2019高考物理二輪復(fù)習(xí)專題一力與運(yùn)動(dòng)第4講萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用突破練

1、第4講萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用限訓(xùn)練通高考科學(xué)設(shè)題拿下高考高分(45分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1(2018北京西城區(qū)高三期末)如圖所示，地球繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，而月球又繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)均可近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)如果要通過(guò)觀測(cè)求得地球的質(zhì)量，需要測(cè)量下列哪些量()A地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的半徑和周期B月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑和周期C地球的半徑和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期D地球的半徑和月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期Mm242r3解析：由萬(wàn)有引力提供向心力可得，Gr2m(T)2r，解得MGT2，要求出地球質(zhì)量，需要知道月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道半徑和周期，選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤答案：B2.(2018安徽合肥高三一模)2018年1月31日天

2、空上演了“月全食血月”“超級(jí)月亮”“藍(lán)月”三景合一的天文奇觀“超級(jí)月亮”看起來(lái)比平常大14%、亮度提高了30%.這是因?yàn)樵虑蜓貦E圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)到近地點(diǎn)的緣故下列說(shuō)法中正確的是()A此時(shí)月球的速度最小B此時(shí)月球的加速度最大C月球由遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，地球?qū)υ虑虻娜f(wàn)有引力做負(fù)功D月球由遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，月球的機(jī)械能減小Mm解析：月球沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)到近地點(diǎn)時(shí)的速度最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由Gr2ma知，在近地點(diǎn)時(shí)月球受到地球的萬(wàn)有引力最大，月球的加速度最大，選項(xiàng)B正確；月球1由遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，地球?qū)υ虑虻娜f(wàn)有引力做正功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；月球沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，只有地球?qū)?/p>

3、月球的萬(wàn)有引力對(duì)月球做功，月球的機(jī)械能守恒，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：B3(2018高考全國(guó)卷)為了探測(cè)引力波，“天琴計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射地球衛(wèi)星P，其軌道半徑約為地球半徑的16倍；另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍P與Q的周期之比約為()A21C81B.41D161解析：由Gr2mrT2知，r3GM，則兩衛(wèi)星T2r3.因?yàn)閞PrQ41，故TPTQ81.23Mm42T242TPrPQQ答案：C4(2018湖南省十三校聯(lián)考)如圖所示，由中山大學(xué)發(fā)起的空間引力波探測(cè)工程“天琴計(jì)劃”于2015年啟動(dòng)，擬采用三顆全同的衛(wèi)星(SC1、SC2、SC3)構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)約為地球半徑27倍的等邊三角形陣列，地球恰好處于三

4、角形中心，衛(wèi)星將在以地球?yàn)橹行?、高度約10萬(wàn)千米的軌道上運(yùn)行，對(duì)一個(gè)周期僅有5.4分鐘的超緊湊雙白矮星系統(tǒng)RXJ0806.31527產(chǎn)生的引力波進(jìn)行探測(cè)若地球近地衛(wèi)星的運(yùn)行周期為T0，則三顆全同衛(wèi)星的運(yùn)行周期最接近()A6T0C60T0B.30T0D140T0解析：設(shè)地球的半徑為R，對(duì)近地衛(wèi)星有GR2mR(T)2，對(duì)三顆全同衛(wèi)星中的某顆衛(wèi)星，Mm20Mm227R有Gr2mr(T)2，由題意知，該衛(wèi)星的軌道半徑r2cos3093R，聯(lián)立解得該衛(wèi)星的周期T(93)3T060T0，選項(xiàng)C正確答案：C25(2018山東濟(jì)南五校聯(lián)考)2016年10月19日凌晨，“神舟一號(hào)”飛船經(jīng)歷5次變軌后與“天宮二號(hào)

5、”目標(biāo)飛行器在距地面km的近圓軌道上，成功進(jìn)行了空間交會(huì)對(duì)接，再次上演“太十393空之吻”下列關(guān)于“天宮二號(hào)”、飛船和航天員的說(shuō)法正確的是()A航天員在“天宮二號(hào)”內(nèi)的“私人睡眠站”中睡覺(jué)時(shí)處于平衡狀態(tài)B由于軌道上有極其稀薄的大氣，若不加干預(yù)，“天宮二號(hào)”的動(dòng)能會(huì)減小C為了實(shí)現(xiàn)對(duì)接，飛船和“天宮二號(hào)”應(yīng)在同一軌道上運(yùn)行，且兩者的速度都應(yīng)大于第一宇宙速度D飛船應(yīng)先在比“天宮二號(hào)”半徑小的軌道上加速逐漸靠近“天宮二號(hào)”，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接解析：航天員在“天宮二號(hào)”內(nèi)的“私人睡眠站”中加速度不為0，處于完全失重狀態(tài)，受力不平衡，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于軌道上有稀薄的大氣，“天宮二號(hào)”的線速度在減小，做近

