2018年高考物理二輪復(fù)習(xí)第五章萬有引力定律和航天專題5.7航天和宇宙探測.docx

專題5.7 航天和宇宙探測一選擇題1.（2018成都一診）2016年8月16日，我國成功發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，該衛(wèi)星的發(fā)射將使我國在國際上率先實(shí)現(xiàn)高速量子通信，初步構(gòu)建量子通信網(wǎng)絡(luò)。“墨子號”衛(wèi)星的質(zhì)量為m（約64okg），運(yùn)行在高度為h（約500km）的極地軌道上，假定該衛(wèi)星的軌道是圓，地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R。則關(guān)于運(yùn)行在軌道上的該衛(wèi)星，下列說法正確的是A運(yùn)行的速度大小為B運(yùn)行的向心加速度大小為gC運(yùn)行的周期為2D運(yùn)行的動(dòng)能為【參考答案】D【命題意圖】本題考查萬有引力定律、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能及其相關(guān)的知識點(diǎn)。【名師解析】由萬有引力等于向心力，G=m，在地球表面，萬有引力等于重力，G=mg，聯(lián)立解得衛(wèi)星運(yùn)行的速度：v=，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律，由萬有引力等于向心力，G=ma，G=mg，聯(lián)立解得向心加速度a=，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由萬有引力等于向心力，G=m(R+h)()2，在地球表面，萬有引力等于重力，G=mg，聯(lián)立解得衛(wèi)星運(yùn)行的周期：T=2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；衛(wèi)星運(yùn)行的動(dòng)能Ek=mv2=，選項(xiàng)D正確。2（2018江西贛中南五校聯(lián)考）如圖所示，a、b 兩顆人造地球衛(wèi)星分別在半徑不同的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是A.a 的周期小于 b 的周期B.a 的動(dòng)能大于 b 的動(dòng)能C.a 的勢能小于 b的勢能D.a 的加速度大于 b 的加速度【參考答案】.AD【命題意圖】本題考查萬有引力定律、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)及其相關(guān)的知識點(diǎn)，意在考查學(xué)生對人造衛(wèi)星的加速度、周期和軌道的關(guān)系理解和運(yùn)用相關(guān)知識解決實(shí)際問題的能力?！久麕熃馕觥康厍?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力即：G=ma=mr ,解得：T=2.。由于衛(wèi)星a的軌道半徑較小，所以a 的周期小于 b 的周期，選項(xiàng)A正確；由G=ma可知，a 的加速度大于 b 的加速度，選項(xiàng)D正確。3（2018江蘇淮安宿遷質(zhì)檢）2017年4月,我國第一艘貨運(yùn)飛船天舟一號順利升空，隨后與天宮二號交會對接假設(shè)天舟一號從B點(diǎn)發(fā)射經(jīng)過橢圓軌道運(yùn)動(dòng)到天宮二號的圓軌道上完成交會，如圖所示已知天宮二號的軌道半徑為r，天舟一號沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的周期為T，A、B兩點(diǎn)分別為橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)和近地點(diǎn)，地球半徑為R，引力常量為G則 A天宮二號的運(yùn)行速度小于7.9km/sB天舟一號的發(fā)射速度大于11.2km/sC根據(jù)題中信息可以求出地球的質(zhì)量D天舟一號在A點(diǎn)的速度大于天宮二號的運(yùn)行速度【參考答案】AC4.（2018南寧高三摸底考試）中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)軌系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。預(yù)計(jì)2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將形成全球覆蓋能力。