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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 高考真題備選題庫 第四章 曲線運動 萬有引力與航天
1．(xx四川高考)有一條兩岸平直、河水均勻流動、流速恒為v的大河。小明駕著小船渡河，去程時船頭指向始終與河岸垂直，回程時行駛路線與河岸垂直。去程與回程所用時間的比值為k，船在靜水中的速度大小相同，則小船在靜水中的速度大小為( )
A. B.
C. D.
解析：選B 根據(jù)運動的合成與分解解決問題。
設(shè)大河寬度為d，小船在靜水中的速度為v0，則去程渡河所用時間t1＝，回程渡河所用時間t2＝。由題知＝k，聯(lián)立以上各式得v0＝。選項B正確，選項A、C、D錯誤。
2.(xx四川高考)小文同學(xué)在探究物體做曲線運動的條件時，將一條形磁鐵放在桌面的不同位置，讓小鋼珠在水平桌面上從同一位置以相同初速度v0運動，得到不同軌跡。圖中a、b、c、d為其中四條運動軌跡，磁鐵放在位置A時，小鋼珠的運動軌跡是________(填軌跡字母代號)，磁鐵放在位置B時，小鋼珠的運動軌跡是________(填軌跡字母代號)。實驗表明，當(dāng)物體所受合外力的方向跟它的速度方向________(選填“在”或“不在”)同一直線上時，物體做曲線運動。
解析：因為磁鐵對小鋼珠只能提供引力，磁鐵在A處時，F(xiàn)與v0同向，小鋼珠做勻加速直線運動，運動軌跡為b；當(dāng)磁鐵放在B處時，F(xiàn)與v0不在同一直線上，引力指向曲線的凹側(cè)，運動軌跡為c。當(dāng)合外力方向與速度方向不在同一直線上時，物體做曲線運動。
答案：(1)b c 不在
3．(2011江蘇)如圖所示，甲、乙兩同學(xué)從河中 O 點出發(fā)，分別沿直線游到 A 點和 B 點后，立即沿原路線返回到 O 點，OA、OB 分別與水流方向平行和垂直，且 OA ＝OB.若水流速度不變，兩人在靜水中游速相等，則他們所用時間 t甲、t乙的大小關(guān)系為 ( )
A. t甲
t乙 D．無法確定
解析：設(shè)水流的速度為v水，學(xué)生在靜水中的速度為v人，從題意可知v人>v水，設(shè)OA＝OB＝L，對甲同學(xué)t甲＝＋＝，對乙同學(xué)來說，要想垂直到達(dá)B點，其速度方向要指向上游，并且來回時間相等，即t乙＝，則＝即t甲>t乙，C正確．
答案：C
4．(xx江蘇)如圖所示，一塊橡皮用細(xì)線懸掛于O點，用鉛筆靠著線的左側(cè)水平向右勻速移動，運動中始終保持懸線豎直，則橡皮運動的速度( )
A．大小和方向均不變
B．大小不變，方向改變
C．大小改變，方向不變
D．大小和方向均改變
解析：本題考查運動的合成與分解，意在考查考生處理實際運動問題的能力；本題橡皮參與了兩個分運動，一個是沿水平方向與鉛筆速度一樣的勻速直線運動，另一個是豎直方向上與鉛筆移動速度大小相等的勻速直線運動，這兩個直線運動的合運動是斜向上的勻速直線運動，故選項A正確．
答案：A
5．(2011四川理綜)(7分)某研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了如下實驗：如圖所示，在一端封閉的光滑細(xì)玻璃管中注滿清水，水中放一個紅蠟做成的小圓柱體R．將玻璃管的開口端用膠塞塞緊后豎直倒置且與y軸重合，在R從坐標(biāo)原點以速度v0＝3 cm/s勻速上浮的同時，玻璃管沿x軸正方向做初速為零的勻加速直線運動．同學(xué)們測出某時刻R的坐標(biāo)為(4,6)，此時R的速度大小為________cm/s，R在上升過程中運動軌跡的示意圖是________．(R視為質(zhì)點)
