2018屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí)文檔萬有引力與航天學(xué)前診斷版含解析

“萬有引力與航天”學(xué)前診斷考點(diǎn)一天體質(zhì)量和密度的計(jì)算［考查衛(wèi)星運(yùn)行及天體質(zhì)量的計(jì)算 ］［多選］2017年3月16日消息，高景一號(hào)衛(wèi)星發(fā)回清晰影像圖，可區(qū)分單個(gè)樹冠。天文t通過的弧長為t通過的弧長為I,該弧長對(duì)應(yīng)的圓心角為 B弧度，已知引力常量為G,則（ ）t2a?高景一號(hào)衛(wèi)星的質(zhì)量為GTTAB.高景一號(hào)衛(wèi)星角速度為-c?高景一號(hào)衛(wèi)星線速度大小為2耳i3d.地球的質(zhì)量為GA2解析：選BD高景一號(hào)衛(wèi)星的質(zhì)量不可求，選項(xiàng) A錯(cuò)誤；由題意知，衛(wèi)星繞地球做勻- I速圓周運(yùn)動(dòng)角速度3，選項(xiàng)B正確；衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)線速度 v=；,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由v=or得r=｛，該衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供向心力，由 GMm=mo2r,i3解得地球的質(zhì)量M=g-辛，選項(xiàng)D正確。［考查天體密度的計(jì)算］TOC\o"1-5"\h\z假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體。已知地球表面重力加速度在兩極的大小為 g0,在赤道的大小為g;地球自轉(zhuǎn)的周期為T,弓I力常量為G。地球的密度為（ ）3ngo—g 3畫0A^2 B.2GT2go GT2go—g_3n _3njoC?GP T解析：選B根據(jù)萬有引力與重力的關(guān)系解題。物體在地球的兩極時(shí)， mgo=G*m,物體在赤道上時(shí)，mg+m年2R= ，以上兩式聯(lián)立解得地球的密度 p=gt3^—g。故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。［考查天體密度的計(jì)算與比較］“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器由軌道器、返回器、著陸器等多個(gè)部分組成。探測(cè)器預(yù)計(jì)在 2017年由“長征五號(hào)”運(yùn)載火箭在中國文昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，自動(dòng)完成月面樣品采集，并從月球起飛，返回地球，帶回約 2kg月球樣品。某同學(xué)從網(wǎng)上得到一些信息，如表中數(shù)

月球半徑Ro月球表面處的重力加速度go地球和月球的半徑之比r4一=4Ro地球表面和月球表面的重力加速度之比￡=6goC.4 D.6解析：選B在地球表面，重力等于萬有引力，則有 G譽(yù)=mg,解得M=詈，故密度為gRo

goR3g4tGR度為gRo

goR3g4tGR1 3=6X4=2,選項(xiàng),同理，月球的密度為_3go4tGR0，故地球和月球的密度之比為P0B正確。TOC\o"1-5"\h\z[考查天體質(zhì)量和密度的計(jì)算與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的綜合 ]據(jù)美國宇航局消息，在距離地球 40光年的地方發(fā)現(xiàn)了三顆可能適合人類居住的類地行球可到達(dá)的最大高度只有 1m,而其球體半徑只有地球的一半，則其平均密度和地球的平均密度之比為（取g=10m/s2）（)A.5：2B.2:5C.1:1oD.1o:1解析：2選D根據(jù)h=宀和2gGM"g="Rr可得，m=22:Rvo,即2Gh'r2 2p4nR3=cV:，行星平均密度3 2Gh星，假設(shè)某天我們可以穿越空間到達(dá)某一類地行星，測(cè)得以初速度10m/s豎直上拋一個(gè)小p=83GRhRh，在地球表面以初速度1om/s豎直上拋一個(gè)小球可到達(dá)的最大高度2voh地=2g地=5m。據(jù)此可得，該類地行星和地球的平均密度之比為 10:1，選項(xiàng)D正確?？键c(diǎn)二衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較5.[考查利用開普勒定律比較不同軌道衛(wèi)星的周期 ]TOC\o"1-5"\h\z如圖所示，A、B是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的兩顆衛(wèi)星，A、B兩衛(wèi)星與地心的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積之比為k,不計(jì)A、B兩衛(wèi)星之間的引力，貝UA、B兩衛(wèi)星的周期之比為（ ）3 2A.k B.k解析：選A設(shè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 r，周期為T,則在t時(shí)間內(nèi)與地心連線掃過的面積為S=呂線掃過的面積為S=呂ur2,即SA=rA2：B=k,根據(jù)開普勒第三定律可知T Sb怕Tar3 tTa_冷聯(lián)立解得益rA3=k3,A正確。=k3,A正確。6.