如圖所示是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運(yùn)動(dòng)，a是地球同步衛(wèi)星，則()A衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度B衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度C衛(wèi)星a的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度D衛(wèi)星b的周期等于24 h【參考答案】AD【命題意圖】本題考查萬有引力定律和衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)、第一宇宙速度及其相關(guān)的知識點(diǎn)。所以衛(wèi)星a的向心加速度等于b的向心加速度，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由G=m可得線速度與半徑的關(guān)系：v=，軌道半徑r越大，速率v越小。而第一宇宙速度為軌道半徑等于地球半徑是環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星速度，所以衛(wèi)星a的運(yùn)行速度一定小于第一宇宙速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由G=mr()2，可得周期T=2，而衛(wèi)星a的軌道半徑與衛(wèi)星b的軌道半徑相等，所以衛(wèi)星b的周期等于同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期，即等于地球自轉(zhuǎn)周期24h，選項(xiàng)D正確。5.（2018天星金考卷）目前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn)轉(zhuǎn)，其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓，且軌道半徑逐漸變小若衛(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程中，只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用，則下列判斷正確的是()A衛(wèi)星的動(dòng)能逐漸減小B由于地球引力做正功，引力勢能一定減小C由于氣體阻力做負(fù)功，地球引力做正功，機(jī)械能保持不變D衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小【參考答案】BD【命題意圖】本題考查衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，功能關(guān)系及其相關(guān)的知識點(diǎn)。6(2016河北省保定高三月考)2014年10月24日，“嫦娥五號”飛行試驗(yàn)器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，并在8天后以“跳躍式再入”方式成功返回地面。“跳躍式再入”指航天器在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后進(jìn)入大氣層，依靠大氣升力再次沖出大氣層，降低速度后再進(jìn)入大氣層，如圖所示，虛線為大氣層的邊界。已知地球半徑為R，地心到d點(diǎn)距離為r，地球表面重力加速度為g。下列說法正確的是()A飛行試驗(yàn)器在b點(diǎn)處于完全失重狀態(tài)B飛行試驗(yàn)器在d點(diǎn)的加速度小于C飛行試驗(yàn)器在a點(diǎn)速率大于在c點(diǎn)的速率D飛行試驗(yàn)器在c點(diǎn)速率大于在e點(diǎn)的速率【參考答案】C【名師解析】飛行試驗(yàn)器沿ab軌跡做曲線運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)的合力指向曲線彎曲的內(nèi)側(cè)，所以在b點(diǎn)合力方向即加速度方向向上，因此飛行試驗(yàn)器在b點(diǎn)處于超重狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；在d點(diǎn)，飛行試驗(yàn)器的加速度a，又因?yàn)镚MgR2，解得ag，故B錯(cuò)誤；飛行試驗(yàn)器從a點(diǎn)到c點(diǎn)，萬有引力做功為零，阻力做負(fù)功，速度減小，從c點(diǎn)到e點(diǎn)，沒有空氣阻力，機(jī)械能守恒，則c點(diǎn)速率和e點(diǎn)速率相等，故C正確，D錯(cuò)誤。7(2016遼寧五校聯(lián)考)中國志愿者王躍參與人類歷史上第一次全過程模擬從地球往返火星的試驗(yàn)“火星500”。