解析：(1)蠟塊豎直方向勻速運動，故運動時間t＝＝＝2 s；蠟塊水平方向做勻加速直線運動，由平均速度公式可知，x＝?vx＝ ＝4 cm/s，故此時R的速度v＝＝5 cm/s，軌道曲線彎向加速度的方向，蠟塊水平方向加速運動，故D項正確．
答案：(1)5 D
第2節(jié) 拋體運動
1．(xx江蘇高考)為了驗證平拋運動的小球在豎直方向上做自由落體運動，用如圖所示的裝置進(jìn)行實驗。小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時B球被松開，自由下落。關(guān)于該實驗，下列說法中正確的有( )
A．兩球的質(zhì)量應(yīng)相等
B．兩球應(yīng)同時落地
C．應(yīng)改變裝置的高度，多次實驗
D．實驗也能說明A球在水平方向上做勻速直線運動
解析：選BC 根據(jù)合運動與分運動的等時性和獨立性特點可知，兩球應(yīng)同時落地，為減小實驗誤差，應(yīng)改變裝置的高度，多次做實驗，選項B、C正確；平拋運動的實驗與小球的質(zhì)量無關(guān)，選項A錯誤；此實驗只能說明A球在豎直方向做自由落體運動，選項D錯誤。
2．(xx安徽高考)圖1是“研究平拋物體運動”的實驗裝置圖，通過描點畫出平拋小球的運動軌跡。
圖1
(1)以下是實驗過程中的一些做法，其中合理的有________。
a．安裝斜槽軌道，使其末端保持水平
b．每次小球釋放的初始位置可以任意選擇
c．每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放
d．為描出小球的運動軌跡，描繪的點可以用折線連接
(2)實驗得到平拋小球的運動軌跡，在軌跡上取一些點，以平拋起點O為坐標(biāo)原點，測量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，圖2中yx2圖像能說明平拋小球的運動軌跡為拋物線的是________。
圖2
(3) 圖3是某同學(xué)根據(jù)實驗畫出的平拋小球的運動軌跡，O為平拋的起點，在軌跡上任取三點A、B、C，測得A、B兩點豎直坐標(biāo)y1為5.0 cm、y2為45.0 cm。，A、B兩點水平間距Δx為40.0 cm，則平拋小球的初速度v0為________m/s，若C點的豎直坐標(biāo)y3為60.0 cm，則小球在C點的速度vc為________m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，g取10 m/s2)。
解析：(1)為了保證小球做平拋運動，實驗中必須保證斜槽末端水平，為了保證每次做平拋運動的初速度相同，每次應(yīng)該讓小球從同一高度由靜止釋放，小球的運動軌跡應(yīng)為平滑的曲線，因此a、c項合理。
(2)小球做平拋運動，水平位移x＝v0t，豎直位移y＝gt2，因此y＝g2，y x2圖像是一條過原點的直線，c項正確。
(3)由y＝gt2得，t1＝ ＝0.10 s，t2＝ ＝0.30 s，因此小球平拋運動的初速度為v0＝＝ m/s＝2.0 m/s。小球在C點時豎直方向的分速度vy3＝＝ m/s＝2 m/s，因此C點速度vC＝＝4.0 m/s。
答案：(1)ac (2)c (3)2.0 4.0
