人教版2022年高中物理万有引力与航天考点题型与解题方法.pdf

1 (每日一练每日一练)人教版人教版 20222022 年高中物理万有引力与航天考点题型与解题方法年高中物理万有引力与航天考点题型与解题方法 单选题 1、宇宙中，两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，称之为双星系统。设某双星系统绕其连线上的点做匀速圆周运动，如图所示。若 ，则（）A星球A的向心力大于的向心力 B星球A的线速度大于的线速度 C星球A的质量小于的质量 D双星的总质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大 答案：D 解析：A两星做圆周运动的向心力都由两星之间的万有引力来提供，则星球A的向心力等于的向心力，选项 A 错误；B两星做圆周运动的角速度相等，根据 v=r 2 可知，星球A的线速度小于的线速度，选项 B 错误；C根据 122=14221=24222 可知 11=22 因 12 则星球A的质量大于的质量，选项 C 错误；D根据 122=14221=24222 可得 =23(1+2)则双星的总质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大，选项 D 正确。故选 D。2、地球可看作半径为的均质球体，已知地球同步卫星绕地球做圆周运动的周期为，地球表面的重力加速度大小为（不考虑地球自转造成的影响），则同步卫星距地面的高度为（）A2423B22423C2423 D22423 答案：D 解析：地球表面的重力加速度大小为 3 2=地球同步卫星绕地球做圆周运动的周期为 同(+)2=同422(+)解得同步卫星距地面的高度为 =22423 故选 D。3、2021 年 2 月 24 日，“天问一号”探测器进入火星停泊轨道，并于 5 月 15 日成功着陆于火星乌托邦平原。若火星半径为R，质量为M，引力常量为G，着陆前质量为m的“天问一号”距火星表面高度h，则此时火星对“天问一号”的万有引力大小为（）A(+)2B+C2D2 答案：A 解析：由万有引力公式可得火星对“天问一号”的万有引力大小为 =(+)2 故 A 正确，BCD 错误。故选 A。4 4、三颗人造卫星 A、B、C 都在赤道正上方同方向绕地球做匀速圆周运动，A、C 为地球同步卫星，某时刻 A、B 相距最近，如图所示。已知地球自转周期为T1，B 的周期为T2，则下列说法正确的是（）AA 加速可追上同一轨道上的 C B经过时间122(12)，A、B 相距最远 CA、C 向心加速度大小相等，且大于 B 的向心加速度 DA、B 与地心连线在相同时间内扫过的面积相等 答案：B 解析：A卫星 A 加速后做离心运动，轨道变高，不可能追上卫星 C，故 A 错误；BA、B 两卫星由相距最近至相距最远时，圆周运动转过的角度相差，即 BtAt=其中 A=21，B=22 解得经历的时间 =122(1 2)故 B 正确；C根据万有引力提供向心力有 5 2=得 =2 可知 A、C 向心加速度大小相等，且小于 B 的向心加速度，故 C 错误；D绕地球运动的卫星与地心连线在相同时间t内扫过的面积 =12 其中 =则 =2 可知 A、B 与地心连线在相同时间内扫过的面积不等，故 D 错误。故选：B。5、下列关于地球同步通信卫星的说法中，正确的是（）A为避免通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上 B通信卫星只能运行在赤道上空某一恒定高度上 C不同国家发射通信卫星的地点不同，这些卫星轨道不一定在同一平面内 D通信卫星定点在地球上空某处，各个通信卫星角速度相同，但线速度大小可以不同 答案：B 解析：6 ABC同步卫星运行轨道为位于地球赤道上空某一恒定高度上，不同国家发射的同步卫星均在该轨道上以大小相等的线速度运动，它们不会相撞，AC 错误，B 正确；D通信卫星定点在地球上空某处，各个通信卫星的角速度相同，线速度大小也相等，D 错误。故选 B。