2023屆高三物理二輪復習專題一力與運動第4講力和天體運動逐題對點特訓

專題1第4講力和天體運動1．(2023·內(nèi)蒙古局部學校聯(lián)考)一質(zhì)量為m的物體分別靜置在北極與赤道時，物體對地面的壓力差為ΔN，假設(shè)地球是質(zhì)量分布均勻的球體，半徑為R.那么地球的自轉(zhuǎn)周期為(A)A．2πeq\r(\f(mR,ΔN)) B．2πeq\r(\f(ΔN,mR))C．2πeq\r(\f(mΔN,R)) D．2πeq\r(\f(R,mΔN))解析由于地球的自轉(zhuǎn)，所以在兩極有eq\f(GMm,R2)＝G極，在赤道有eq\f(GMm,R2)＝G赤＋meq\f(4π2,T2)R，又因為重力大小等于物體對地面的壓力大小，所以ΔN＝G極－G赤＝meq\f(4π2,T2)R，那么T＝2πeq\r(\f(mR,ΔN))，選項A正確．2．(2023·貴州貴陽檢測)2016年10月19日凌晨，“神舟十一號〞飛船經(jīng)歷5次變軌后與“天宮二號〞目標飛行器在距地面393km的近圓軌道上，成功進行了空間交會對接，再次上演“太空之吻〞，以下關(guān)于“天宮二號〞、飛船和航天員的說法正確的選項是(D)A．航天員在“天宮二號〞內(nèi)的“私人睡眠站〞中睡覺時處于平衡狀態(tài)B．由于軌道上有極其稀薄的大氣，假設(shè)不加干預，“天宮二號〞的動能會減小C．為了實現(xiàn)對接，飛船和“天宮二號〞應在同一軌道上運行，且兩者的速度都應大于第一宇宙速度D．飛船應先在比“天宮二號〞半徑小的軌道上加速逐漸靠近“天宮二號〞，兩者速度接近時實現(xiàn)對接解析宇航員在“天宮二號〞內(nèi)，萬有引力提供其做圓周運動的向心力，因此應處于完全失重狀態(tài)，選項A錯誤；如果不加干預，由于稀薄大氣的作用，“天宮二號〞受到阻力速度減小而做向心運動，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，顯然“天宮二號〞的軌道半徑減小，線速度增大，動能應增大，選項B錯誤；為了完成對接，“神舟十一號〞應從比“天宮二號〞略低的軌道上加速，且二者的運行速度均小于第一宇宙速度，選項C錯誤，D正確．3．(2023·河南洛陽統(tǒng)考)神舟十一號飛船經(jīng)歷屢次變軌，到達與天宮二號距離地面393公里高的相同軌道，終于與天宮二號自動交會對接成功．地球同步衛(wèi)星即地球同步軌道衛(wèi)星，又稱對地靜止衛(wèi)星，是運行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，衛(wèi)星距離地球外表的高度約為36000km，運行周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間相等，即23時56分4秒．探空火箭在3000km高空仍發(fā)現(xiàn)有稀薄大氣．由以上信息可知(A)A．神舟十一號飛船變軌前發(fā)動機點火瞬間，飛船速度的變化量小于其所噴出氣體速度的變化量B．神舟十一號飛船在點火后的變軌過程中機械能守恒C．僅由題中量可以求出天宮二號在對接軌道的公轉(zhuǎn)周期D．神舟十一號飛船在返回地球的過程中速率在逐漸減小解析神舟十一號飛船變軌前發(fā)動機點火瞬間，根據(jù)動量定理，飛船動量的變化量與所噴出氣體動量的變化量大小相等，由于飛船質(zhì)量大于所噴出氣體的質(zhì)量，所以飛船速度變化量小于其所噴出氣體速度的變化量，選項A正確；神舟十一號飛船在點火后的變軌過程中，發(fā)動機做功使飛船的機械能增大，選項B錯誤；由于題中沒有給出地球半徑，不能得出天宮二號的軌道半徑和同步衛(wèi)星運動的軌道半徑，不能求出天宮二號在對接軌道的公轉(zhuǎn)周期，選項C錯誤；神舟十一號飛船在返回地球的過程中由于重力做功，速率在逐漸增大，選項D錯誤．4．(2023·黑龍江五校聯(lián)考)如下圖，A為近地氣象衛(wèi)星，B為遠地通訊衛(wèi)星，假設(shè)它們都繞地球做勻速圓周運動．