高考物理第二轮复习 专题高效升级卷四 万有引力定律在天体运动中的应用.doc

专题高效升级卷四万有引力定律在天体运动中的应用（时间：60分钟满分：100分）一、选择题（本题共10小题，每小题6分，共60分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分）1（2011济南高三质量调研）2009年当地时间9月23日，在印度的萨蒂什达万航天中心，一枚pslvc14型极地卫星运载火箭携带七颗卫星发射升空，成功实现“一箭七星”发射，相关图片如图所示。则下列说法正确的是（）。a火箭发射时，喷出的高速气流对火箭的作用力大于火箭对气流的作用力b发射初期，火箭处于超重状态c高温高压燃气从火箭尾部喷出时对火箭的作用力与火箭对燃气的作用力是一对平衡力d发射的七颗卫星进入轨道正常运转后，均处于完全失重状态2（2011江苏宿豫中学高三模拟）中新网2010年4月23日报道，美国无人驾驶空天飞机x37b于北京时间4月23日发射升空。如图所示，空天飞机能在离地面6万米的大气层内以3万千米的时速飞行；如果再用火箭发动机加速，空天飞机就会冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入地球轨道，做匀速圆周运动。返回大气层后，它又能像普通飞机一样在机场着陆，成为自由往返天地间的输送工具。关于空天飞机，下列说法正确的是（）。a它从地面发射加速升空时，机舱内的物体处于失重状态b它在6万米的大气层内飞行时，只受地球的引力c它在做匀速圆周运动时，所受地球的引力做正功d它从地球轨道返回地面，必须先减速3（2011全国卷，19）我国“嫦娥”一号探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行（即绕地球一周需要24小时）；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比（）。a卫星动能增大，引力势能减小b卫星动能增大，引力势能增大c卫星动能减小，引力势能减小d卫星动能减小，引力势能增大4有科学家推测，太阳系的第九颗行星可能是“隐居”着的地球的“孪生兄弟”，从地球上看，它永远在太阳的“背面”，永远与地球、太阳在一条直线上，因此，人类一直未能发现它，由以上信息可以确定（）。a这颗行星的轨道半径与地球相等b这颗行星的半径等于地球的半径c这颗行星绕太阳公转的周期与地球相同d这颗行星的自转周期与地球相同5（2011江苏单科，7）一行星绕恒星做圆周运动。由天文观测可得，其运行周期为t，速度为v。引力常量为g，则（）。a恒星的质量为b行星的质量为c行星运动的轨道半径为d行星运动的加速度为6宇宙中两个星球可以组成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动。根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法错误的是（）。a双星相互间的万有引力减小b双星做圆周运动的角速度增大c双星做圆周运动的周期增大d双星做圆周运动的半径增大7（2011广东理综，20）已知地球质量为m，半径为r，自转周期为t，地球同步卫星质量为m，引力常量为g。有关同步卫星，下列表述正确的是（）。a卫星距地面的高度为b卫星的运行速度小于第一宇宙速度c卫星运行时受到的向心力大小为gd卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度8我国发射的“嫦娥”一号探月卫星进入绕月轨道后，在近月点经历3次制动点火，先后变成12小时、3.5小时、127分钟三种工作轨道，其轨迹示意图为如图所示的a、b、c，在卫星3.5小时工作轨道与127分钟工作轨道上分别经过近月点时相比较（）。a速度大小相等b向心加速度大小相等c在3.5小时工作轨道上经过近月点时的速度较大d在3.5小时工作轨道上经过近月点时的向心加速度较大92009年2月11日，俄罗斯的“宇宙2251”卫星和美国的“铱33”卫星在西伯利亚上空约805 km处发生碰撞。这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件。碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是（）。a甲的运行周期一定比乙的长b甲距地面的高度一定比乙的高c甲的向心力一定比乙的小d甲的加速度一定比乙的大10（2011浙江理综，19）为了探测x星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为r1的圆轨道上运动，周期为t1，总质量为m1。随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运动，此登陆舱的质量为m2，则（）。ax星球的质量为mbx星球表面的重力加速度为gxc登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为d登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为t2t1二、计算题（本题共3小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）11（12分）中国首个月球探测计划“嫦娥工程”预计在2017年送机器人上月球，实地采样送回地球，为载人登月及月球基地选址作准备。