6、目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是（）A卫星的动能逐渐减少 B由于地球引力做正功，引力势能一定增加 C由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变 D卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减少量 答案：D 解析：ABC由于空气阻力做负功，卫星轨道半径变小，地球引力做正功，引力势能一定减少，动能增加，机械能减少，故 A、B、C 错误；D根据动能定理，卫星动能增加，卫星克服阻力做的功小于地球引力做的正功，而地球引力做的正功等于引力势能的减少量，所以卫星克服阻力做的功小于引力势能的减少量，故 D 正确。故选 D。7、2019 年 12 月 27 日，在海南文昌航天发射场，中国运载能力最强的长征 5 号运载火箭成功发射，并用超同步转移轨道将实践二十号卫星入轨到地球同步轨道，变轨过程简化如图所示。轨道是超同步转移轨道，轨道是地球同步轨道，轨道是过渡轨道（椭圆的一部分），轨道、轨道的远地点切于M点，轨道的近地点与轨道切于N点，下列说法正确的是（）7 A卫星在轨道上运行时速度大小不变 B从轨道进入轨道，卫星在M点需要减速 C从轨道进入轨道，卫星在N点需要减速 D在轨道上，卫星从 M 点到 N 点受到地球的引力对卫星做功为零 答案：C 解析：A.轨道为椭圆轨道，根据开普勒第二定律可知，卫星在轨道上运行时速度大小时刻改变，当从近地点向远地点运行时速度减小，反之则增大，故 A 错误；BC.从低轨道进入高轨道需要加速，反之需要减速，故从轨道进入轨道，卫星在M点需要加速，从轨道进入轨道，卫星在N点需要减速，B 错误，C 正确；D.轨道为椭圆轨道，卫星在轨道上从M点到N点运行过程中，引力与运动方向夹角为锐角，引力做正功，故 D 错误。故选 C。多选题 8、如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知 a、b、c 三颗卫星均做圆周运动，a 是地球同步卫星，a 和 b 的轨道半径相同，且均为 c 的k倍，已知地球自转周期为T。则（）8 A卫星 b 也是地球同步卫星 B卫星 a 的向心加速度是卫星 c 的向心加速度的12倍 C卫星 c 的周期为13 Da、b、c 三颗卫星的运行速度大小关系为=答案：BC 解析：A.地球同步卫星需要与地球自转同步，轨道一定要在赤道的正上方，故卫星 b 不是地球同步卫星，A 错误；B.卫星受到的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律 2=可得卫星 a 的向心加速度与卫星 c 的向心加速度之比为=22=12 卫星a的向心加速度是卫星c的向心加速度的12倍，B 正确；C.卫星受到的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律 2=422 可得卫星 c 的周期与卫星 a 的周期之比为 9 =33=13 卫星c的周期为13，C 正确；D.卫星受到的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律 2=2 解得 =可得卫星a的线速度与卫星c的线速度之比为=1 a、b、c三颗卫星的运行速度大小关系为=1 D 错误；故选 BC。9、宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用，三星质量也相同现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星做圆周运动，如图甲所示；另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行，如图乙所示设两种系统中三个星体的质量均为m，且两种系统中各星间的距离已在图甲、图乙中标出，引力常量为G，则下列说法中正确的是（）10 A直线三星系统中星体做圆周运动的线速度大小为 