3．(xx浙江高考)如圖所示，裝甲車在水平地面上以速度v0＝20 m/s沿直線前進(jìn)，車上機槍的槍管水平，距地面高為h＝1.8 m。在車正前方豎直立一塊高為兩米的長方形靶，其底邊與地面接觸。槍口與靶距離為L時，機槍手正對靶射出第一發(fā)子彈，子彈相對于槍口的初速度為v＝800 m/s。在子彈射出的同時，裝甲車開始勻減速運動，行進(jìn)s＝90 m后停下。裝甲車停下后，機槍手以相同方式射出第二發(fā)子彈。(不計空氣阻力，子彈看成質(zhì)點，重力加速度g＝10 m/s2)
(1)求裝甲車勻減速運動時的加速度大??；
(2)當(dāng)L＝410 m時，求第一發(fā)子彈的彈孔離地的高度，并計算靶上兩個彈孔之間的距離；
(3)若靶上只有一個彈孔，求L的范圍。
解析：(1)裝甲車加速度a＝＝m/s2
(2)第一發(fā)子彈飛行時間t1＝＝0.5 s
彈孔離地高度h1＝h－gt＝0.55 m
第二發(fā)子彈彈孔離地的高度h2＝h－g2＝1.0 m
兩彈孔之間的距離Δh＝h2－h(huán)1＝0.45 m
(3)第一發(fā)子彈打到靶的下沿時，裝甲車離靶的距離為L1
L1＝(v0＋v)＝492 m
第二發(fā)子彈打到靶的下沿時，裝甲車離靶的距離為L2
L2＝v＋s＝570 m
L的范圍492 m＜L≤570 m
答案：(1) m/s2 (2)0.55 m 0.45 m
(3)492 mha，故b與c的飛行時間相同，均大于a的飛行時間，A錯，B對；由圖可知a、b的水平位移滿足xa>xb，由于飛行時間tb>ta，根據(jù)x＝v0t得v0a>v0b，C錯；同理可得v0b>v0c，D對。
答案：BD
7．(xx江蘇)如圖所示，相距l(xiāng)的兩小球A、B位于同一高度h(l、h均為定值)。將A向B水平拋出的同時，B自由下落。A、B與地面碰撞前后，水平分速度不變，豎直分速度大小不變、方向相反。不計空氣阻力及小球與地面碰撞的時間，則( )
A．A、B在第一次落地前能否相碰，取決于A的初速度
B．A、B在第一次落地前若不碰，此后就不會相碰
C．A、B不可能運動到最高處相碰
D．A、B一定能相碰
解析：A、B兩球在第一次落地前豎直方向均做自由落體運動，若在落地時相遇，此時A球水平拋出的初速度v0＝，h＝gt2，則v0＝l，只要A的水平初速度大于v0，A、B兩球就可在第一次落地前相碰，A正確；若A、B在第一次落地前不能碰撞，則落地反彈后的過程中，由于A向右的水平速度保持不變，所以當(dāng)A的水平位移為l時，即在t＝時，A、B一定相碰，在t＝時，A、B可能在最高點，也可能在豎直高度h中的任何位置，所以B錯誤，C錯誤，D正確。
答案：AD
8．(2011江蘇)如圖所示，長為 L、內(nèi)壁光滑的直管與水平地面成 30角固定放置．將一質(zhì)量為 m 的小球固定在管底，用一輕質(zhì)光滑細(xì)線將小球與質(zhì)量 M ＝km 的小物塊相連，小物塊懸掛于管口．現(xiàn)將小球釋放，一段時間后，小物塊落地靜止不動，小球繼續(xù)向上運動，通過管口的轉(zhuǎn)向裝置后做平拋運動，小球在轉(zhuǎn)向過程中速率不變．(重力加速度為 g)
(1)求小物塊下落過程中的加速度大?。?
(2)求小球從管口拋出時的速度大?。?
(3)試證明小球平拋運動的水平位移總小于L.
解析：(1)設(shè)細(xì)線中的張力為T，根據(jù)牛頓第二定律
Mg－T＝Ma
T－mgsin30＝ma
且M＝km
解得a＝g
(2)設(shè)M落地時的速度大小為v，m射出管口時速度大小為v0，M落地后m的加速度為a0.
