江苏专版2017高考物理二轮复习第1部分专题突破篇专题4力与曲线运动2_万有引力与航天讲练.docx

专题四力与曲线运动(二)万有引力与航天考点1| 万有引力定律的应用难度：中档 题型：选择题 五年2考(2015江苏高考T3)过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的.该中心恒星与太阳的质量比约为()A.B1C5D10【解题关键】关键语句信息解读“51 peg b”绕中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天中心恒星对“51 peg b”的万有引力提供向心力“51 peg b”的周期为地球公转周期的B行星绕中心恒星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得Gmr，则32321，选项B正确(2014全国卷T18)假设地球可视为质量均匀分布的球体已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G.地球的密度为()A.B.C.D【解题关键】解此题抓住两条信息：(1)地表重力加速度两极为g0，赤道处为g.(2)地球的自转周期为T.B根据万有引力与重力的关系解题物体在地球的两极时，mg0G，物体在赤道上时，mgm2RG，以上两式联立解得地球的密度.故选项B正确，选项A、C、D错误1高考考查特点(1)本考点高考命题角度为万有引力定律的理解，万有引力与牛顿运动定律的应用(2)正确理解万有引力及万有引力定律，掌握天体质量(密度)的估算方法，熟悉一些天体的运行常识是前提2解题的常见误区及提醒(1)不能正确区分万有引力和万有引力定律万有引力普遍存在，万有引力定律的应用有条件(2)对公式F，应用时应明确“r”的意义是距离；m1和m2间的作用力是一对作用力与反作用力(3)天体密度估算时，易混淆天体半径和轨道半径考向1万有引力与重力1若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为2.已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R.由此可知，该行星的半径约为()【导学号：25702017】A.RB.RC2RDRC在行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们经历的时间之比即为在水平方向运动的距离之比，所以.竖直方向上做自由落体运动，重力加速度分别为g1和g2，因此.设行星和地球的质量分别为7M和M，行星的半径为r，由牛顿第二定律得Gmg1Gmg2/得r2R因此A、B、D错，C对考向2天体质量(密度)的估算2(高考改编)例2(2014全国卷T18)中，若地球自转角速度逐渐增大，当角速度增大到某一值0时，赤道上的某质量为m的物体刚好要脱离地面则地球的质量是多大？【解析】设地球质量为M，地球两极有：mg0在赤道对质量为m的物体刚要脱离时有：mR由得：Mg/G.【答案】g/G3(多选)(2016郑州三校三联)一颗人造卫星在地球表面附近做匀速圆周运动，经过t时间，卫星运行的路程为s，运动半径转过的角度为，引力常量为G，则()A地球的半径为B地球的质量为C.地球的密度为D地球表面的重力加速度为AC根据题意可知，地球的半径R，A项正确；卫星的角速度，GmR2，M，B项错误；地球的密度，C项正确；地球表面的重力加速度等于卫星的向心加速度，即aR2，D项错误天体质量(密度)的估算方法1.利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.由于Gmg，故天体质量M，天体密度.2通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r.(1)由万有引力等于向心力，即Gmr，得出中心天体质量M；(2)若已知天体半径R，则天体的平均密度；(3)若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为其轨道半径r等于天体半径R，则天体密度.