專題04 萬有引力與航天(命題猜想)-2018年高考物理命題猜想與仿真押題(原卷版)

1、【考向解讀】關于萬有引力定律及應用知識的考查，主要表現(xiàn)在兩個方面：(1)天體質量和密度的計算：主要考查對萬有引力定律、星球表面重力加速度的理解和計算(2)人造衛(wèi)星的運行及變軌：主要是結合圓周運動的規(guī)律、萬有引力定律，考查衛(wèi)星在軌道運行時線速度、角速度、周期的計算，考查衛(wèi)星變軌運行時線速度、角速度、周期以及有關能量的變化以天體問題為背景的信息題，更是受專家的青睞高考中一般以選擇題的形式呈現(xiàn)從命題趨勢上看，對本部分內容的考查仍將延續(xù)與生產、生活以及航天科技相結合，形成新情景的物理題【命題熱點突破一】萬有引力定律的理解萬有引力定律的適用條件：可以看成質點的兩個物體之間質量分布均勻的球體之間質量分布均

2、勻的球體與球外質點之間例1.2016全國卷III關于行星運動的規(guī)律，下列說法符合史實的是()開普勒在牛頓定律的基礎上，導出了行星運動的規(guī)律開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎上，總結出了行星運動的規(guī)律開普勒總結出了行星運動的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運動的原因開普勒總結出了行星運動的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律【變式探究】理論上已經(jīng)證明：質量分布均勻的球殼對殼內物體的萬有引力為零現(xiàn)假設地球是一半徑為R、質量分布均勻的實心球體，O為球心，以O為原點建立坐標軸Ox,如圖2所示.一個質量一定的小物體(假設它能夠在地球內部移動)在x軸上各位置受到的引力大小用F表示，則選項所示的四個F隨x變化的關系圖正確的是()圖

3、2命題熱點突破二】天體質量和密度的估算估算天體質量的兩種方法：1如果不考慮星球的自轉，星球表面的物體所受重力等于星球對它的萬有引力JMmgR2mg=GR2M=G2利用繞行星運轉的衛(wèi)星，F(xiàn)萬提供向心力.JMm4n2Gr4n2r3M=GTM3n特例：若為近地面衛(wèi)星Y=Rp=M=GT2例2.【2017北京卷】利用引力常量G和下列某一組數(shù)據(jù)，不能計算出地球質量的是地球的半徑及重力加速度(不考慮地球自轉)人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運動的速度及周期月球繞地球做圓周運動的周期及月球與地球間的距離地球繞太陽做圓周運動的周期及地球與太陽間的距離【變式探究】如圖所示，“嫦娥三號”的環(huán)月軌道可近似看成是圓軌道，

4、觀察“嫦娥三號”在環(huán)月軌道上的運動，發(fā)現(xiàn)每經(jīng)過時間t通過的弧長為l,該弧長對應的圓心角為e弧度.已知萬有引力常量為G,則月球TOC o 1-5 h z的質量是()，一、嫦娥三號月專哂“一yeA.Ge3tB.Gl2tt2C.G0t2DGei3【變式探究】為了測量某行星的質量和半徑，宇航員記錄了登陸艙在該行星表面做圓周運動的周期T登陸艙在行星表面著陸后，用彈簧秤稱量一個質量為m的砝碼讀數(shù)為N.已知引力常量為G.則下列計算中錯 HYPERLINK l bookmark6 誤的是()A該行星的質量為N3T416n4Gm3B該行星的半徑為4n2NTmC該行星的密度為3nGT2d該行星的第一宇宙速度為2頑

5、命題熱點突破三】衛(wèi)星運行參量的分析1基本規(guī)律4n2mTTrJMmmv2F廠G7T=man=Vfr=得：GMan=T2GM,rv=4n2r3GMr時(a、v、nrn,2宇宙速度(l)V7.9km/s最小的發(fā)射速度(近地面)最大的環(huán)繞速度.V：2V11.2km/s.v=l6.7km/s.7III例3.【2017新課標III卷】2017年4月，我國成功發(fā)射的天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室完成了首次交會對接，對接形成的組合體仍沿天宮二號原來的軌道(可視為圓軌道)運行。與天宮二號單獨運行時相比，組合體運行的周期變大B.速率變大C動能變大D向心加速度變大【變式探究】2016江蘇卷如圖1-所示，兩質量