假設(shè)將來人類一艘飛船從火星返回地球時(shí)，經(jīng)歷如圖所示的變軌過程，則下列說法正確的是()A飛船在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度B飛船在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在P點(diǎn)的速度大于在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)在P點(diǎn)的速度C飛船在軌道上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的加速度等于飛船在軌道上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的加速度D若軌道貼近火星表面，測出飛船在軌道上運(yùn)動(dòng)的周期，就可以推知火星的密度【參考答案】ACD8.小型登月器連接在航天站上，一起繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為月球半徑的3倍，某時(shí)刻，航天站使登月器減速分離，登月器沿如圖所示的橢圓軌道登月，在月球表面逗留一段時(shí)間完成科考工作后，經(jīng)快速啟動(dòng)仍沿原橢圓軌道返回，當(dāng)?shù)谝淮位氐椒蛛x點(diǎn)時(shí)恰與航天站對接，登月器快速啟動(dòng)時(shí)間可以忽略不計(jì)，整個(gè)過程中航天站保持原軌道繞月運(yùn)行。已知月球表面的重力加速度為g，月球半徑為R，不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響，則登月器可以在月球上停留的最短時(shí)間約為()A4.7 B3.6C1.7 D1.4【參考答案】A設(shè)登月器在小橢圓軌道運(yùn)行的周期為T1，航天站在大圓軌道運(yùn)行的周期為T2。對登月器和航天站依據(jù)開普勒第三定律分別有為使登月器仍沿原橢圓軌道回到分離點(diǎn)與航天站實(shí)現(xiàn)對接，登月器可以在月球表面逗留的時(shí)間t應(yīng)滿足tnT2T1(其中，n1、2、3、)聯(lián)立得t6n 4 (其中，n1、2、3、)當(dāng)n1時(shí)，登月器可以在月球上停留的時(shí)間最短，即t4.7，故A正確。9(2015永州三模，19)如圖所示，兩星球相距為L，質(zhì)量比為mAmB19，兩星球半徑遠(yuǎn)小于L。從星球A沿A、B連線向星球B以某一初速度發(fā)射一探測器，只考慮星球A、B對探測器的作用，下列說法正確的是 ()A探測器的速度一直減小B探測器在距星球A為處加速度為零C若探測器能到達(dá)星球B，其速度可能恰好為零D若探測器能到達(dá)星球B，其速度一定大于發(fā)射時(shí)的初速度【參考答案】BD10(2015聊城二模，17)探月工程三期飛行試驗(yàn)器于2014年10月24日2時(shí)在中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，最終進(jìn)入距月球表面高為h的圓形工作軌道。設(shè)月球半徑為R，月球表面的重力加速度為g，萬有引力常量為G，則下列說法正確的是 ()A飛行試驗(yàn)器在工作軌道上的加速度為2gB飛行試驗(yàn)器繞月球運(yùn)行的周期為2C飛行試驗(yàn)器在工作軌道上的繞行速度為 D月球的平均密度為【參考答案】AD【名師解析】月球表面萬有引力等于重力，則：Gmg，在高為h的圓形工作軌道，有：Gmg，得：g2g，故A正確；.根據(jù)萬有引力提供向心力，即：Gmmr，解得：v ，T2 ，飛行試驗(yàn)器的軌道半徑為rRh，結(jié)合黃金代換公式：GMgR2，代入線速度和周期公式得：v ，T2 ，故B、C錯(cuò)誤；由黃金代換公式得中心天體的質(zhì)量：M，月球的體積：VR3，則月球的密度：，故D正確11(2015寶雞三檢，17)如圖所示是嫦娥三號奔月過程中某階段的運(yùn)動(dòng)示意圖，嫦娥三號沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)到近月點(diǎn)P處變軌進(jìn)入圓軌道，嫦娥三號在圓軌道做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，周期為T，已知引力常量為G，下列說法中正確的是 ()A由題中(含圖中)信息可求得月球的質(zhì)量B由題中(含圖中)信息可求得月球第一宇宙速度C嫦娥三號在P處變軌時(shí)必須點(diǎn)火加速D嫦娥三號沿橢圈軌道運(yùn)動(dòng)到P處時(shí)的加速度大于沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到P處時(shí)的加速度【參考答案】A二計(jì)算題1. (2016福州市高三模擬)如圖所示，由運(yùn)載火箭將飛船送入近地點(diǎn)為A、遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道上，A點(diǎn)距地面的高度為h1，飛船飛行五圈后進(jìn)行變軌，進(jìn)入預(yù)定圓軌道在預(yù)定圓軌道上飛行N圈所用時(shí)間為t。