B直线三星系统中星体做圆周运动的周期为435 C三角形三星系统中每颗星做圆周运动的角速度为233 D三角形三星系统中每颗星做圆周运动的加速度大小为32 答案：BD 解析：A在直线三星系统中，星体做圆周运动的向心力由其他两星对它的万有引力的合力提供，根据万有引力定律和牛顿第二定律，有 22+2(2)2=2 解得 =125 A 项错误；B由周期 =2 知直线三星系统中星体做圆周运动的周期为 11 =435 B 项正确；C同理，对三角形三星系统中做圆周运动的星体，有 222cos30=22cos30 解得 =33 C 项错误；D由 222cos30=得 =32 D 项正确 故选 BD。10、2016 年 10 月 17 日，“神舟十一号”载人飞船发射升空，运送两名宇航员前往在 2016 年 9 月 15 日发射的“天宫二号”空间实验室，宇航员计划在“天宫二号”驻留 30 天进行科学实验。“神舟十一号”与“天宫二号”的对接变轨过程如图所示，AC是椭圆轨道的长轴。“神舟十一号”从圆轨道先变轨到椭圆轨道，再变轨到圆轨道，与在圆轨道运行的“天宫二号”实施对接。下列描述正确的是（）12 A“神舟十一号”从圆轨道变轨到椭圆轨道，再变轨到圆轨道过程中机械能守恒 B“神舟十一号”在椭圆轨道上运动的周期小于“天宫二号”运行周期 C“神舟十一号”在椭圆轨道上经过A点的速率比“天宫二号”在C点的速率大 D可让“神舟十一号”先进入圆轨道，然后加速追赶“天宫二号”实现对接 答案：BC 解析：A“神舟十一号”从圆轨道变轨到椭圆轨道，再变轨到圆轨道过程中需要经历两次点火加速，火箭发动机对“神舟十一号”做正功，机械能不守恒，故 A 错误；B因为椭圆轨道的半长轴小于圆轨道的半径，根据开普勒第三定律可知“神舟十一号”在椭圆轨道上运动的周期小于“天宫二号”运行周期，故 B 正确；C设物体绕地球做半径为r、速率为v的匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有 2=2 解得 =根据上式可知“神舟十一号”在圆轨道上经过A点的速率大于“天宫二号”在C点的速率，而“神舟十一号”从圆轨道变轨至椭圆轨道需要在A点加速，所以“神舟十一号”在椭圆轨道上经过A点的速率大于在圆轨道上经过A点的速率，从而大于“天宫二号”在C点的速率，故 C 正确；D由于飞船在加速过程中会做离心运动，所以不能在同一轨道上实现加速对接，“神舟十一号”一定是在椭圆13 轨道上经过C点附近时加速，从而完成变轨并与“天宫二号”实现对接，故 D 错误。故选 BC。填空题 11、2020 年 11 月 24 日，长征五号运载火箭搭载嫦娥五号探测器成功发射升空并将其送入预定轨道，11 月 28日，嫦娥五号进入环月轨道飞行，12 月 17 日凌晨，嫦娥五号返回器携带月壤着陆地球。假设嫦娥五号环绕月球飞行时，在距月球表面高度为h处，绕月球做匀速圆周运动（不计周围其他天体的影响），测出飞行周期T，已知万有引力常量G和月球半径R。则嫦娥五号绕月球飞行的线速度为_，月球的质量为_，月球表面的重力加速度为_，月球的第一宇宙速度为_ 答案：2(+)42(+)32 42(+)322 2(+)+解析：1根据线速度与周期的关系可得嫦娥五号的线速度为 =2(+)2嫦娥五号绕月球运行时，万有引力提供向心力，则有(+)2=422(+)可得月球的质量为 =42(+)32 3不考虑月球自转时，在月球表面上的物体所受万有引力与重力相等，则有 =2 可得月球表面的重力加速度 =42(+)322 14 4第一宇宙速度是最大的运行速度，则有 2=2 可得月球的第一宇宙速度为=2(+)+12、最近有媒体报道，竟有新疆牧民坐在家里放牛？原来他使用了北斗卫星放牧系统，每头牛的耳朵上都装有定位芯片，手机和卫星通过_传递信息就能查看牛的位置，改变了“牛羊跟着水草走，牧人跟着牛羊走”的传统牧区生活。北斗系列地球同步卫星相对地面是_的。答案：电磁波 静止 解析：1手机和卫星之间是通过电磁波传递信息的。2北斗系列地球同步卫星与地球周期、角速度相同，相对位置不发生改变，则相对地面时静止的。