6、相等的衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓周運動，用R、T、Ek、S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動能、與地心連線在單位時間內掃過的面積.下列關系式正確的有k()圖1-ATATBBEkAEkBCSA=SBDRA=RBTAT【變式探究】17世紀，英國天文學家哈雷跟蹤過一顆慧星，他算出這顆彗星軌道的半長軸約等于地球公轉半徑的18倍，并預言這顆慧星將每隔一定的時間飛臨地球，后來哈雷的預言得到證實，該慧星被命名為哈雷慧星哈雷彗星圍繞太陽公轉的軌道是一個非常扁的橢圓，如圖所示從公元前240年起，哈雷彗星每次回歸，中國均有記錄，它最近一次回歸的時間是1986年從公元前240年至今，我國關于哈雷慧星回歸記錄的次數(shù)，最合

7、理的是(A.24次B.30次C124次D319次【命題熱點突破四】衛(wèi)星變軌與對接變軌問題中，各物理量的變化v2當v增大時，所需向心力m；增大，即萬有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星將做離心運動，脫離原來的圓軌道，軌道半徑變大，但衛(wèi)星一旦進入新的軌道運行，由v=Gf知其運行速度要減小，但重力勢能、機械能均增加.當衛(wèi)星的速度突然減小時，向心力減小，即萬有引力大于衛(wèi)星所需的向心力，因此衛(wèi)星將做向心運動，同樣會脫離原來的圓軌道，軌道半徑變小，進入新軌道運行時由”=:號知運行速度將增大，但重力勢能、機械能均減少.規(guī)律總結衛(wèi)星變軌時半徑的變化，根據(jù)萬有引力和所需向心力的大小關系判斷；穩(wěn)定在新軌道上的運行速度變化

8、由v=嚴判斷.衛(wèi)星繞過不同軌道上的同一點(切點)時，其加速度大小關系可用F=GMm=ma比較得出.例4.2016天津卷我國即將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室，之后發(fā)射“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接.假設“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接，下列措施可行的是()圖1-使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間實驗室實現(xiàn)對接使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后空間實驗室減速等待飛船實現(xiàn)對接飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現(xiàn)對接飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐

9、漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現(xiàn)對接【變式探究】美國宇航局的“信使”號水星探測器按計劃將在2015年3月份隕落在水星表面工程師找到了一種聰明的辦法，能夠使其壽命再延長一個月這個辦法就是通過向后釋放推進系統(tǒng)中的高壓氦氣來提升軌道.如圖7所示，設釋放氦氣前，探測器在貼近水星表面的圓形軌道I上做勻速圓周運動，釋放氦氣后探測器進入橢圓軌道II上，忽略探測器在橢圓軌道上所受外界阻力.則下列說法正確的是()探測器在軌道II上A點運行速率小于在軌道II上B點速率探測器在軌道II上某點的速率可能等于在軌道I上的速率探測器在軌道II上遠離水星過程中，引力勢能和動能都減少探測器在軌道I和軌道II上A點加速度大

10、小不同【命題熱點突破五】雙星與多星問題雙星系統(tǒng)具有如下特點：它們以相互間的萬有引力來提供向心力它們共同繞它們連線上某點做圓周運動它們的周期、角速度相同r、an、v與m成反比2N星系統(tǒng)（1）向心力由其他星對該星萬有引力的合力提供（力的矢量合成）（2）轉動的星的T（e）相等.注意：運算過程中的幾何關系例5雙星系統(tǒng)由兩顆恒星組成，兩恒星在相互引力的作用下，分別圍繞其連線上的某一點做周期相同的勻速圓周運動研究發(fā)現(xiàn)，雙星系統(tǒng)演化過程中，兩星的總質量、距離和周期均可能發(fā)生變化若某雙星系統(tǒng)中兩星做圓周運動的周期為T經(jīng)過一段時間演化后，兩星總質量變?yōu)樵瓉淼膋倍，兩星之間的距離變?yōu)樵瓉淼膎倍，則此圓周運動的周期