根據(jù)牛頓第二定律－mgsin30＝ma0
勻變速直線運動，v2＝2aLsin30，v－v2＝2a0L(1－sin30)
解得v0＝ (k>2)
(3)平拋運動x＝v0t
Lsin30＝gt2
解得x＝L
則x2)
(3)見解析
9．(2011廣東理綜)如圖所示，在網(wǎng)球的網(wǎng)前截?fù)艟毩?xí)中，若練習(xí)者在球網(wǎng)正上方距地面 H 處，將球以速度 v 沿垂直球網(wǎng)的方向擊出，球剛好落在底線上．已知底線到網(wǎng)的距離為 L，重力加速度取 g，將球的運動視作平拋運動，下列表述正確的是( )
A．球的速度 v 等于 L
B．球從擊出至落地所用時間為
C．球從擊球點至落地點的位移等于 L
D．球從擊球點至落地點的位移與球的質(zhì)量有關(guān)
解析：球做平拋運動，從擊出至落地所用時間為t＝，B項正確；球的速度v＝＝L，A項正確；球從擊球點至落地點的位移為，這個位移與球的質(zhì)量無關(guān)，C、D項錯誤．
答案：AB
10．(xx天津理綜)如圖所示，在高為h的平臺邊緣水平拋出小球A，同時在水平地面上距臺面邊緣水平距離為s處豎直上拋小球B，兩球運動軌跡在同一豎直平面內(nèi)，不計空氣阻力，重力加速度為g.若兩球能在空中相遇，則小球A的初速度vA應(yīng)大于________，A、B兩球初速度之比為________．
答案：s
第3節(jié) 圓周運動
1. (xx上海高考)如圖，帶有一白點的黑色圓盤，可繞過其中心、垂直于盤面的軸勻速轉(zhuǎn)動，每秒沿順時針方向旋轉(zhuǎn)30圈。在暗室中用每秒閃光31次的頻閃光源照射圓盤，觀察到白點每秒沿( )
A．順時針旋轉(zhuǎn)31圈
B．逆時針旋轉(zhuǎn)31圈
C．順時針旋轉(zhuǎn)1圈
D．逆時針旋轉(zhuǎn)1圈
解析：選D 根據(jù)題意知圓盤轉(zhuǎn)的周期大于閃光時間間隔，所以1s內(nèi)觀察到圓盤沿逆時針轉(zhuǎn)動了一周，D項正確。
2．(xx全國卷Ⅰ)如圖，兩個質(zhì)量均為m的小木塊a和b(可視為質(zhì)點)放在水平圓盤上，a與轉(zhuǎn)軸OO′的距離為l，b與轉(zhuǎn)軸的距離為2l，木塊與圓盤的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍，重力加速度大小為g。若圓盤從靜止開始繞轉(zhuǎn)軸緩慢地加速轉(zhuǎn)動，用ω表示圓盤轉(zhuǎn)動的角速度，下列說法正確的是( )
A．b一定比a先開始滑動
B．a(chǎn)、b所受的摩擦力始終相等
C．ω＝ 是b開始滑動的臨界角速度
D．當(dāng)ω＝ 時，a所受摩擦力的大小為kmg
解析：選AC 因圓盤從靜止開始繞轉(zhuǎn)軸緩慢加速轉(zhuǎn)動，在某一時刻可認(rèn)為，木塊隨圓盤轉(zhuǎn)動時，其受到的靜摩擦力的方向指向轉(zhuǎn)軸，兩木塊轉(zhuǎn)動過程中角速度相等，則根據(jù)牛頓第二定律可得f＝mω2R，由于小木塊b的軌道半徑大于小木塊a的軌道半徑，故小木塊b做圓周運動需要的向心力較大，B錯誤；因為兩小木塊的最大靜摩擦力相等，故b一定比a先開始滑動，A正確；當(dāng)b開始滑動時，由牛頓第二定律可得kmg＝mω2l，可得ωb＝ ，C正確；當(dāng)a開始滑動時，由牛頓第二定律可得kmg＝mωl，可得ωa＝ ，而轉(zhuǎn)盤的角速度 < ，小木塊a未發(fā)生滑動，其所需的向心力由靜摩擦力來提供，由牛頓第二定律可得f＝mω2l＝kmg，D錯誤。
3．(xx 天津高考)半徑為R的水平圓盤繞過圓心O的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動，A為圓盤邊緣上一點。在O的正上方有一個可視為質(zhì)點的小球以初速度v水平拋出時，半徑OA方向恰好與v的方向相同，如圖所示。若小球與圓盤只碰一次，且落在A點，重力加速度為g，則小球拋出時距O的高度h＝________，圓盤轉(zhuǎn)動的角速度大小ω________。
解析：小球拋出后做平拋運動，水平位移為R，則R＝vt，h＝gt2，求得h＝g2＝；圓盤轉(zhuǎn)動的周期T＝，t＝nT(n∈N*)，即ω＝(n∈N*)。
答案： (n∈N*)