[考查圓軌道、橢圓軌道衛(wèi)星及運(yùn)行參量的比較 ]如圖所示，曲線I是一顆繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星軌道的示意圖，其半徑為R；曲線n是一顆繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星軌道的示意圖， o點(diǎn)為地球球心，AB為橢圓的長軸，兩軌道和地心都在同一平面內(nèi)，已知在兩軌道上運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的周期相等，萬有引力常量為 G,地球質(zhì)量為M，下列說法正確的是（ ）A?橢圓軌道的長軸長度為RB.衛(wèi)星在I軌道的速率為v0,衛(wèi)星在n軌道B點(diǎn)的速率為vB，則V0VVBC?衛(wèi)星在I軌道的加速度大小為 ao,衛(wèi)星在n軌道A點(diǎn)加速度大小為aA，則a°<aADD.若OA=0.5R，則衛(wèi)星在3解析：選C根據(jù)開普勒第三定律得*=k,a為半長軸，已知衛(wèi)星在兩軌道上運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的周期相等，所以橢圓軌道的長軸長度為 2R,故A錯(cuò)誤；B點(diǎn)為橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)，速度比較小，vo表示做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度， vo>vb,故B錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律得a=GM~2r衛(wèi)星在GM~2r衛(wèi)星在I軌道距離地心的距離大于衛(wèi)星在n軌道A點(diǎn)距離地心的距離，所以 ao<aA,故C正確；若OA=0.5R，貝UOB=1.5R,人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)萬有引力提供向心力,,如果衛(wèi)星以O(shè)B為軌道半徑做勻速圓周運(yùn)動(dòng),2GM提供向心力,,如果衛(wèi)星以O(shè)B為軌道半徑做勻速圓周運(yùn)動(dòng),2GM3R，在n軌道上，衛(wèi)星在B點(diǎn)要減速，做近心運(yùn)動(dòng)，所以衛(wèi)星在B點(diǎn)的速率vb率vb< ,23RM，故d錯(cuò)誤。7.[考查赤道上的物體與軌道衛(wèi)星狀態(tài)參量的比較 ]我國首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星于 2016年8月16日1點(diǎn)40分成功發(fā)射。量子衛(wèi)星成功運(yùn)行后，我國將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。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)星的軌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的 n倍，圖中P點(diǎn)是地球赤道上一點(diǎn)，由此可知 （ ）A?同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為所以解析：選D由題意知rA?同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為所以解析：選D由題意知r量子=mR,r同步=nR,P為地球赤道上一點(diǎn),P點(diǎn)角速度等于B.同步衛(wèi)星與C?量子衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的速度之比為D.量子衛(wèi)星與__2同步衛(wèi)星的角速度，根據(jù)v=-r所以有士= 黔n，故B錯(cuò)誤；根據(jù)GMm=此，vv量，故C錯(cuò)誤；綜合B、C,有v同=nvP，nvp8.［考查衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)加速度與地球赤道上物體自轉(zhuǎn)向心加速度大小的比較國務(wù)院批復(fù)，自2016年起將4月24日設(shè)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(hào)，目前仍然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35786km的地球同步軌道上。設(shè)東方紅一號(hào)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為加速度為a2,固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為 a3,則ai、a2、a3的大小關(guān)系為（ ）A.a2>a1>a3 B.a3>a2>a1C.a3>ai>a2 D.a1>a2>a3解析：選D東方紅二號(hào)地球同步衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，由 a=32r可知，a2>a?;由萬有引力提供向心力可得：a— 2，東方紅一號(hào)的軌道半徑小于東方紅二號(hào)的軌道半徑，所以有：a1>a2,所以有：a1>a2>a3,故A、B、C錯(cuò)誤，D正確?？键c(diǎn)三衛(wèi)星變軌問題［考查衛(wèi)星變軌前后狀態(tài)參量的比較 ］發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道 1，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步軌道 3。軌道1、2相切于Q點(diǎn)，2、3相切于P點(diǎn)，M、N為橢圓軌道短半軸的端點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)

