（高考物理高分突破試題）專題5萬有引力定律（原卷版）

（高考物理高分突破試題）專題5萬有引力定律（原卷版）（高考物理高分突破試題）專題5萬有引力定律（原卷版）/（高考物理高分突破試題）專題5萬有引力定律（原卷版）專題5萬有引力定律一、重力加速度：某星球表面處(即距球心R)：mg＝eq\f(GMm,R2)二、距離該星球表面h處(即距球心R＋h處)：mg′＝Geq\f(Mm,R＋h2)(R為地球半徑,g′為離地面h高度處的重力加速度)三、黃金代換：GM＝gR2(R為地球半徑)2022年11月29日"神舟十五號(hào)”飛船順利發(fā)射,六名中國宇航員完成首次太空交接班.已知核心艙繞地球運(yùn)行近似為勻速圓周運(yùn)動(dòng),離地面距離為400km,做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為90min,向心加速度大小為a1,地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度大小為a2,已知地球半徑為6400km,地球表面的重力加速度為g,下列關(guān)系正確的是()A．a(chǎn)1=1617gBC．a(chǎn)1＝272a2D．a(chǎn)某星球的質(zhì)量是地球的p倍,半徑是地球的q倍.一運(yùn)動(dòng)員在地球上能夠跳起的最大高度為h,假定運(yùn)動(dòng)員在地球上和該星球上起跳的最大初速度相同,則運(yùn)動(dòng)員在該星球上能夠跳起的最大高度為()A．qphB．pqhC．已知在地球赤道上空有一顆運(yùn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同的衛(wèi)星A,對(duì)地球赤道覆蓋的最大張角α＝60°,赤道上有一個(gè)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站B(圖中未畫出).設(shè)地球半徑為R,自轉(zhuǎn)周期為T,地球表面重力加速度為g,那么監(jiān)測(cè)站B能連續(xù)監(jiān)測(cè)到衛(wèi)星A的最長時(shí)間為()A．2π32C．4πT2R(多選)2022年11月30日,我國六名航天員在空間站首次"太空會(huì)師”,向世界展示了中國航天工程的卓越能力.載人空間站繞地運(yùn)動(dòng)可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知空間站距地面高度為h,運(yùn)行周期為T,地球半徑為R.忽略地球自轉(zhuǎn),則()A．空間站的線速度大小為2B．地球的質(zhì)量可表示為4C．地球表面重力加速度為4D．空間站的向心加速度大小為4(多選)人類設(shè)想在赤道平面內(nèi)建造垂直于地面并延伸到太空的電梯,又稱"太空電梯”.宇航員乘坐該電梯可直達(dá)太空站,如圖(a)所示.在圖(b)中,曲線A為地球引力對(duì)宇航員產(chǎn)生的加速度大小a與宇航員距地心的距離r的關(guān)系;直線B為宇航員相對(duì)地面靜止時(shí)的向心加速度大小a與r的關(guān)系.a0、r0、R均為已知量,R為地球半徑,萬有引力常量為G.則下列說法正確的是()A．電梯停在r0處時(shí),宇航員與電梯艙間的彈力不為零B．從地面發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度為aC．隨著r增大,宇航員與電梯艙間的彈力增大D．地球同步衛(wèi)星的周期為4四、同步衛(wèi)星：T＝24小時(shí),h＝5.6R＝36000km,v＝3.1km/s五、人造衛(wèi)星：Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝ma＝meq\f(4π2,T2)r六、對(duì)于空中做圓周運(yùn)動(dòng)m有關(guān).七、①第一宇宙速度v1＝eq\r(\f(GM,R))＝eq\r(gR)＝7.9km/s.,最小發(fā)射速度,也是最大環(huán)繞速度.(月球探測(cè)器發(fā)射速度在v1和v2之間)②第二宇宙速度v2=11.2km/s,超過此值將脫離地球引力.(火星探測(cè)器發(fā)射速度在v2和v3之間)③第三宇宙速度=16.7km/s,超過此值將會(huì)逃逸出太陽系"天問一號(hào)”從地球發(fā)射后,在如圖甲所示的P點(diǎn)沿地火轉(zhuǎn)移軌道到Q點(diǎn),再依次進(jìn)入如圖乙所示的調(diào)相軌道和停泊軌道,則天問一號(hào)()A．發(fā)射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間B．從P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的時(shí)間小于6個(gè)月C．在環(huán)繞火星的停泊軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上小D．在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度均大于地球繞太陽的速度2022年3月,中國空間站"天宮課堂”再次開講,授課期間利用了我國的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸,天地通信始終高效穩(wěn)定.已知空間站在距離地面400公里左右的軌道上運(yùn)行,其運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),中繼衛(wèi)星系統(tǒng)中某衛(wèi)星是距離地面36000公里左右的地球靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星),則該衛(wèi)星()A．授課期間經(jīng)過天津正上空B．加速度大于空間站的加速度C．