地球半徑為R，衛(wèi)星A距地面高度可忽略不計，衛(wèi)星B距地面高度為h，不計衛(wèi)星間的相互作用力．那么以下說法正確的選項是(D)A．假設(shè)兩衛(wèi)星質(zhì)量相等，發(fā)射衛(wèi)星B需要的能量少B．衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運行周期之比為eq\f(R3,R＋h3)C．衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運行的加速度大小之比為eq\f(R＋h,R)D．衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運行速度大小之比為eq\r(\f(R＋h,R))解析雖然衛(wèi)星B的速度小于衛(wèi)星A的速度，但衛(wèi)星B的軌道比衛(wèi)星A的高，所具有的引力勢能大，所以發(fā)射衛(wèi)星B需要的能量大，選項A錯誤；根據(jù)開普勒第三定律可知，所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運行周期之比為eq\r(\f(R3,R＋h3))，那么選項B錯誤；由eq\f(GMm,r2)＝ma，那么a＝eq\f(GM,r2)，所以衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運行的加速度大小之比為eq\f(R＋h2,R2)，選項C錯誤；由eq\f(GMm,r2)＝eq\f(mv2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運行速度大小之比為eq\r(\f(R＋h,R))，所以選項D正確．5．(2023·云南七校聯(lián)考)(多項選擇)嫦娥五號探測器將由長征五號運載火箭在中國文昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空．如果嫦娥五號經(jīng)過假設(shè)干次軌道調(diào)整后，先在距離月球外表h的高度處繞月球做勻速圓周運動，然后開啟反沖發(fā)動機，嫦娥五號著陸器暫時處于懸停狀態(tài)，最后實現(xiàn)軟著陸，自動完成月面樣品采集，并從月球起飛，返回地球．月球的半徑為R且小于地球的半徑，月球外表的重力加速度為g0且小于地球外表的重力加速度，引力常量為G.不考慮月球的自轉(zhuǎn)，那么以下說法正確的選項是(BD)A．嫦娥五號探測器繞月球做勻速圓周運動的速度可能大于地球的第一宇宙速度B．月球的平均密度ρ＝eq\f(3g0,4πGR)C．嫦娥五號探測器在繞月球做勻速圓周運動的t時間內(nèi)，繞月球運轉(zhuǎn)圈數(shù)n＝eq\f(tR,2πR＋h)eq\r(\f(R＋h,g0))D．根據(jù)題給數(shù)據(jù)可求出月球的第一宇宙速度解析設(shè)月球的質(zhì)量為M，對于在月球外表處質(zhì)量為m0的物體有m0g0＝Geq\f(Mm0,R2)，又因為ρ＝eq\f(M,\f(4,3)πR3)；所以ρ＝eq\f(3g0,4πGR)，選項B正確；嫦娥五號探測器在圓軌道上運動時，有Geq\f(Mm,R＋h2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)2))(R＋h)，解得T＝eq\f(2πR＋h,R)eq\r(\f(R＋h,g0))，故繞月球運轉(zhuǎn)圈數(shù)n＝eq\f(t,T)＝eq\f(tR,2πR＋h)eq\r(\f(g0,R＋h))，選項C錯誤；根據(jù)m′g0＝m′eq\f(v2,R)，得月球的第一宇宙速度v＝eq\r(g0R)，選項D正確；因為月球的半徑小于地球的半徑，月球外表的重力加速度小于地球外表的重力加速度，所以月球的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，故嫦娥五號探測器繞月球做勻速圓周運動的速度小于地球的第一宇宙速度，選項A錯誤．