设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船绕月球飞行，飞船上备有以下实验仪器：a.计时表一只，b.弹簧测力计一个，c.已知质量为m的物体一个，d.天平一台（附砝码一盒）。在飞船贴近月球表面时可近似看成绕月球做匀速圆周运动，宇航员测量出飞船在靠近月球表面的圆形轨道绕行n圈所用的时间为t。飞船的登月舱在月球上着陆后，遥控机器人利用所携带的仪器又进行了第二次测量，科学家利用上述两次测量数据便可计算出月球的半径和质量。若已知万有引力常量为g，则：（1）简述机器人是如何通过第二次测量得到物体在月球上所受的重力f的。（2）试利用测量数据（用符号表示）求月球的半径和质量。12（14分）“神舟”七号载人飞船于北京时间二零零八年九月二十七日下午成功实施中国航天员首次空间出舱活动。下面是相关的材料：16时34分左右，地面下达出舱命令。翟志刚“浮”到轨道舱舱门附近，伸手转动舱门手柄，深邃的太空在中国人面前豁然敞开。16时41分，身着中国研制的“飞天”舱外航天服的翟志刚头先脚后飘出船舱，开始沿着轨道舱壁活动。翟志刚报告：“神舟”七号报告，我已出舱，感觉良好。向全国人民、向全世界人民问好！17时许，翟志刚成功返回轨道舱，舱门关闭。在19分35秒的舱外“飞天”活动中，翟志刚飞过了9 165千米，成为中国“飞得最高、走得最快”的航天人。（1）舱外航天服是保障和实现航天员太空行走的关键。我国自行设计和制作的“飞天”航天服，总质量120 kg，造价3 000万元人民币。请你提出两个与舱外航天服有关的物理问题。（2）已知地球的半径为r6 400 km，地球表面的重力加速度为g9.8 m/s2，求翟志刚实施太空行走时距离地面的高度是地球半径的多少倍。（计算结果保留一位有效数字）13（14分）2008年12月，天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞“人马座a*”的质量与太阳质量的倍数关系。研究发现，有一星体s2绕人马座a*做椭圆运动，其轨道半长轴为9.50102天文单位（地球公转轨道的半径为一个天文单位），人马座a*就处在该椭圆的一个焦点上。观测得到s2星的运行周期为15.2年。若将s2星的运行轨道视为半径r9.50102天文单位的圆轨道，试估算人马座a*的质量ma是太阳质量ms的多少倍（结果保留一位有效数字）。答案与解析1bd2.d3d解析：“嫦娥”一号探月卫星所受万有引力提供其绕地球做圆周运动的向心力，由gmm()2r，可知卫星周期越大，其环绕速度越小，轨道越高，势能越大，所以本题正确选项只有d。4ac解析：因为这颗行星与地球、太阳总在一条直线上，所以这颗行星绕太阳公转的周期与地球相同，c正确。由gm()2r得r，因为t相同，所以轨道半径r相同，a正确。行星的大小及自转情况对行星的公转无影响，因此b、d错。5acd解析：对行星mr，t，解得m，r，a，选项a、c、d正确。6b解析：距离增大，万有引力减小，a正确；由m1r12m2r22及r1r2r得，r1，r2，可知d正确；fgm1r12m2r22，r增大f减小，r1增大，故减小，b错；由t知c正确。7bd解析：卫星受到的万有引力提供向心力，大小为g，选项c错误；由gm(rh)可得卫星距地面的高度hr，选项a错误；由gm可得卫星的运行速度v，而第一宇宙速度v1，选项b正确。由gma可得卫星的向心加速度a，而地球表面的重力加速度g，选项d正确。8bc解析：由gma可知，它们的向心加速度相等，由k(常数)可知，3.5小时工作轨道半径大于127分钟工作轨道半径，向心加速度相等，半径大，速度大，故b、c项正确。9d解析：甲的运行速率大于乙的速率，由g，可知甲的轨道半径小于乙的轨道半径，b错误；由gr，可知甲的运行周期小于乙的运行周期，a错误；由fg，可知c项错误；由ag，可知d项正确。10ad解析：选飞船为研究对象，则m1，解得x星球的质量为m，选项a正确；飞船的向心加速度为a，不等于x星球表面的加速度，选项b错误；登陆舱在r1的轨道上运动时满足m2，m2，登陆舱在r2的轨道上运动时满足m2，m2。由上述公式联立可解得，所以选项c错误，选项d正确。11答案：(1)见解析(2)解析：(1)机器人在月球上用弹簧测力计竖直悬挂物体，静止时读出弹簧测力计的读数f，即为物体在月球上所受重力的大小。(2)在月球上忽略月球的自转可知mg月fgmg月飞船在绕月球运行时，因为靠近月球表面，故近似认为其轨道半径为月球的半径r，由万有引力提供物体做圆周运动的向心力可知gmr又t所以，由式可知月球的半径r月球的质量m。12答案：(1)见解析(2)0.03解析：(1)航天员穿着“飞天”航天服实施出舱活动时，感觉到航天服很沉重吗？航天员穿着“飞天”航天服实施出舱活动时，怎样实现语言交流？航天员穿着“飞天”航天服实施出舱活动时，若意外与飞船脱离，依靠什么设备返回飞船？(其他问题合理即可)(2)翟志刚实施出舱