高考物理一轮复习专题5.1万有引力与航天精讲深剖.docx

专题5.1 万有引力与航天（一）真题速递1.（2017新课标 14）142017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【答案】C【名师点睛】在万有引力这一块，涉及的公式和物理量非常多，掌握公式 ，在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后弄清楚各个物理量表示的含义。知道周期、线速度的大小、向心加速度只与轨道半径有关，但动能还与卫星的质量有关。2.（2017新课标 19）19.如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M，N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为,若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经过M,Q到N的运动过程中A.从P到M所用的时间等于B.从Q到N阶段，机械能逐渐变大C. 从P到Q阶段，速率逐渐变小D.从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功【答案】CD【解析】从P到M到Q点的时间为T0，根据开普勒行星运动第二定律可知，P到M运动的速率大于从【名师点睛】此题主要考查学生对开普勒行星运动定律的理解；关键是知道离太阳越近的位置行星运动的速率越大；远离太阳运动时，引力做负功，动能减小，引力势能增加，机械能不变.3(2016全国卷乙T17)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为()A1 hB4 hC8 h D16 h【答案】B【解析】万有引力提供向心力，对同步卫星有：mr，整理得GM当r6.6R地时，T24 h若地球的自转周期变小，轨道半径最小为2R地三颗同步卫星A、B、C如图所示分布 则有解得4 h，选项B正确。4(2015全国卷T21)我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行；然后经过一系列过程，在离月面4 m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止)；最后关闭发动机，探测器自由下落已知探测器的质量约为1.3103 kg，地球质量约为月球的81倍，地球半径约为月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小约为9.8 m/s2.则此探测器()A在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9 m/sB悬停时受到的反冲作用力约为2103 NC从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒D在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度【答案】BD5(2014全国卷T19)太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文学称为“行星冲日”据报道，2014年各行星冲日时间分别是：1月6日木星冲日；4月9日火星冲日；5月11日土星冲日；8月29日海王星冲日；10月8日天王星冲日已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示则下列判断正确的是()地球火星木星土星天王星海王星轨道半径(AU)1.01.55.29.51930A.各地外行星每年都会出现冲日现象B在2015年内一定会出现木星冲日C天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半D地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短【答案】BD【解析】由题意可知地球的轨道半径r地1.0 AU，公转周期T地1年由开普勒第三定律k可知T行T地年，根据相遇时转过的角度之差2n及可知相邻冲日时间间隔为t，则t2，即t，又T火年，T木年，T土年，T天年，T海年，代入上式得t1年，故选项A错误；木星冲日时间间隔t木年a2D嫦娥三号在圆轨道a上的机械能小于在椭圆轨道b上的机械能【答案】BD3(2017湖北七市联考)(多选)目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是()A卫星的动能逐渐减小B由于地球引力做正功，引力势能一定减小C由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小【答案】BD【解析】.当卫星的半径减小时，由v 可知，其动能增大；由于引力做正功，故引力势能一定减小，选项A错误，B正确气体阻力做功，使系统的机械能减小，且有WfE，由于动能增加，故引力势能的减小量大于机械能的减小量，选项C错误，D正确规律总结航天器变轨问题的三点注意事项(1)航天器变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；稳定在新轨道上的运行速度变化由v 判断(2)航天器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)航天器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（四）知识还原一、开普勒行星运动定律定律内容图示开普勒第一定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上开普勒第二定律对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积开普勒第三定律所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等.k二、万有引力定律1内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比2公式：FG，其中G6.671011Nm2/kg2.3适用条件公式适用于质点间的相互作用当两物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点；均匀的球体可视为质点，r是球心间的距离；对一个均匀球体与球外一个质点的万有引力的求解也适用，其中r为球心到质点间的距离三、三种宇宙速度宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度(环绕速度)7.9是人造地球卫星的最小发射速度，也是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度第二宇宙速度(脱离速度)11.2使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度第三宇宙速度(逃逸速度)16.7使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.四、经典时空观和相对论时空观1经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随速度的改变而改变的(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是相同的2相对论时空观同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中不同3经典力学有它的适用范围只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界自我诊断1判断正误(1)只有天体之间才存在万有引力()(2)当两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大()(3)人造地球卫星绕地球运动，其轨道平面一定过地心()(4)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度()(5)地球同步卫星可以定点于北京正上方()2(多选) 如图所示，P、Q是质量均为m的两个质点，分别置于地球表面的不同纬度上，如果把地球看成一个均匀球体，P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动，则下列说法正确的是()AP、Q受地球引力大小相等BP、Q做圆周运动的向心力大小相等CP、Q做圆周运动的角速度大小相等DP受地球引力大于Q所受地球引力【答案】AC【解析】.计算均匀球体与质点间的万有引力时，r为球心到质点的距离，因为P、Q到地球球心的距离相同，根据F知，P、Q受地球引力大小相等，P、Q随地球自转，角速度相同，但轨道半径不同，根据FnmR2，P、Q做圆周运动的向心力大小不同，A、C正确，B、D错误 3(多选)我国已先后成功发射了“天宫一号”飞行器和“神舟八号”飞船，并成功地进行了对接试验，若“天宫一号”能在离地面约300 km高的圆轨道上正常运行，则下列说法中正确的是()A“天宫一号”的发射速度应大于第二宇宙速度B对接前，“神舟八号”欲追上“天宫一号”，必须在同一轨道上点火加速C对接时，“神舟八号”与“天宫一号”的加速度大小相等D对接后，“天宫一号”的速度小于第一宇宙速度【答案】CD4(多选)在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，忽略地球自转影响，则()A卫星运动的速度大小