6．(2023·廣西模擬)2016年10月17日“神舟十一號〞載人飛船發(fā)射成功，飛船入軌后經(jīng)過約2天的獨立飛行完成與“天宮二號〞的對接．如下圖，“天宮二號〞處于離地面高h＝393km的圓軌道A上，“神舟十一號〞處于圓軌道B上．“神舟十一號〞在位置1點火后沿軌道C運動到位置2，然后沿軌道A運動，通過調(diào)整自己與前方的“天宮二號〞的相對距離和姿態(tài)，最終對接．地球半徑為R＝6371km，引力常量為G＝6.67×10－11N·m2/kg2，地球質(zhì)量為M＝6.0×1024A．“天宮二號〞在軌道A上的運行周期比“神舟十一號〞在軌道B上的運行周期小B．“天宮二號〞在軌道A上的加速度比“神舟十一號〞在軌道B上的加速度大C．“天宮二號〞在軌道A上的運行速率約為7.7km/sD．“神舟十一號〞在位置2時的機械能小于在位置1時的機械能解析由eq\f(GMm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r，得T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，可知半徑越大，周期越大，選項A錯誤．由eq\f(GMm,r2)＝ma，得加速度a＝eq\f(GM,r2)，半徑越大，加速度越大，選項B錯誤．由eq\f(GMm0,R＋h2)＝m0eq\f(v2,R＋h)，得v＝eq\f(GM,R＋h)＝7.7km/s，選項C正確．“神舟十一號〞在軌道C上運動時，由于點火加速，故其機械能增加，選項D錯誤．7．(2023·安徽重點中學聯(lián)考)我國第一顆繞月探測衛(wèi)星“嫦娥一號〞從A點進入地月轉(zhuǎn)移軌道段后，關(guān)閉發(fā)動機，在萬有引力作用下，通過P點時受到地球和月球的萬有引力的合力為零，“嫦娥一號〞到達月球附近后在B點重新啟動發(fā)動機進入環(huán)月軌道段，忽略空氣阻力，那么以下說法正確的選項是(C)A．“嫦娥一號〞在A點進入地月轉(zhuǎn)移軌道前要向前噴氣減速B．“嫦娥一號〞到達B點后需加速才能進入環(huán)月軌道C．“嫦娥一號〞運動到P點時速度最小D．“嫦娥一號〞從A點(不含A點)運動到B點(不含B點)的過程中機械能不守恒解析“嫦娥一號〞在A點變軌做離心運動，故要向后噴氣加速，選項A錯誤；“嫦娥一號〞在B點由高軌道進入低軌道做勻速圓周運動，由于在PB段月球的引力做正功，故速度較大，所需的向心力大于萬有引力提供的向心力，故要進入穩(wěn)定的圓軌道，需要先減速，選項B錯誤；在AP段地球的引力做負功，故“嫦娥一號〞速度一直減小，在PB段月球的引力做正功，故速度增大，因此在P點時的速度最小，選項C正確；忽略空氣阻力，從A點運動到B點的過程中關(guān)閉發(fā)動機，那么全過程中只有萬有引力做功，那么機械能是守恒的，選項D錯誤．8．(2023·廣東百校聯(lián)考)2016年10月17日，“神舟十一號〞飛船載著航天員景海鵬、陳冬發(fā)射升空，準備與“天宮二號〞空間實驗室對接．對接從接觸開始，經(jīng)過捕獲、緩沖、校正、拉回等技術(shù)動作，實現(xiàn)剛性連接，形成組合體．對接前，“天宮二號〞、“神舟十一號〞飛船的高度均約393千米，二者相距一定的距離均做勻速圓周運動，繞地球轉(zhuǎn)一圈的時間為T＝90分鐘．地球半徑R為6400千米，引力常量G．那么以下說法正確的選項是(C)A．“天宮二號〞的運行速度大于第一宇宙速度B．假設(shè)在“天宮二號〞太空艙中無初速度釋放一小球，小球?qū)⒆鲎杂陕潴w運動C．根據(jù)以上數(shù)據(jù)可求出地球質(zhì)量MD．