運(yùn)行周期大于空間站的運(yùn)行周期D．運(yùn)行速度大于地球的第一宇宙速度如圖,已知現(xiàn)在地球的一顆同步通訊衛(wèi)星信號(hào)最多覆蓋地球赤道上的經(jīng)度范圍為2α．假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變大,周期變大后的一顆地球同步通訊衛(wèi)星信號(hào)最多覆蓋的赤道經(jīng)度范圍為2β,則前后兩次同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為()A．cos3βC．cos32設(shè)地球的質(zhì)量為M,平均半徑為R,自轉(zhuǎn)角速度為ω,引力常量為G,則有關(guān)同步衛(wèi)星的說法不正確的是()A．同步衛(wèi)星的軌道與地球的赤道在同一平面內(nèi)B．同步衛(wèi)星的離地高度為h=C．同步衛(wèi)星的離地高度為h=3D．同步衛(wèi)星的角速度為ω,線速度大小為32022年9月1日,神舟十四號(hào)航天員進(jìn)行了第一次太空出艙活動(dòng),完成各項(xiàng)既定任務(wù),整個(gè)活動(dòng)時(shí)間約六小時(shí).設(shè)飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)且離地面的高度為h,地球的半徑為R,地球表面的重力加速度為g.若航天員出艙時(shí)間為t,則t時(shí)間內(nèi)飛船繞地球轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為()A．Rt2π(C．2πth八、行星密度：(1)利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R.由于Geq\f(Mm,R2)＝mg,故天體質(zhì)量M＝eq\f(gR2,G),天體密度ρ＝eq\f(M,V)＝eq\f(M,\f(4,3)πR3)＝eq\f(3g,4πGR).(2)通過觀察衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T和軌道半徑r.①由萬有引力等于向心力,即Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r,得出中心天體質(zhì)量M＝eq\f(4π2r3,GT2);②若已知天體半徑R,則天體的平均密度ρ＝eq\f(M,V)＝eq\f(M,\f(4,3)πR3)＝eq\f(3πr3,GT2R3);③若天體的衛(wèi)星在天體表面附近環(huán)繞天體運(yùn)動(dòng),可認(rèn)為其軌道半徑r等于天體半徑R,則天體密度ρ＝eq\f(3π,GT2).可見,只要測(cè)出衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運(yùn)動(dòng)的周期T,就可估算出中心天體的密度．在天文學(xué)領(lǐng)域有一名詞叫洛希極限,它是一個(gè)距離,當(dāng)質(zhì)量分布均勻的兩球形天體M和m(M＞m)的球心間的距離小于這個(gè)距離時(shí),m會(huì)解體分散.若M的半徑為R,M和m的平均密度分別為ρM和ρm,忽略天體可能的形變,理論上洛希極限d＝1.26R(ρMρm)13.已知太陽和地球的半徑之比約為100,太陽和地球間的距離約為地球和月球間距離的400倍,粗略計(jì)算取月球的平均密度等于地球的平均密度,根據(jù)以上內(nèi)容和日常的天文學(xué)知識(shí),A．200B．160C．120D．80黑洞是一種密度極大、體積極小的天體,引力大到光都無法逃脫其"魔掌”,所以黑洞無法直接被觀測(cè),但可以通過觀測(cè)繞其運(yùn)動(dòng)的恒星,大致推測(cè)出黑洞的質(zhì)量.觀察發(fā)現(xiàn),某恒星繞銀河系中心黑洞人馬座A*的周期為n年,此恒星到人馬座A*的平均距離為mA.U.(地球到太陽的平均距離為1A.U.),不考慮相對(duì)論效應(yīng),則人馬座A*的質(zhì)量與太陽質(zhì)量的比值為()A．m3n2B．m2n3天體物理學(xué)中,通常利用觀測(cè)到的環(huán)繞星的運(yùn)動(dòng)學(xué)量來推知中心星的質(zhì)量.一行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng),由天文觀測(cè)可得,其運(yùn)行周期為T,速度為v,引力常量為G,則恒星的質(zhì)量為()A．v3T2C．2πv2宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),它的軌道距地心的距離等于地球半徑的k倍,它的運(yùn)動(dòng)周期為T,引力常量為G,則地球的平均密度ρ的表達(dá)式為()A．ρ=3πC．ρ=3π2022年7月18日網(wǎng)易科技消息,阿聯(lián)酋宣布將設(shè)立總額約30億迪拉姆(約合8.2億美元)的專項(xiàng)基金,用于開發(fā)衛(wèi)星并資助太空計(jì)劃.計(jì)劃將在三年內(nèi)首次發(fā)射衛(wèi)星并探索金星.金星是太陽系的八大行星中的第二顆行星,在中國古代稱為太白、長庚或大囂.如果金星的公轉(zhuǎn)周期為T,自轉(zhuǎn)周期為T′,半徑為R,金星到太陽的距離為r,引力常量為G,則()A．金星質(zhì)量為4π2RC．太陽質(zhì)量為4π2r九、衛(wèi)星變軌時(shí)根據(jù)其"向心運(yùn)動(dòng)”還是"離心運(yùn)動(dòng)”來判斷速度變化：十、對(duì)于橢圓軌道,可以結(jié)合開普勒第三定律a3/T2=k求出周期.