 2 7为半径是地球半径的 1.9 倍,则该行星近地卫星的运行速度大于地球近地卫星的运行速度,

16、故 C 正确;因为不知道该行星的自转周期与地球自转周期的关系,故不能确定该行星与地球的同步卫星的周期关系,选项 D 错误。12.CD 解析 根据 h= gt2得火星表面的重力加速度 g= ,在火星表面的近地卫星的速度即第一宇12 22宙速度设为 v,则 mg=m ,解得 v= ,所以火星的第一宇宙速度 v= ,选项 A 错误;由 mg=G2 22得, M= ,选项 B 错误;火星的体积为 V= R3,根据 = ,选2 2=222 43 =222433 = 322项 C 正确;根据 T= = t ,选项 D 正确。2 =222 213.BC 解析 环绕星做匀速圆周运动,其他两星对它的万有引力充当向心力,即 G +G =M22 2(2)2=M 2R=M R,解得 v= ,= ,T=4 ,B、C 正确,A、D 错误。2 (2)2 54 543 3514.ACD 解析 王跃在火星表面受到的引力为 F=G =G火 火 219地 14地 2=49G地 2是他在地球表面所受万有引力的 ,A 正确;49g 火 =G =G火火 219地142=49G地28= g49B 错误;v 火 =火 火 =4912=23C 正确;根据公式 v2=2gh 得王跃以相同的初速度在火星上起跳时,可跳起的最大高度是 ,D 正确。94