4．(xx安徽高考)如圖所示，一傾斜的勻質(zhì)圓盤繞垂直于盤面的固定對稱軸以恒定角速度ω轉(zhuǎn)動，盤面上離轉(zhuǎn)軸距離2.5 m處有一小物體與圓盤始終保持相對靜止。物體與盤面間的動摩擦因數(shù)為(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)，盤面與水平面的夾角為30，g取10 m/s2。則ω的最大值是( )
A. rad/s B. rad/s
C．1.0 rad/s D．5 rad/s
解析：選C 物體隨圓盤做圓周運動，運動到最低點時最容易滑動，因此物體在最低點且剛好要滑動時的轉(zhuǎn)動角速度為最大值，這時，根據(jù)牛頓第二定律可知，μmgcos 30－mgsin 30＝mrω2，求得ω＝1.0 rad/s，C項正確，A、B、D項錯誤。
5．(xx新課標(biāo)全國Ⅱ)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶。如圖，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛的速率為v0時，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢。則在該彎道處( )
A．路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低
B．車速只要低于v0，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動
C．車速雖然高于v0，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動
D．當(dāng)路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，v0的值變小
解析：選AC 本題考查勻速圓周運動、汽車轉(zhuǎn)彎及其相關(guān)知識點，意在考查考生綜合應(yīng)用知識分析實際問題的能力。汽車以速率v0轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向心力，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，說明此處公路內(nèi)側(cè)較低外側(cè)較高，選項A正確。車速只要低于v0，車輛便有向內(nèi)側(cè)滑動的趨勢，但不一定向內(nèi)側(cè)滑動，選項B錯誤。車速雖然高于v0，由于車輪與地面有摩擦力，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動，選項C正確。根據(jù)題述，汽車以速率v0轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向心力，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，沒有受到摩擦力，所以當(dāng)路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，轉(zhuǎn)彎時v0的值不變，選項D錯誤。
6．(xx浙江理綜)由光滑細(xì)管組成的軌道如圖所示，其中AB段和BC段是半徑為R的四分之一圓弧，軌道固定在豎直平面內(nèi)。一質(zhì)量為m的小球，從距離水平地面為H的管口D處靜止釋放，最后能夠從A端水平拋出落到地面上。下列說法正確的是( )
A．小球落到地面時相對于A點的水平位移值為2
B．小球落到地面時相對于A點的水平位移值為2
C．小球能從細(xì)管A端水平拋出的條件是H>2R
D．小球能從細(xì)管A端水平拋出的最小高度Hmin＝R
解析：因軌道光滑，從D→A過程應(yīng)用機械能守恒定律有mgH＝mg(R＋R)＋mv，得vA＝；從A端水平拋出到落地，由平拋運動公式有2R＝gt2，水平位移x＝vAt＝＝2，則選項B正確，A錯誤；因小球能從細(xì)管A端水平拋出的條件是vA>0，故要求H>2R，則選項C正確，D錯誤。
答案：BC
7．(2011安徽理綜)一般的曲線運動可以分成很多小段，每小段都可以看成圓周運動的一部分，即把整條曲線用一系列不同半徑的小圓弧來代替．如圖(a)所示，曲線上A點的曲率圓定義為：通過A點和曲線上緊鄰A點兩側(cè)的兩點作一圓，在極限情況下，這個圓就叫做A點的曲率圓，其半徑ρ叫做A點的曲率半徑．現(xiàn)將一物體沿與水平面成α角的方向以速度v0拋出，如圖(b)所示．則在其軌跡最高點P處的曲率半徑是( )