可见，只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T，就可估算出中心天体的密度考点2| 天体的运行与发射难度：中档 题型：选择题 五年3考(多选)(2012江苏高考T8)2011年8月，“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家如图1所示，该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的()图1A线速度大于地球的线速度B向心加速度大于地球的向心加速度C向心力仅由太阳的引力提供D向心力仅由地球的引力提供【解题关键】解此题注意以下两点：(1)“嫦娥二号”与地球同步绕太阳做圆周运动，二者角速度相同(2)“嫦娥二号”同时受太阳和地球的万有引力作用AB飞行器与地球同步绕太阳做圆周运动，所以飞地，由圆周运动线速度和角速度的关系vr得v飞v地，选项A正确；由公式ar2知，a飞a地，选项B正确；飞行器受到太阳和地球的万有引力，方向均指向圆心，其合力提供向心力，故C、D选项错(多选)(2016江苏高考T7)如图2所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积下列关系式正确的有()图2ATATBBEkAEkBCSASBD【解题关键】关键语句信息解读两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动两卫星的运动遵循开普勒行星运动定律如图所示两卫星的轨道半径大小关系为：RARBAD已知不同高度处的卫星绕地球做圆周运动，RARB.根据k知，TATB，选项A、D正确；由m知，运动速率v，由RARB，得vAvB，则EkAEkB，选项B错误；根据开普勒第二定律知，同一卫星绕地球做圆周运动，与地心连线在单位时间内扫过的面积相等，对于不同卫星，SA不一定等于SB，选项C错误(多选)(2013全国卷T20)2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气下列说法正确的是()A为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用【解题关键】解此题要注意三点：(1)正确理解宇宙速度(2)阻力做功，轨道如何变化(3)超重、失重的实质BC本题虽为天体运动问题，但题中特别指出存在稀薄大气，所以应从变轨角度入手第一宇宙速度和第二宇宙速度为发射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致需要的向心力Fn减小，做向心运动，向心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B、C正确；航天员在太空中受地球引力，地球引力全部提供航天员做圆周运动的向心力，选项D错误1高考考查特点(1)高考的命题角度为人造卫星的运行参数，卫星的变轨及变轨前后的速度、能量变化(2)解此类题的关键是掌握卫星的运动模型，离心(向心)运动的原因及万有引力做功的特点2解题常见误区及提醒(1)对宇宙速度特别是第一宇宙速度不理解(2)对公式v不理解，误认为阻力做功速度减小半径增大(3)误认为宇宙飞船处于完全失重状态时不受重力作用(4)分析线速度(v)、角速度()、周期(T)与半径R的关系时，不能正确控制变量考向1天体的运行参数4(2014江苏高考T2)已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为()A3.5 km/sB5.0 km/sC17.7 km/sD35.2 km/sA根据万有引力提供向心力解题由Gm得，对于地球表面附近的航天器有：G，对于火星表面附近的航天器有：G，由题意知MM、r，且v17.9 km/s，联立以上各式得：v23.5 km/s，选项A正确5(2016东北三省六校联考)如图3所示，某极地轨道卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极，已知该卫星从北纬60的正上方按图示方向第一次运行到南纬60的正上方时所用时间为1 h，则下列说法正确的是()【导学号：25702018】图3A该卫星的运行速度一定大于7.9 km/sB该卫星与同步卫星的运行速度之比为12C该卫星与同步卫星的运行半径之比为14D该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能C近地卫星的环绕速度等于第一宇宙速度7.9 km/s.根据Gm，得v，半径越大线速度越小，该卫星的半径大于地球半径，则其运动速度一定小于7.9 km/s，A错该卫星从北纬60到南纬60，转过120用时1 h，则其转过360用时3 h，即周期为3 h，而同步卫星的周期为24 h，即该卫星与同步卫星的周期之比为18.