航天飛機(jī)在完成對(duì)空間站的維修任務(wù)后,在A點(diǎn)短時(shí)間開動(dòng)小型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行變軌,從圓形軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓道Ⅱ,B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn),如圖所示.下列說法中正確的有()A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的機(jī)械能大于經(jīng)過B的機(jī)械能B．在A點(diǎn)短時(shí)間開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使航天飛機(jī)減速C．在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周期等于在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度北京時(shí)間2022年11月29日23：08,航天員費(fèi)俊龍、鄧清明、張陸搭乘"神舟十五號(hào)”載人飛船前往中國"T”字基本構(gòu)型空間站(如題圖所示),于11月30日07：33打開艙門入駐.空間站內(nèi)航天員一天可以觀測(cè)到16次日出,空間站繞地球運(yùn)行的軌道近似為圓軌道,下列說法正確的是()A．空間站定點(diǎn)于我國上空某高度處,相對(duì)地面靜止B．空間站內(nèi)航天員不受地球引力作用而處于失重狀態(tài)C．空間站與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑之比約為1：16D．"神舟十五號(hào)”載人飛船由低軌道加速,與高軌道的空間站完成對(duì)接后,飛船的動(dòng)能比之前處于低軌道時(shí)要小2021年2月,天問一號(hào)火星探測(cè)器被火星捕獲,經(jīng)過一系列變軌后從"調(diào)相軌道”進(jìn)入"停泊軌道”,為著陸火星做準(zhǔn)備.如圖所示,陰影部分為探測(cè)器在不同軌道上繞火星運(yùn)行時(shí)與火星的連線每秒掃過的面積,下列說法正確的是()A．圖中兩陰影部分的面積相等B．從"調(diào)相軌道”進(jìn)入"停泊軌道”探測(cè)器機(jī)械能變小C．從"調(diào)相軌道”進(jìn)入"停泊軌道”探測(cè)器周期變大D．探測(cè)器在P點(diǎn)的加速度小于在N點(diǎn)的加速度我國一箭多星技術(shù)居世界前列,一箭多星是用一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù).某兩顆衛(wèi)星釋放過程簡(jiǎn)化為如圖所示,火箭運(yùn)行至P點(diǎn)時(shí),同時(shí)將A、B兩顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道.A衛(wèi)星進(jìn)入軌道1做圓周運(yùn)動(dòng),B衛(wèi)星進(jìn)入軌道2沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng),P點(diǎn)為橢圓軌道的近地點(diǎn),Q點(diǎn)為遠(yuǎn)地點(diǎn),B衛(wèi)星在Q點(diǎn)噴氣變軌到軌道3,之后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng).下列說法正確的是()A．A衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度大于B衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度B．A衛(wèi)星在軌道1的速度小于B衛(wèi)星在軌道3的速度C．B衛(wèi)星從軌道2上Q點(diǎn)變軌進(jìn)入軌道3時(shí)需要噴氣減速D．B衛(wèi)星沿軌道2從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)過程中引力做負(fù)功如圖,衛(wèi)星在P點(diǎn)由橢圓軌道Ⅱ變軌到近橢圓形軌道Ⅰ(可認(rèn)為半徑等于火星半徑R).已知橢圓軌道Ⅱ上的遠(yuǎn)火點(diǎn)Q到火星表面高度為6R,火星表面重力加速度為g0,引力常量為G,下列說法錯(cuò)誤的是()A．火星的平均密度為3B．衛(wèi)星在軌道Ⅱ上由Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)所用時(shí)間為16C．衛(wèi)星在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)時(shí)的速度小于gD．衛(wèi)星在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于在軌道Ⅰ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度十一、均勻球體內(nèi)部的萬有引力與物體到球心的距離成正比,此時(shí)萬有引力做功可以用圖象求解.某人造地球衛(wèi)星繞地球的公轉(zhuǎn)軌道是個(gè)橢圓,公轉(zhuǎn)周期為T0,質(zhì)量為m,其近地點(diǎn)A到地球中心的距離為a,遠(yuǎn)地點(diǎn)C到地球中心的距離為b.A、C兩點(diǎn)的曲率半徑均為ka(通過該點(diǎn)和曲線上緊鄰該點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓,在極限情況下,這個(gè)圓就叫作該點(diǎn)的曲率圓,其半徑叫作該點(diǎn)的曲率半徑),如圖所示.若地球的質(zhì)量為M,引力常量為G,忽略其他衛(wèi)星對(duì)它的影響,則以下說法正確的是()A．衛(wèi)星從B→A所用的時(shí)間等于TB．