A. B.
C. D.
解析：根據(jù)運動的分解，物體在最高點的速度等于水平分速度，即為v0cosα，在最高點看成是向心力為重力的圓周運動的一部分，則mg＝m，ρ＝，C項正確．
答案：C
8．(xx福建理綜)如圖，置于圓形水平轉(zhuǎn)臺邊緣的小物塊隨轉(zhuǎn)臺加速轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時，物塊恰好滑離轉(zhuǎn)臺開始做平拋運動。現(xiàn)測得轉(zhuǎn)臺半徑R＝0.5 m，離水平地面的高度H＝0.8 m，物塊平拋落地過程水平位移的大小s＝0.4 m。設(shè)物塊所受的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，取重力加速度g＝10 m/s2。求：
(1)物塊做平拋運動的初速度大小v0；
(2)物塊與轉(zhuǎn)臺間的動摩擦因數(shù)μ。
解析：(1)物塊做平拋運動，在豎直方向上有
H＝gt2 ①
在水平方向上有 s＝v0t?、?
由①②式解得 v0＝s＝1 m/s?、?
(2)物塊離開轉(zhuǎn)臺時，最大靜摩擦力提供向心力，有
fm＝m ④
fm＝μN＝μmg?、?
由③④⑤式解得 μ＝，
μ＝0.2
答案：(1)1 m/s (2)0.2
9．(xx重慶理綜)小明站在水平地面上，手握不可伸長的輕繩一端，繩的另一端系有質(zhì)量為m的小球，甩動手腕，使球在豎直平面內(nèi)做圓周運動．當(dāng)球某次運動到最低點時，繩突然斷掉，球飛行水平距離d后落地，如圖所示．已知握繩的手離地面高度為d，手與球之間的繩長為d，重力加速度為g，忽略手的運動半徑和空氣阻力．
(1)求繩斷時球的速度大小v1和球落地時的速度大小v2.
(2)問繩能承受的最大拉力多大？
(3)改變繩長，使球重復(fù)上述運動，若繩仍在球運動到最低點時斷掉，要使球拋出的水平距離最大，繩長應(yīng)為多少？最大水平距離為多少？
解析：(1)設(shè)繩斷后球飛行時間為t，由平拋運動規(guī)律，有豎直方向d＝gt2，水平方向d＝v1t
得v1＝
由機械能守恒定律，有
mv＝mv＋mg(d－d)
得v2＝
(2)設(shè)繩能承受的最大拉力大小為T，這也是球受到繩的最大拉力大?。?
球做圓周運動的半徑為R＝d
由圓周運動向心力公式，有T－mg＝
得T＝mg.
(3)設(shè)繩長為l，繩斷時球的速度大小為v3，繩承受的最大拉力不變，有T－mg＝m得v3＝
繩斷后球做平拋運動，豎直位移為d－l，水平位移為x，時間為t1，
有d－l＝gt x＝v3t1
得x＝4
當(dāng)l＝時，x有極大值xmax＝d.
答案：(1) (2)mg
(3)繩長為時，最大水平距離為d
第4節(jié) 萬有引力定律及其應(yīng)用
1.(xx海南高考)設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期為T，質(zhì)量為M，引力常量為G。假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體，半徑為R。同一物體在南極和赤道水平面上靜止時所受到的支持力之比為( )
A.