增加“神舟十一號〞的動能，才能實現(xiàn)與“天宮二號〞的對接解析根據(jù)萬有引力提供向心力知Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，可得v＝eq\r(\f(GM,r))，由于“天宮二號〞的軌道半徑大于地球半徑，故運行速度小于第一宇宙速度，選項A錯誤；在“天宮二號〞太空艙無初速度釋放小球，小球?qū)⒁廊幌鄬μ张撿o止，同“天宮二號〞一起繞地球做勻速圓周運動，選項B錯誤；對“天宮二號〞有Geq\f(Mm,R＋h2)＝meq\f(4π2,T2)(R＋h)，故能求出地球質(zhì)量M、選項C正確；增加“神舟十一號〞的能動，即速度增大，“神舟十一號〞將變軌到更高軌道，選項D錯誤．9．(2023·廣東深圳二調(diào))(多項選擇)兩顆相距足夠遠的行星a、b，半徑均為R0，兩行星各自周圍衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)速度的平方v2與公轉(zhuǎn)半徑的倒數(shù)eq\f(1,r)的關(guān)系圖象如下圖，那么關(guān)于兩顆行星及它們的衛(wèi)星的描述，正確的選項是(AB)A．行星a的質(zhì)量較大B．行星a的第一宇宙速度較大C．取相同公轉(zhuǎn)半徑，行星a的衛(wèi)星向心速度較小D．取相同公轉(zhuǎn)速度，行星a的衛(wèi)星周期較小解析根據(jù)Geq\f(Mm,R\o\al(2,0))＝meq\f(v2,R0)和Geq\f(Mm,R\o\al(2,0))＝mg，得行星的第一宇宙速度v＝eq\r(\f(GM,R0))＝eq\r(gR0)，由圖示知va>vb，Ma>Mb，選項A、B正確；由a＝eq\f(GM,r2)得，公轉(zhuǎn)半徑r相同時，行星a的衛(wèi)星向心加速度較大，選項C錯誤；由圖示知兩行星的衛(wèi)星公轉(zhuǎn)速度相同時，公轉(zhuǎn)半徑ra>rb，由v＝eq\f(2πr,T)得，行星a的衛(wèi)星周期較大，選項D錯誤．10．(2023·湖北黃岡模擬)科學家新發(fā)現(xiàn)一未知的小行星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道均可視為圓．該行星每隔一定的時間會運動到日地連線的延長線上，如下圖．該行星繞太陽運行的半徑是地球繞太陽運行半徑的4倍，某時刻該行星運行到太陽和地球連線的延長線上，從此刻開始，行星再次運行到太陽和地球連線的延長線上的最短時間(以年為單位)為(C)A．1 B．8C．eq\f(8,7) D．eq\f(7,8)解析由開普勒第三定律eq\f(r\o\al(3,1),T\o\al(2,1))＝eq\f(r\o\al(3,2),T\o\al(2,2))和r1∶r2＝1∶4，可得行星的周期T2＝8T1＝8年，設(shè)該行星經(jīng)過n年再次運行到太陽和地球連線的延長線上，地球比行星多運行了一圈，有eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T1)－\f(2π,T2)))n＝2π，解得n＝eq\f(8,7)，選項C正確．11．(2023·安徽江淮十校聯(lián)考三)根據(jù)道我國將于2023發(fā)射“嫦娥四號〞飛船，實現(xiàn)人類首次月球反面著陸．“嫦娥四號〞著陸后，為了保證通信，需要向“地月拉格朗日點〞另發(fā)射一顆“中繼衛(wèi)星〞，如下圖．“地月拉格朗日點〞位于地球和月球連線的延長線上，在該點“中繼衛(wèi)星〞與月球同步一起繞地球做圓周運動．假設(shè)地球和月球的距離為月球和“中繼衛(wèi)星〞距離的k倍，那么以下說法正確的選項是(B)A．“中繼衛(wèi)星〞的向心力由月球的引力提供B．“中繼衛(wèi)星〞的向心力由地球和月球引力的合力提供C．地、月質(zhì)量之比為eq\f(k＋12k2,k＋12－k2)D．