根据Gmr，得，则可得半径之比为14，C正确再由v可得该卫星与同步卫星的运行速度之比为21，B错在卫星绕地球做圆周运动情况下，从高轨道到低轨道要减少机械能，若二者质量相等则该卫星的机械能小于同步卫星的机械能，D错考向2赤道物体与地球卫星的比较6国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上设东方红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为()Aa2a1a3Ba3a2a1Ca3a1a2Da1a2a3D卫星围绕地球运行时，万有引力提供向心力，对于东方红一号，在远地点时有Gm1a1，即a1，对于东方红二号，有Gm2a2，即a2，由于h2h1，故a1a2，东方红二号卫星与地球自转的角速度相等，由于东方红二号做圆周运动的轨道半径大于地球赤道上物体做圆周运动的半径，根据a2r，故a2a3，所以a1a2a3，选项D正确，选项A、B、C错误考向3卫星变轨问题7(高考改编)例5(2013全国卷T20)中，若“神舟九号”与“天宫一号”对接前的轨道如图4所示，则以下说法正确的是()图4A在远地点P处，“神舟九号”的加速度与“天宫一号”的加速度相等B根据题中条件可以计算出地球的质量C根据题中条件可以计算出地球对“天宫一号”的引力大小D要实现“神舟九号”与“天宫一号”在远地点P处对接，“神舟九号”需在靠近P处点火减速A在远地点P处，轨道半径相同，由ma知a，故两者加速度相等，A正确；由“天宫一号”做圆周运动，万有引力提供向心力可知mr，因“天宫一号”的周期、轨道半径及引力常量未知，不能计算出地球的质量，B错误；由于“天宫一号”质量未知，故不能算出万有引力，C错误；“神九”在椭圆轨道上运动，P为其远地点，若在P点前减速，则沿向上的速度分量减少，则“神九”将不能到达P点，D错误8(2016湖南十校共同体三联)如图5所示是某卫星绕地飞行的三条轨道，其中轨道1是近地圆形轨道，轨道2和3是变轨后的椭圆轨道，它们相切于A点卫星在轨道1上运行时经过A点的速率为v，加速度大小为a.下列说法正确的是()图5A卫星在轨道2上经过A点时的速率大于vB卫星在轨道2上经过A点时的加速度大于aC卫星在轨道2上运行的周期大于在轨道3上运行的周期D卫星在轨道2上具有的机械能大于在轨道3上具有的机械能A卫星在轨道1上运行经过A点时，只有速度增大，才能由轨道1变轨到轨道2，故卫星在轨道2上经过A点时的速率大于v，选项A正确；在同一点，卫星所受的万有引力大小相等，故卫星在轨道2上经过A点时的加速度仍等于a，选项B错误；根据开普勒第三定律，对于同一中心天体，有k，可知卫星在轨道2上运行的周期小于在轨道3上运行的周期，选项C错误；卫星在轨道2上运行经过A点时，只有速度增大，才能由轨道2变轨到轨道3，故卫星在轨道3上具有的机械能大于在轨道2上具有的机械能，选项D错误1人造卫星运动规律分析“1、2、3”2分析卫星变轨应注意的3个问题(1)卫星变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；稳定的新轨道上的运行速度变化由v判断(2)卫星在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大(3)卫星经过不同轨道相交的同一点时加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度热点模型解读| 人造卫星运行轨道模型考题模型展示模型解读2016全国乙卷T17单星环绕模型(1)卫星在万有引力作用下绕同一个中心天体做匀速圆周运动(2)轨道半径和距离相等2015安徽高考T24多星环绕模型(1)两颗或多颗卫星在他们的相互之间的万有引力作用下绕某一共同圆心做匀速圆周运动(2)轨道半径和距离不同2016北京高考T18卫星变轨模型(1)由于速度的变化造成F引F向而出现卫星离心或向心运动(2)同一点不同轨道速度不同，但加速度相同典例(2016山西四校联考)2014年3月8日凌晨马航客机失联后，西安卫星测控中心紧急调动海洋、风云、高分、遥感4个型号近10颗卫星，为地面搜救提供技术支持特别是“高分一号”突破了空间分辨率、多光谱与大覆盖面积相结合的大量关键技术如图6为“高分一号”与北斗导航系统中的两颗卫星在空中某一面内运动的示意图北斗导航系统中两颗卫星“G1”和“G3”以及“高分一号”均可认为绕地心O做匀速圆周运动卫星“G1”和“G3”的轨道半径均为r，某时刻两颗卫星分别位于轨道上的A、B两位置，“高分一号”在C位置若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作用力则以下说法正确的是()图6A卫星“G1”和“G3”的加速度大小相等，均为gB卫星“G1”由位置A运动到位置B所需的时间为C如果调动“高分一号”卫星到达卫星“G3”所在的轨道，必须对其减速D“高分一号”是低轨道卫星，其所在高度处有稀薄气体，运行一段时间后，高度会降低，速度增大，机械能会减小【解题指导】由Gmg，Gmg，得gg，A错；卫星“G1”由位置A运动到位置B所需时间为t，B错；若想使