2023届高三物理二轮复习第一篇专题攻略课时巩固过关练五专题二曲线运动第5讲万有引力定律及其应用

PAGE2-课时稳固过关练五万有引力定律及其应用(45分钟100分)一、选择题(本大题共8小题,每题8分,共64分。第1～5题只有一项符合题目要求,第6～8题有多项符合题目要求)1.(2022·全国卷Ⅲ)关于行星运动的规律,以下说法符合史实的是()A.开普勒在牛顿定律的根底上,导出了行星运动的规律B.开普勒在天文观测数据的根底上,总结出了行星运动的规律C.开普勒总结出了行星运动的规律,找出了行星按照这些规律运动的原因D.开普勒总结出了行星运动的规律,发现了万有引力定律【解析】选B。开普勒在天文观测数据的根底上,总结出了行星运动的规律,故A错误,B正确;开普勒只是总结出了行星运动的规律,并没有找出行星按照这些规律运动的原因,C错误;牛顿在开普勒的行星运动规律的根底上,发现了万有引力定律,D错误。2.假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体,设想在地下以地心为圆心、半径为r处开凿一圆形隧道,在隧道内有一小球绕地心做匀速圆周运动,且对隧道内外壁的压力为零,如下图。质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零,地球的第一宇宙速度为v1,小球的线速度为v2。那么v1A.rRB.r2R2【解析】选C。由mv2R=GMmR2得v=GMR。又因M=43.埃隆·马斯克首次对媒体透露了在火星建立社区的“火星移民〞方案。假设火星移民通过一代又一代坚韧不拔的努力,不仅完成了“立足〞火星的根本任务,而且还掌握了探测太空的完整技术。火星半径是地球半径的1/2,火星质量是地球质量的1/10,在地球上发射人造地球卫星时的最小发射速度为v,那么火星人在火星上发射人造火星卫星时的最小发射速度为()A.105vB.55vC.【解析】选B。在星球上发射人造卫星时,当卫星轨道半径近似等于星球半径时,发射速度最小。设火星人在火星上发射人造火星卫星时的最小发射速度为v火,那么由万有引力定律和牛顿第二定律得:GM火mR火2=mv火2R火,解得:v火=GM火R火,同理得:v=GM地R地【加固训练】星球上的物体脱离该星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度。星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=2v1。某星球的半径为r,它外表的重力加速度为地球外表重力加速度g的16A.gr3 C.gr3 【解析】选A。该星球的第一宇宙速度:GMmr在该星球外表处万有引力等于重力:GMmr由以上两式得v1=gr6,那么第二宇宙速度v2=2v1=2×gr4.(2022·武汉一模)据报道,目前我国正在研制“萤火二号〞火星探测器,假设其发射过程为:先让运载火箭将其送入太空,以第一宇宙速度环绕地球飞行,再调整速度进入地火转移轨道,最后再一次调整速度以线速度v在火星外表附近环绕飞行。假设认为地球和火星都是质量分布均匀的球体,地球和火星的半径之比为2∶1,密度之比为7∶5,那么v大约为()km/s B.3.3km/sC.4.7km/s D.18.9km/s【解析】选B。探测器在地球或火星外表附近飞行时,根据GMmR2=m43πR3ρ可得v=23R3Gπρ,又因为R地∶R火=2∶1,ρ地∶ρ火=7∶5,v地=7.9km/s,5.假设宇宙中存在质量相等的三颗星体且分布在一条直线上,其中两颗星体围绕中央的星体转动,假设两颗星体做圆周运动的半径为R,每个星体的质量均为m,引力常量为G。忽略其他星体对该三颗星体的作用。