6、心Mmv2運(yùn)動(dòng)，到了低軌道后，根據(jù)Gr2mr可知，“天宮二號(hào)”的線速度增大，動(dòng)能增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在同一軌道上運(yùn)行時(shí)，二者線速度相等，且都小于第一宇宙速度，不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；飛船在低軌道加速，做離心運(yùn)動(dòng)，兩者速度相等時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)D正確答案：D6(2018河南六市第一次聯(lián)考)隨著地球資源的枯竭和空氣污染(如霧霾)的加重，星球移民也許是最好的解決方案之一美國(guó)NASA于2016年發(fā)現(xiàn)一顆迄今為止與地球最類似的太陽(yáng)系外的行星，與地球的相似度為0.98，并且可能擁有大氣層和流動(dòng)的水，這顆名叫Kepler452b的行星距離地球約1400光年，公轉(zhuǎn)周期約37年，它的半徑大約是地球的1.6倍

7、，重力加速度與地球相近已知地球表面第一宇宙速度為7.9km/s，則下列說(shuō)法正確的是()A飛船在Kepler452b表面附近運(yùn)行時(shí)的速度小于7.9km/sB該行星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1.6倍8C該行星的平均密度約是地球平均密度的5D在地球上發(fā)射航天器到達(dá)該星球，航天器的發(fā)射速度至少要達(dá)到第三宇宙速度解析：設(shè)Kepler425b行星的半徑為R，飛船的質(zhì)量為m，第一宇宙速度為v，由萬(wàn)有引力3Rvv2v定律得，mgm，解得vgR，則K地RKR地1.61，故vK7.9km/s，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；MKRKM3gKRR3MmgR2設(shè)Kepler425b行星的質(zhì)量為M，由萬(wàn)有引力近似等于重力得，GR2mg，解得MG

8、，5M則R22.56，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；行星的密度44RG，則R地8，選項(xiàng)C錯(cuò)地地地K3誤；第三宇宙速度是衛(wèi)星脫離太陽(yáng)引力束縛的發(fā)射速度，由于該行星是太陽(yáng)系以外的行星，因此發(fā)射航天器到達(dá)該星球，航天器的發(fā)射速度至少要達(dá)到第三宇宙速度，選項(xiàng)D正確答案：D7某衛(wèi)星在半徑為r的軌道1上做圓周運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能為E1，變軌到軌道2上后，動(dòng)能比在軌道1上減小了E，在軌道2上也做圓周運(yùn)動(dòng)，則軌道2的半徑為()E1ED.ErA.E1rE1EErC.E1B.ErE1Em，在軌道2上衛(wèi)星的線解析：由題意知在半徑為r的軌道1上，衛(wèi)星的線速度v2E1速度v2(E1E)m，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力有r2mr，得rv22E，所以軌道2

9、的半徑rv2，故A正確A赤道上物體與地球同步衛(wèi)星的線速度之比為v1RB近地衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星的角速度之比為2(R)2GMmv2GMGMm1GM2E1rE1r2(E1E)E1E答案：A8已知地球的半徑為R，地球同步衛(wèi)星離地高度為h，則關(guān)于地球赤道上靜止的物體、地球近地環(huán)繞衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星的有關(guān)物理量，下列說(shuō)法中正確的是()vRh3Rh3C近地衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星的周期之比為TRhT23R()3D赤道上物體與地球同步衛(wèi)星的向心加速度之比為a1(R)2aRh34v3Rha3vRa解析：地球同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，角速度相同，由vr和a2r得1，1Mm3RMmRh，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；對(duì)近地衛(wèi)星GR22m

10、22R，對(duì)地球同步衛(wèi)星G(Rh)22m33(Rh)，兩式比較可得2Mm242(R)3，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；同樣對(duì)近地衛(wèi)星GR2m2T2R，對(duì)3Rh2Mm342Tm3T2(Rh)，兩式比較可得T2(Rh)2()3，選項(xiàng)C正確地球同步衛(wèi)星G33答案：C9.我國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星于2016年8月16日1點(diǎn)40分射量子衛(wèi)星成功運(yùn)行后，我國(guó)將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)系假設(shè)量子衛(wèi)星軌道在赤道平面，如圖所示已知量子衛(wèi)道半徑是地球半徑的m倍，同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑RRh成功發(fā)地面之體星的軌的n倍，D量子衛(wèi)星與P點(diǎn)的速度之比為n3解析：由開(kāi)普勒第三定律有，3同m