11、為（A.TD.AB每顆星做圓周運動的加速度與三星的質量無關變式探究】宇宙間存在一些離其他恒星較遠的三星系統(tǒng)，其中有一種三星系統(tǒng)如圖所示，三顆質量均為m的星位于等邊三角形的三個頂點，三角形邊長為L忽略其他星體對它們的引力作用，三星在同一平面內繞三角形中心O做勻速圓周運動，萬有引力常量為G,下列說法正確的是（）每顆星做圓周運動的角速度為3冷GmCD若距離L和每顆星的質量m都變?yōu)樵瓉淼?倍，則周期變?yōu)樵瓉淼?倍若距離L和每顆星的質量m都變?yōu)樵瓉淼?倍，則線速度變?yōu)樵瓉淼?倍高考真題解讀】【2017北京卷】利用引力常量G和下列某一組數(shù)據(jù)，不能計算出地球質量的是地球的半徑及重力加速度（不考慮地球自轉）人

12、造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運動的速度及周期月球繞地球做圓周運動的周期及月球與地球間的距離地球繞太陽做圓周運動的周期及地球與太陽間的距離【2017新課標III卷】2017年4月，我國成功發(fā)射的天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室完成了首次交會對接，對接形成的組合體仍沿天宮二號原來的軌道（可視為圓軌道）運行。與天宮二號單獨運行時相比，組合體運行的B.速率變大D.向心加速度變大A周期變大C動能變大【2017江蘇卷】“天舟一號”貨運飛船于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”空間實驗室對接前，“天舟一號”在距離地面約380km的圓軌道上飛行，則其角速度小于地球自轉角速度線

13、速度小于第一宇宙速度周期小于地球自轉周期向心加速度小于地面的重力加速度【2017新課標II卷】如圖，海王星繞太陽沿橢圓軌道運動，P為近日點，Q為遠日點，M、N為軌道短軸的兩個端點，運行的周期為仏。若只考慮海王星和太陽之間的相互作用，則海王星在從p經(jīng)過M、Q到N的運動過程中從P到M所用的時間等于TJ4從Q到N階段，機械能逐漸變大從P到Q階段，速率逐漸變小從M到N階段，萬有引力對它先做負功后做正功【2017天津卷】我國自主研制的首艘貨運飛船“天舟一號”發(fā)射升空后，與已經(jīng)在軌運行的“天宮二號”成功對接形成組合體。假設組合體在距地面高度為h的圓形軌道上繞地球做勻速圓周運動，已知地球的半徑為R，地球表面

14、處重力加速度為g，且不考慮地球自轉的影響。則組合體運動的線速度大小為，向心加速度大小為。1.2016全國卷I利用三顆位置適當?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊，目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍.假設地球的自轉周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的，則地球自轉周期的最小值約為()A1hB4hC8hD16h2016全國卷III關于行星運動的規(guī)律，下列說法符合史實的是()開普勒在牛頓定律的基礎上，導出了行星運動的規(guī)律開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎上，總結出了行星運動的規(guī)律開普勒總結出了行星運動的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運動的原因開普勒總結出了行星運動的規(guī)

15、律，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律2016北京卷如圖1-所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球E運行，在P點變軌后進入軌道2做勻速圓周運動下列說法正確的是()圖1-不論在軌道1還是在軌道2運行，衛(wèi)星在P點的速度都相同不論在軌道1還是在軌道2運行，衛(wèi)星在P點的加速度都相同衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相同動量2016天津卷我國即將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室，之后發(fā)射“神舟一號”飛船與“天宮二號”對接.假設“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接，下列措施可行的是()圖1-使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間

16、實驗室實現(xiàn)對接使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后空間實驗室減速等待飛船實現(xiàn)對接飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現(xiàn)對接飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現(xiàn)對接5.2016江蘇卷如圖1-所示，兩質量相等的衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓周運動，用R、T、Ek、S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動能、與地心連線在單位時間內掃過的面積.下列關系式正確的有()圖1-ATATBBEkAEkBCSA=SBDRA=RBD.TAT2016江蘇卷據(jù)報道，一法國攝影師拍到“天宮一號”空間站飛過太陽的瞬間.照片中，“