那么做圆周运动的星体的线速度大小为()A.Gm4R C.5Gm4R 【解题指导】解答此题应明确以下两点:(1)两颗环绕星体的角速度、线速度均相等。(2)每颗环绕星体做圆周运动的向心力由另两颗星体对它的万有引力的合力提供。【解析】选C。由万有引力定律和牛顿第二定律得Gm2R2+Gm2(2R6.(2022·烟台二模)2014年10月24日,“嫦娥五号〞探路兵发射升空,为方案于2022年左右发射的“嫦娥五号〞探路,并在8天后以“跳跃式返回技术〞成功返回地面。“跳跃式返回技术〞指航天器在关闭发动机后进入大气层,依靠大气升力再次冲出大气层,降低速度后再进入大气层。如下图,虚线为大气层的边界。地球半径为R,地心到d点距离为r,地球外表重力加速度为g。以下说法正确的选项是()A.“嫦娥五号〞在b点处于完全失重状态B.“嫦娥五号〞在d点的加速度等于gC.“嫦娥五号〞在a点速率大于在c点的速率D.“嫦娥五号〞在c点速率大于在e点的速率【解析】选B、C。根据曲线运动的规律,运动轨迹在合力和速度的夹角之间(合力指向运动轨迹的凹侧),由题图可知航天器在b点处于超重状态,故A错误;在d点GMmr2=ma,且在地面附近万有引力近似等于重力:GMmR2=mg,可得加速度a=gR2r7.(2022·宝鸡一模)科学家们近期发现了一颗距离地球1400光年的系外行星“Kepler-452b〞,它围绕着一颗与太阳质量几乎相等的恒星运行。这是迄今发现的最接近地球的“另一个地球〞。一未知飞行物以周期T贴近“Kepler-452b〞外表做半径为R的匀速圆周运动,万有引力常量为G,那么()A.可以计算出未知飞行物的质量为4B.行星“Kepler-452b〞的第一宇宙速度为2C.行星“Kepler-452b〞外表的自由落体加速度为4D.行星“Kepler-452b〞的密度为3【解析】选C、D。根据GMmR2=m4π2T2R及ρ=M43πR8.(2022·扬州二模)据报道,一颗来自太阳系外的彗星于2014年10月20日擦火星而过。如下图,设火星绕太阳在圆轨道上运动,运动轨道半径为r,周期为T。该彗星在穿过太阳系时由于受到太阳的引力,轨道发生弯曲,彗星与火星在圆轨道的A点“擦肩而过〞。万有引力恒量G,那么()A.可确定彗星在A点的速度大于火星绕太阳的速度B.可计算出彗星经过A点时受到的引力C.可计算出彗星经过A点的速度大小D.无法计算出彗星的质量【解析】选A、D。彗星经过A点时做离心运动,火星经过A点时做匀速圆周运动,可知彗星经过A点时的速度大于火星经过A点时的速度,A正确;由于不知道彗星的质量,所以无法计算彗星经过A点时受到的引力,B错误、D正确;彗星在A点不满足GMmr2二、计算题(本大题共2小题,共36分。需写出标准的解题步骤)9.(18分)某同学对我国探索月球的“嫦娥工程〞很感兴趣。他在网络上查到了以下资料:地球半径为R,地球外表的重力加速度为g,月球外表和地球外表最近距离为L,月球绕地球运动周期为T,月球外表的重力加速度为16(1)请帮他计算,月球的半径和质量为多少?(2)他在确认月球的半径和质量都小于地球的半径和质量后,做出一个判断:月球的卫星无论哪一颗,绕月球做圆周运动的速度都小于7.9km/s。请简要说明他的理由。【解析】(1)月球绕地球运动,设轨道半径为r万有引力提供向心力:GMmr2在地球外表有GMm解得:r=3R月球的半径R月=r-L-R=3R在月球的外表上有:GM月mR解得:M月=g((2)因为月球卫星的速度都小于月球的第一宇宙速度,由v=gR答案:(1)3R2(2)见解析10.(18分)有一颗人造地球卫星,绕地球做匀速圆周运动,卫星与地心的距离为地球半径R0的2倍,卫星圆形轨道平面与地球赤道平面重合。地球外表重力加速度为g,近似认为太阳光是平行光,试估算:(1)卫星做匀速圆周运动的周期。(2)卫星绕地球