已知地球表面重力加速度為g，地球半徑為R。求：(1)飛船在A點(diǎn)的加速度大小aA；(2)遠(yuǎn)地點(diǎn)B距地面的高度h2；(3)沿著橢圓軌道從A到B的時(shí)間tAB。 (2)由萬有引力提供向心力得，Gmr()2，又h2rR，T，聯(lián)立解得，h2R(3)橢圓軌道的半長軸R根據(jù)開普勒第三定律得解得，T2所以沿著橢圓軌道從A到B的時(shí)間tAB2（2016北京西城模擬）2016年2月11日，美國“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）團(tuán)隊(duì)向全世界宣布發(fā)現(xiàn)了引力波，這個(gè)引力波來自于距離地球13億光年之外一個(gè)雙黑洞系統(tǒng)的合并。已知光在真空中傳播的速度為c，太陽的質(zhì)量為M0，萬有引力常量為G。（1）兩個(gè)黑洞的質(zhì)量分別為太陽質(zhì)量的26倍和39倍，合并后為太陽質(zhì)量的62倍。利用所學(xué)知識，求此次合并所釋放的能量。（2）黑洞密度極大，質(zhì)量極大，半徑很小，以最快速度傳播的光都不能逃離它的引力，因此我們無法通過光學(xué)觀測直接確定黑洞的存在。假定黑洞為一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球形天體。a因?yàn)楹诙磳ζ渌祗w具有強(qiáng)大的引力影響，我們可以通過其他天體的運(yùn)動(dòng)來推測黑洞的存在。天文學(xué)家觀測到，有一質(zhì)量很小的恒星獨(dú)自在宇宙中做周期為T，半徑為r0的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由此推測，圓周軌道的中心可能有個(gè)黑洞。利用所學(xué)知識求此黑洞的質(zhì)量M；b嚴(yán)格解決黑洞問題需要利用廣義相對論的知識，但早在相對論提出之前就有人利用牛頓力學(xué)體系預(yù)言過黑洞的存在。我們知道，在牛頓體系中，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量分別為m1、m2的質(zhì)點(diǎn)相距為r時(shí)也會具有勢能，稱之為引力勢能，其大小為（規(guī)定無窮遠(yuǎn)處勢能為零）。請你利用所學(xué)知識，推測質(zhì)量為M的黑洞，之所以能夠成為“黑”洞，其半徑R最大不能超過多少？（2）a.小恒星繞黑洞做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)小恒星質(zhì)量為m根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律解得 。b.設(shè)質(zhì)量為m的物體，從黑洞表面至無窮遠(yuǎn)處根據(jù)能量守恒定律解得 因?yàn)檫B光都不能逃離，有v = c所以黑洞的半徑最大不能超過3. （2016遼寧錦州模擬）“嫦娥一號”探月衛(wèi)星以圓形軌道繞月飛行，衛(wèi)星將獲取的信息以微波信號發(fā)回地球，假設(shè)衛(wèi)星繞月的軌道平面與地月連心線共面，各已知物理量如表中所示：（1）嫦娥一號在奔月過程中受地球和月球引力相等時(shí)離月球表面的高度為多少？（2）嫦娥一號在圓軌道上繞月球飛行一周所用的時(shí)間為多少？（2）由月球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力可得：G =mr1()2 而在月球表面有：G =mg1。 由兩式可解得衛(wèi)星的周期：T=。4.（2016北京西城區(qū)期末）宇航員駕駛宇宙飛船到達(dá)月球，他在月球表面做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在離月球表面高度為h處，將一小球以初速度v0水平拋出，水平射程為x。已知月球的半徑為R，萬有引力常量為G。不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響。求：（1）月球表面的重力加速度大小g0 ；（2）月球的質(zhì)量M；（3）飛船在近月圓軌道繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度v。（2）在月球表面忽略地球自轉(zhuǎn)時(shí)有 解得月球質(zhì)量 （3）由萬有引力定律和牛頓第二定律 解得 5.發(fā)射宇宙飛船的過程要克服引力做功，已知將質(zhì)量為m的飛船在距地球中心無限遠(yuǎn)處移到距地球中心為r處的過程中，引力做功為W=G