11、3，可知同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為圖中P點(diǎn)是地球赤道上一點(diǎn)，由此可知()n3A同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為m31B同步衛(wèi)星與P點(diǎn)的速度之比為nnC量子衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的速度之比為mmR3T2n3同RT2量量n32m3，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，由vrTr可得同Mmv2步衛(wèi)星與P點(diǎn)的速度之比為v同vPn1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由Gr2mr，解得vGMr，v量子衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的速度之比為量v同R同R量nm，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；量子衛(wèi)星與P點(diǎn)的vvvPP速度之比為v量v量v同同答案：D5n3m，選項(xiàng)D正確二、多項(xiàng)選擇題10“神舟十一號(hào)”載人飛船在太空中遨游33天后，于2016年1

12、1月18日載著兩名航天員順利返回地面，任務(wù)取得了完美成功，但其中的驚險(xiǎn)，恐怕沒(méi)幾人知曉飛船在飛行中遇到空間碎片，一旦撞上，后果不堪設(shè)想，為此研究人員準(zhǔn)備了600多個(gè)應(yīng)急故障預(yù)案假設(shè)飛船飛行中發(fā)現(xiàn)前方有一個(gè)空間碎片，為了避開(kāi)航天碎片的撞擊，需要改變運(yùn)行軌道，對(duì)于變軌過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A降低運(yùn)行速度，飛船將逐漸運(yùn)動(dòng)到較高軌道上，定位后，飛船的機(jī)械能增大B降低運(yùn)行速度，飛船將逐漸運(yùn)動(dòng)到較低軌道上，定位后，飛船的機(jī)械能減小C加大運(yùn)行速度，飛船將逐漸運(yùn)動(dòng)到較高軌道上，定位后，飛船的機(jī)械能增大D加大運(yùn)行速度，飛船將逐漸運(yùn)動(dòng)到較低軌道上，定位后，飛船的機(jī)械能減小解析：降低運(yùn)行速度，飛船在原軌道的萬(wàn)有

13、引力大于所需要的向心力，將做近心運(yùn)動(dòng)，飛船逐漸運(yùn)動(dòng)到較低的軌道，飛船降低速度后，在原軌道的動(dòng)能減小，勢(shì)能不變，機(jī)械能減小，之后向低軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能不變，所以定位后，飛船的機(jī)械能減小，故A錯(cuò)誤，B正確；加大運(yùn)行速度，飛船在原軌道的萬(wàn)有引力小于所需要的向心力，飛船將做離心運(yùn)動(dòng)，飛船將逐漸運(yùn)動(dòng)到較高軌道上，飛船加大運(yùn)行速度后，在原軌道的動(dòng)能增大，勢(shì)能不變，機(jī)械能增加，之后向高軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能不變，所以定位后，飛船的機(jī)械能增加，故C正確，D錯(cuò)誤答案：BC11.2018年5月25日21時(shí)46分，探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)繼衛(wèi)星成功實(shí)施近月制動(dòng)，進(jìn)入月球至地月拉格朗日L2軌道當(dāng)“鵲橋”位于拉格朗日點(diǎn)

14、(如圖中的L1、L2、L3、示，人們稱為地月系統(tǒng)拉格朗日點(diǎn))上時(shí)，會(huì)在月球與地“鵲橋”中點(diǎn)的轉(zhuǎn)移L4、L5所球的共同引力作用下，幾乎不消耗燃料而保持與月球同步繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(月球的自轉(zhuǎn)周期等于月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期)()A“鵲橋”位于L2點(diǎn)時(shí)，“鵲橋”繞地球運(yùn)動(dòng)的周期和月球的自轉(zhuǎn)周期相等B“鵲橋”位于L2點(diǎn)時(shí)，“鵲橋”繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度大于月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度CL3和L2到地球中心的距離相等D“鵲橋”在L2點(diǎn)所受月球和地球引力的合力比在其余四個(gè)點(diǎn)都要大6“天舟一號(hào)”的線速度小于第一宇宙速度，B對(duì)；對(duì)“天舟一號(hào)”有Gma，所以a解析：“鵲橋”位于L2點(diǎn)時(shí)，由于“鵲橋”