星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)（如圖所示），以下說法正確的是（ ）A?在三條軌道中周期從大到小的順序是 3軌道、1軌道、2軌道B.在三條軌道中速率最大的時(shí)刻為經(jīng)過 2軌道的Q點(diǎn)，速率最小的時(shí)刻為經(jīng)過2軌道上P點(diǎn)C.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道 2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度D.衛(wèi)星在軌道2上從M-P-N運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間等于從N-Q-M的時(shí)間3解析：選B由開普勒第三定律p=k知，半徑大的周期大，由 r3>r2>ri可知T3>T2>Ti,故A錯(cuò)誤。從軌道1到軌道2,衛(wèi)星在Q點(diǎn)是做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)運(yùn)動(dòng)必須使衛(wèi)星所需向心力大于萬有引力，所以應(yīng)給衛(wèi)星加速，增加所需的向心力，所以在軌道2上Q點(diǎn)的速度大于軌道1上Q點(diǎn)的速度；在軌道2上P點(diǎn)的速度小于軌道3上P點(diǎn)的速度；根據(jù)v 得衛(wèi)星在軌道3上線速度小于衛(wèi)星在軌道 1上線速度，故B正確。衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)只受萬有引力，加速度 a=爭(zhēng)，所以衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度，C錯(cuò)誤。近地點(diǎn)速度大，遠(yuǎn)地點(diǎn)速度小，則在軌道2上從M-P-N運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間小于從N-Q-M的時(shí)間，貝UD錯(cuò)誤。［考查飛船起飛與返回］［多選］據(jù)印度時(shí)報(bào)報(bào)道，目前，印度政府 2017年電子預(yù)算文件顯示，火星登陸計(jì)劃暫定于2021?2022年。在不久的將來，人類將登陸火星，建立基地。用運(yùn)載飛船給火星基地進(jìn)行補(bǔ)給，就成了一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。其中一種設(shè)想的補(bǔ)給方法：補(bǔ)給飛船從地球起飛，到達(dá)月球基地后，卸下部分補(bǔ)給品。再從月球起飛，飛抵火星。在到達(dá)火星近地軌道后，“空投補(bǔ)給品”，補(bǔ)給飛船在不著陸的情況下完成作業(yè)， 返回地球。下列說法正確的是（ ）A?補(bǔ)給飛船從月球起飛時(shí)的發(fā)射速度要達(dá)到 7.9km/sB. “空投補(bǔ)給品”要給補(bǔ)給品減速C?補(bǔ)給飛船不在火星上著陸原因是為了節(jié)省能量D?補(bǔ)給飛船卸下部分補(bǔ)給品后，因?yàn)槭艿降娜f有引力減小，所以要做離心運(yùn)動(dòng)解析：選BC月球的質(zhì)量和重力加速度都小于地球，補(bǔ)給飛船從月球起飛時(shí)的發(fā)射速度不用達(dá)到7.9km/s，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，從高軌道變軌到低軌道，需要減速，所以 “空投補(bǔ)給品”要給補(bǔ)給品減速，選項(xiàng)B正確；補(bǔ)給飛船不在火星上著陸，可以節(jié)省因發(fā)射而耗費(fèi)的能量，選項(xiàng)C正確；補(bǔ)給飛船卸下部分補(bǔ)給品后，仍做圓周運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng) D錯(cuò)誤。［考查衛(wèi)星變軌前后速率與能量的比較 ］探月衛(wèi)星繞地運(yùn)行一段時(shí)間后，離開地球飛向月球。如圖所示是繞地飛行的三條軌道，軌道1是近地圓形軌道，2和3是變軌后的橢圓軌道。 A點(diǎn)是軌道2的近地點(diǎn)，B點(diǎn)是軌道2的遠(yuǎn)地點(diǎn)，衛(wèi)星在軌道1的運(yùn)行速率為7.7km/s,則下列說法中正確的是 （ ）A.衛(wèi)星在軌道2經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速率一定小于7.7km/sB.衛(wèi)星在軌道2經(jīng)過A.衛(wèi)星在軌道2經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速率一定小于7.7km/sB.衛(wèi)星在軌道2經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速率一定小于7.7km/sC?衛(wèi)星在軌道3所具有的機(jī)械能小于在軌道2所具有的機(jī)械能D?衛(wèi)星在軌道3所具有的最大速率小于在軌道2所具有的最大速率解析：選B衛(wèi)星在橢圓軌道2的A點(diǎn)做離心運(yùn)動(dòng)，故衛(wèi)星在橢圓軌道 2經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速率一定大于7.7km/s，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。假設(shè)有一圓軌道 2過B點(diǎn)，衛(wèi)星在橢圓軌道2的B點(diǎn)的速率小于其所在圓軌道的速率，衛(wèi)星在橢圓軌道 2經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速率一定小于7.7km/s,選項(xiàng)B正確。