17、天宮一號的太陽帆板輪廓清晰可見.如圖所示，假設“天宮一號”正以速度v=7.7km/s繞地球做勻速圓周運動，運動方向與太陽帆板兩端M、N的連線垂直，M、N間的距離L=20m,地磁場的磁感應強度垂直于v,MN所在平面的分量B=1.0 xl0rT,將太陽帆板視為導體.XXtXXXxLxRUBOIIIIaXXXX圖1-求M、N間感應電動勢的大小E；在太陽帆板上將一只“1.5V，0.3W”的小燈泡與M、N相連構成閉合電路，不計太陽帆板和導線的電阻.試判斷小燈泡能否發(fā)光，并說明理由；取地球半徑R=6.4x103km,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,試估算天宮一號”距離地球表面的高度h(計算結果保留

18、一位有效數(shù)字).7.2016四川卷國務院批復，自2016年起將4月24日設立為“中國航天日”1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號，目前仍然在橢圓軌道上運行，其軌道近地點高度約為440km，遠地點高度約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空35786km的地球同步軌道上.設東方紅一號在遠地點的加速度為a/東方紅二號的加速度為a2,固定在地球赤道上的物體隨地球自轉的加速度為a3，則aa2、a3的大小關系為()圖1-島竹勺aaaia3a1a2a1a2a3（多選）（2015新課標全國I21）我國發(fā)射的“嫦娥三號”登月探測器靠近月球后，先在月球表面附

19、近的近似圓軌道上繞月運行；然后經(jīng)過一系列過程，在離月面4m高處做一次懸停（可認為是相對于月球靜止）；最后關閉發(fā)動機，探測器自由下落.已知探測器的質量約為1.3x103kg，地球質量約為月球的81倍，地球半徑約為月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小約為9.8m/s2.則此探測器（）在著陸前的瞬間，速度大小約為8.9m/s懸停時受到的反沖作用力約為2x103N從離開近月圓軌道到著陸這段時間內，機械能守恒在近月圓軌道上運行的線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的線速度（2015江蘇單科3）過去幾千年來，人類對行星的認識與研究僅限于太陽系內，行星“51pegb”的發(fā)現(xiàn)拉開了研究太陽系外行星的序幕.

20、“51pegb”繞其中心恒星做勻速圓周運動，周期約為4天，軌道半徑約為地球繞太陽運動半徑的20該中心恒星與太陽的質量比約為（）A.B.1C.5D.10（2015四川理綜5）登上火星是人類的夢想，“嫦娥之父”歐陽自遠透露：中國計劃于2020年登陸火星地球和火星公轉視為勻速圓周運動，忽略行星自轉影響根據(jù)下表，火星和地球相比（）行星半徑/m質量/kg軌道半徑/m地球6.4x1066.0 x10241.5x1011火星3.4x1066.4x10232.3x1011火星的公轉周期較小火星做圓周運動的加速度較小火星表面的重力加速度較大火星的第一宇宙速度較大(2015安徽理綜24)由三顆星體構成的系統(tǒng)，忽略

21、其他星體對它們的作用，存在著一種運動形式，三顆星體在相互之間的萬有引力作用下，分別位于等邊三角形的三個頂點上，繞某一共同的圓心O在三角形所在的平面內做相同角速度的圓周運動(圖1為A、B、C三顆星體質量不相同時的一般情況)若A星體質m，三角形的邊長為a，求：(1)A星體所受合力大小FA；B星體所受合力大小FB；BC星體的軌道半徑RC；三星體做圓周運動的周期T.(2015山東理綜15)如圖9所示，拉格朗日點L位于地球和月球連線上，處在該點的物體在地球和月球引力的共同作用下，可與月球一起以相同的周期繞地球運動.據(jù)此，科學家設想在拉格朗日點耳建立空間站，使其與月球同周期繞地球運動.以a1.a2分別表示該空間站和月球向心加速度的大小，a3表示地球同步衛(wèi)星向心加速度的大小.以下判斷正確的是()地球刀球圖9A.aaaB.aaa31213C.aaaD.aaa12321(2015全國理綜II)由于衛(wèi)星的發(fā)