地、月質(zhì)量之比為eq\f(k＋12k3,k＋12－k3)解析中繼衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，它分別受地球和月球?qū)λ娜f有引力作用，所以中繼衛(wèi)星的向心力由地球和月球引力的合力提供，選項A錯誤，B正確；設(shè)地月距離為r1，月球到中繼衛(wèi)星的距離為r2，月球、中繼衛(wèi)星繞地球的周期為T，根據(jù)牛頓運動定律有eq\f(GM地M月,r\o\al(2,1))＝M月eq\f(4π2,T2)r1，eq\f(GM地m,r1＋r22)＋eq\f(GM月m,r\o\al(2,2))＝meq\f(4π2,T2)(r1＋r2)，r1＝kr2，解得eq\f(M地,M月)＝eq\f(k＋12k3,k＋13－k3)，選項C、D錯誤．12．(2023·廣州綜合測試一)(多項選擇)假設(shè)地球同步衛(wèi)星繞地球運行的軌道半徑為地球半徑的6.6倍，地球赤道平面與地球公轉(zhuǎn)平面共面．站在地球赤道某地的人，日落后4小時的時候，在自己頭頂正上方觀察到一顆恰好被陽光照亮的人造地球衛(wèi)星，假設(shè)該衛(wèi)星在赤道所在平面內(nèi)做勻速圓周運動．那么此人造衛(wèi)星(ABD)A．距地面高度等于地球半徑B．繞地球運行的周期約為4小時C．繞地球運行的角速度與同步衛(wèi)星繞地球運行的角速度相同D．繞地球運行的速率約為同步衛(wèi)星繞地球運行速率的1.8倍解析如下圖，太陽光可認為是平行光，O是地心，人開始在A點，這時剛好日落，因為24小時地球轉(zhuǎn)一圈，所以經(jīng)過4小時，地球轉(zhuǎn)了60°，即∠AOC＝60°，此時人已經(jīng)到了B點，衛(wèi)星在人的正上方C點，太陽光正好能照到衛(wèi)星，設(shè)地球的半徑為R，由幾何知識知，衛(wèi)星的軌道半徑為OC＝2OA＝2R，那么衛(wèi)星離地面的高度h＝OC－R＝R，選項A正確；設(shè)衛(wèi)星繞地球運行的周期為T1、角速度為ω1、線速度大小為v1，同步衛(wèi)星繞地球運行的周斯為T2＝24小時、角速度為ω2、線速度大小為v2，衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供，根據(jù)萬有引力定律得Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2r,T2)，解得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，那么eq\f(T1,T2)＝eq\r(\f(r\o\al(3,1),r\o\al(3,2)))，解得T1＝T2eq\r(\f(r\o\al(2,1),r\o\al(3,2)))＝24h×eq\r(\f(2R3,6.6R3))≈4h，選項B正確；根據(jù)萬有引力定律得Geq\f(Mm,r2)＝mω2r，解得ω＝eq\r(\f(GM,r3))，因為人造衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的半徑不同，故兩衛(wèi)星繞地球運行的角速度不同，選項C錯誤；根據(jù)萬有引力定律得，Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，解得v＝eq\r(\f(GM,r))，那么eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(r2,r1))＝eq\r(\f(6.6R,2R))≈1.8，選項D正確．13．(2023·安徽合肥模擬)(多項選擇)宇宙空間有一種由三顆星體A、B、C組成的三星體系：它們分別位于等邊三角形ABC的三個頂點上，繞一個固定且共同的圓心O做勻速圓周運動，軌道如圖中實線所示，其軌道半徑rA＜rB＜rC.忽略其他星體對它們的作用，可知這三顆星體(AC)A．線速度大小關(guān)系是vA＜vB＜vCB．加速度大小關(guān)系是aA＞aB＞aCC．質(zhì)量大小關(guān)系是mA＞mB＞mCD．所受萬有引力合力的大小關(guān)系是FA＝FB＝FC解析星體A、B、C的角速度是相同的，所以半徑越