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到離地球越遠(yuǎn)的地方，需要的能量越大，具有的機(jī)械能也越大，則衛(wèi)星在軌道3所具有的機(jī)械能大于在軌道 2所具有的機(jī)械能，選項(xiàng) C錯(cuò)誤。根據(jù)開普勒第二定律可知橢圓軌道上近地點(diǎn)的速度最大，遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度最小，則橢圓軌道 3和2的最大速率都出現(xiàn)在A點(diǎn)，而從軌道1變成軌道2和3都要做離心運(yùn)動(dòng)，速度越大，做離心運(yùn)動(dòng)離圓心越遠(yuǎn)，故衛(wèi)星在軌道 3所具有的最大速率大于在軌道 2所具有的最大速率，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。［考查飛船的變軌與對(duì)接］［多選］神舟^一號(hào)載人飛船于2016年10月17日7時(shí)30分發(fā)射。在科技人員精準(zhǔn)控制下，神舟十一號(hào)載人飛船經(jīng)過多次變軌，于 19日凌晨，與天宮二號(hào)對(duì)接環(huán)接觸，在按程序順利完成一系列技術(shù)動(dòng)作后，對(duì)接成功。下列說法中正確的是 （ ）A.若神舟十一號(hào)和天宮二號(hào)處于同一個(gè)軌道高度時(shí)， 神舟十一號(hào)加速就能與天宮二號(hào)對(duì)接成功B.神舟十一號(hào)應(yīng)從低軌道上加速，才能與天宮二號(hào)對(duì)接成功C.神舟十一號(hào)經(jīng)多次變軌，從低軌道到高軌道過程中機(jī)械能不變D.天宮二號(hào)運(yùn)行較長時(shí)間后，由于受稀薄大氣阻力的作用，軌道高度會(huì)降低解析：選BD當(dāng)神舟十一號(hào)從低軌道加速時(shí)，由于速度增大，故將向高軌道運(yùn)動(dòng)，所以神舟十一號(hào)為了追上天宮二號(hào)，只能從低軌道上加速，故 A錯(cuò)誤，B正確；神舟十一號(hào)經(jīng)多次變軌，從低軌道到高軌道過程中機(jī)械能增大，故 C錯(cuò)誤；由于阻力作用，飛船的速度將減小，所以有 >m*，飛船將做近心運(yùn)動(dòng)，即軌道將要下降，故 D正確。考點(diǎn)四宇宙雙星及多星系統(tǒng)模型［考查宇宙雙星系統(tǒng)模型］2016年2月11日，科學(xué)家宣布“激光干涉引力波天文臺(tái) （LIGO）” -……探測(cè)到由兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)，這是在愛因斯坦提出引力波概念 100周年后，引力波被首次直接觀測(cè)到。在兩個(gè)黑洞合并過程中，由于彼此間的強(qiáng)大引力作用，會(huì)形成

短時(shí)間的雙星系統(tǒng)。如圖所示，黑洞 A、B可視為質(zhì)點(diǎn)，它們圍繞連線上 0點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且A0大于B0,不考慮其他天體的影響。下列說法正確的是 （ ）黑洞A的向心力大于B的向心力黑洞A的線速度大于B的線速度C?黑洞A的質(zhì)量大于B的質(zhì)量D?兩黑洞之間的距離越大， A的周期越小解析：選B雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第三定律可知， A對(duì)B的作用力與B對(duì)A的作用力大小相等，方向相反，則黑洞A的向心力等于B的向心力，故A錯(cuò)誤；雙星具有相同的角速度，由題圖可知 A的半徑比較大，根據(jù)v=5可知，黑洞A的線速度大于B的線速度，故B正確；在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的向心力大小關(guān)系為： mAJrA=mB『帕，由于A的半徑比較大，所以A的質(zhì)量小，故C錯(cuò)誤；由mA圧皿=mB?2?又:rA+rB=L，得rA=尿，L為二者之間的距離，雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，所以得:2 23G晉=擷人竽說^，即:識(shí)盤盂，則兩黑洞之間的距離越小，A的周期越小，故D錯(cuò)誤。m的小星體和一個(gè)質(zhì)量為 M的m的小星體和一個(gè)質(zhì)量為 M的［多選］宇宙中有這樣一種三星系統(tǒng)，系統(tǒng)由兩個(gè)質(zhì)量為r。關(guān)于該三星系r。關(guān)于該三星系統(tǒng)的說法中正確的是（ ）A?在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下,大星體提供兩小星體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力B.在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下,大星體應(yīng)在小星體軌道中心，兩小星體在大星體相對(duì)的兩側(cè)C.小星體運(yùn)行的周期為“ 34旺A?在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下,大星體提供兩小星體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力B.在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下,大星體應(yīng)在小星體軌道中心，兩小星體在大星體相對(duì)的兩側(cè)C.小星體運(yùn)行的