衛(wèi)星從A→D→C運(yùn)行的過程中,萬有引力對(duì)它做的功為12GkMm(aC．衛(wèi)星運(yùn)行過程中機(jī)械能守恒,最大速率與最小速率之比為aD．若要使衛(wèi)星到近地圓形軌道上運(yùn)行,可以在C點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)制動(dòng)(多選)火星和土星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道均為橢圓.設(shè)火星的近日點(diǎn)到太陽的距離為a,遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽的距離為b,火星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期為T1,質(zhì)量為m1;土星的近日點(diǎn)到太陽的距離為c,遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽的距離為d,土星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期為T2,質(zhì)量為m2.太陽的質(zhì)量為M,萬有引力常量為G.下列說法中正確的是()A．火星與太陽的連線在時(shí)間t內(nèi)掃過的面積等于土星與太陽的連線在時(shí)間t內(nèi)掃過的面積B．TC．火星在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)受到太陽對(duì)它的萬有引力之比為aD．土星從近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)日點(diǎn)的過程中,克服太陽引力做的功大于12GMm2(1(多選)某人造地球衛(wèi)星繞地球的公轉(zhuǎn)軌道是個(gè)橢圓,公轉(zhuǎn)周期為T0,質(zhì)量為m,其近地點(diǎn)A到地球中心的距離為a,遠(yuǎn)地點(diǎn)C到地球中心的距離為b.A、C兩點(diǎn)的曲率半徑均為ka(通過該點(diǎn)和曲線上緊鄰該點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓,在極限情況下,這個(gè)圓就叫作該點(diǎn)的曲率圓,其半徑叫作該點(diǎn)的曲率半徑),如圖所示.若地球的質(zhì)量為M,引力常量為G,忽略其他衛(wèi)星對(duì)它的影響,則以下說法正確的是()A．衛(wèi)星從B→A所用的時(shí)間等于TB．衛(wèi)星從A→D→C運(yùn)行的過程中,萬有引力對(duì)它做的功為1C．衛(wèi)星運(yùn)行過程中機(jī)械能守恒,最大速率與最小速率之比為bD．若要使衛(wèi)星到近地圓形軌道上運(yùn)行,可以在C點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)制動(dòng)十二、衛(wèi)星的追及相遇問題2022年12月8日,地球恰好運(yùn)行到火星和太陽之間,且三者幾乎排成一條直線,此現(xiàn)象被稱為"火星沖日”.火星和地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng),火星與地球的公轉(zhuǎn)軌道半徑之比約為3：2,如圖所示.根據(jù)以上信息可以得出()A．火星與地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期之比約為27：8B．當(dāng)火星與地球相距最遠(yuǎn)時(shí),兩者的相對(duì)速度最大C．火星與地球表面的自由落體加速度大小之比約為9：4D．下一次"火星沖日”將出現(xiàn)在2023年12月8日之前如圖所示,三顆衛(wèi)星a、b、c繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其中b、c在地球的同步軌道上,a距離地球表面的高度為R,此時(shí)a、b恰好相距最近.已知地球質(zhì)量為M、半徑為R、地球自轉(zhuǎn)的角速度為ω．萬有引力常量為G,則()A．衛(wèi)星a和b下一次相距最近還需經(jīng)過t=B．衛(wèi)星c的機(jī)械能等于衛(wèi)星b的機(jī)械能C．若要衛(wèi)星c與b實(shí)現(xiàn)對(duì)接,可讓衛(wèi)星c加速D．發(fā)射衛(wèi)星b時(shí)速度要大于11.2km/s十三、雙星問題廈門大學(xué)天文學(xué)系顧為民教授團(tuán)隊(duì)利用我國郭守敬望遠(yuǎn)鏡積累的海量恒星光譜,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)處于寧靜態(tài)的中子星與紅矮星組成的雙星系統(tǒng),質(zhì)量比約為2：1,同時(shí)繞它們連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng),研究成果于2022年9月22日發(fā)表在《自然天文》期刊上.則此中子星繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的()A．線速度小于紅矮星的線速度B．角速度大于紅矮星的角速度C．軌道半徑大于紅矮星的軌道半徑D．向心力大小約為紅矮星的2倍宇宙中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng),可忽略其他星體對(duì)三星系統(tǒng)的影響.穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本形式：一種是三顆星位于同一直線上,兩顆星圍繞中央星在同一半徑為R的軌道上運(yùn)行,如圖甲所示,周期為T1;另一種是三顆星位于邊長為R的