15、與月球同步繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，所以“鵲橋”繞地球運(yùn)動(dòng)的周期和月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期相等，又月球的自轉(zhuǎn)周期等于月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期，故選項(xiàng)A正確；“鵲橋”位于L2點(diǎn)時(shí)，由于“鵲橋”與月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相42同，“鵲橋”的軌道半徑大，根據(jù)公式aT2r分析可知，“鵲橋”繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度大于月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度，故選項(xiàng)B正確；如果L3和L2到地球中心的距離相等，則“鵲橋”在L2點(diǎn)受到月球與地球引力的合力更大，加速度更大，所以周期更短，故L2到地球中心的距離大于L3到地球中心的距離，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在5個(gè)點(diǎn)中，L2點(diǎn)離地球最遠(yuǎn)，所以在L2點(diǎn)“鵲橋”所受合力最大，故選項(xiàng)D正確答案：ABD12(

16、2017高考江蘇卷)“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船于2017年4月20日在文昌航天發(fā)射中心成功發(fā)射升空與“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接前，“天舟一號(hào)”在距地面約380km的圓軌道上飛行，則其()A角速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度B線速度小于第一宇宙速度C周期小于地球自轉(zhuǎn)周期D向心加速度小于地面的重力加速度解析：由于地球自轉(zhuǎn)的角速度和周期與地球同步衛(wèi)星一致，故“天舟一號(hào)”可與地球同步衛(wèi)星比較，由于“天舟一號(hào)”的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，所以，角速度是“天舟一號(hào)”大，周期是同步衛(wèi)星大，選項(xiàng)A錯(cuò)，C對(duì)；第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，故Mm地(Rh)2向地，而地面重力加速度gG2地，故ag，D對(duì)G向MM地(Rh)

17、2R向地地答案：BCD131798年，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許測(cè)出萬(wàn)有引力常量G，因此卡文迪許被人們稱為能稱出地球質(zhì)量的人若已知萬(wàn)有引力常量G，地球表面處的重力加速度g，地球半徑R，地球上一個(gè)晝夜的時(shí)間T1(地球自轉(zhuǎn)周期)，一年的時(shí)間T2(地球公轉(zhuǎn)周期)，地球中心到月球中心的距離L1，地球中心到太陽(yáng)中心的距離L2.你能計(jì)算出()gR2A地球的質(zhì)量m地G7B太陽(yáng)的質(zhì)量m太42L32GT2C月球的質(zhì)量m月GT21解析：對(duì)地球表面的一個(gè)物體m0來(lái)說(shuō)，應(yīng)有m0gR2，所以地球質(zhì)量mG，選42L31D可求月球、地球及太陽(yáng)的密度Gm地m0gR2地地m地T2L2，則mGT2，選項(xiàng)B正確對(duì)22項(xiàng)A正確對(duì)地球繞太陽(yáng)

18、運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，有Gmm太L24242L32太解析：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，則有Gr2mr，得vGMr，運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，即Gr20m02r0，t，vtr0，聯(lián)立解得地球的質(zhì)月球繞地球運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，能求地球的質(zhì)量，不知道月球的相關(guān)參量及月球的衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)參量，無(wú)法求出它的質(zhì)量和密度，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤答案：AB“142016年8月16日，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空，使我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建了天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系已知“墨子號(hào)”在低于同步衛(wèi)星的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t(t小于其運(yùn)行周期)

19、，墨子號(hào)”運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為s，軌跡圓弧所對(duì)圓心角為(弧度)，引力常量為G，則下列說(shuō)法正確的是()A“墨子號(hào)”的線速度大于地球的第一宇宙速度B“墨子號(hào)”的向心加速度大于地球同步衛(wèi)星的向心加速度2tC“墨子號(hào)”的環(huán)繞周期為s3D“墨子號(hào)”的質(zhì)量為Gt2Mmv2“可知衛(wèi)星的軌道半徑越大，速率越小，第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，故墨子號(hào)”MmM運(yùn)行的速度小于地球的第一宇宙速度，故A錯(cuò)誤；由Gr2ma得，aGr2，則“墨子號(hào)”的向心加速度大于地球同步衛(wèi)星的向心加速度，故B正確；“墨子號(hào)”經(jīng)過(guò)時(shí)間t(t小于其運(yùn)行周期)，運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為s，軌跡圓弧所對(duì)圓心角為(弧度)，則“墨子號(hào)”運(yùn)行的角速度22t為t，則“墨子號(hào)”的環(huán)繞周期為T，故C正確；“墨子號(hào)”繞地球做勻速圓周Mms08Gt2量為M