B.
C.
D.
解析：選A 物體在南極地面所受的支持力等于萬有引力，F(xiàn)＝①，
在赤道處，F(xiàn)萬－F′＝F向，得F′＝F萬－F向，又F向＝mR，則F′＝－mR②，由①、②式，可得，選項A正確。
2.(xx全國卷Ⅰ)太陽系各行星幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運動。當(dāng)?shù)厍蚯『眠\行到某地外行星和太陽之間，且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象，天文學(xué)稱為“行星沖日”。據(jù)報道，xx年各行星沖日時間分別是：1月6日木星沖日；4月9日火星沖日；5月11日土星沖日；8月29日海王星沖日；10月8日天王星沖日。已知地球及各地外行星繞太陽運動的軌道半徑如下表所示，則下列判斷正確的是( )
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
軌道半徑(AU)
1.0
1.5
5.2
9.5
19
30
A.各地外行星每年都會出現(xiàn)沖日現(xiàn)象
B．在xx年內(nèi)一定會出現(xiàn)木星沖日
C．天王星相鄰兩次沖日的時間間隔為土星的一半
D．地外行星中，海王星相鄰兩次沖日的時間間隔最短
解析：選BD 設(shè)某行星相鄰兩次沖日的時間間隔為t，地球繞太陽運動的周期為T，某行星繞太陽運動的周期為T行，則t－t＝2π，可得t＝；而根據(jù)開普勒定律可得＝，聯(lián)立可得t＝，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得t火＝≈2.195T，t木＝≈1.092T，t土＝≈1.035T，t天＝≈1.012T，t海＝≈1.006T；根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，各地外行星并不是每年都會出現(xiàn)沖日現(xiàn)象，A錯誤；木星在2014年1月6日出現(xiàn)了木星沖日現(xiàn)象，再經(jīng)1.092T將再次出現(xiàn)木星沖日現(xiàn)象，所以在xx年內(nèi)一定會出現(xiàn)木星沖日，B正確；根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，天王星相鄰兩次沖日的時間間隔不是土星的一半，C錯誤；根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，海王星相鄰兩次沖日的時間間隔最短，D正確。
3．(xx全國卷Ⅱ)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，引力常量為G。地球的密度為( )
A. B.
C. D.
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，mg0＝G，物體在赤道上時，mg＋m2R＝G，以上兩式聯(lián)立解得地球的密度ρ＝。故選項B正確，選項A、C、D錯誤。
4．(xx北京高考)萬有引力定律揭示了天體運行規(guī)律與地上物體運動規(guī)律具有內(nèi)在的一致性。
(1)用彈簧秤稱量一個相對于地球靜止的小物體的重量，隨稱量位置的變化可能會有不同的結(jié)果。已知地球質(zhì)量為M，自轉(zhuǎn)周期為T，萬有引力常量為G。將地球視為半徑為R、質(zhì)量均勻分布的球體，不考慮空氣的影響。設(shè)在地球北極地面稱量時，彈簧秤的讀數(shù)是F0。
a．若在北極上空高出地面h處稱量，彈簧秤讀數(shù)為F1，求比值的表達(dá)式，并就h＝1.0%R的情形算出具體數(shù)值(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；
b．若在赤道地面稱量，彈簧秤讀數(shù)為F2，求比值的表達(dá)式。
(2)設(shè)想地球繞太陽公轉(zhuǎn)的圓周軌道半徑r、太陽的半徑RS和地球的半徑R三者均減小為現(xiàn)在的1.0%，而太陽和地球的密度均勻且不變。僅考慮太陽和地球之間的相互作用，以現(xiàn)實地球的1年為標(biāo)準(zhǔn)，計算“設(shè)想地球”的1年將變?yōu)槎嚅L？
解析：(1)設(shè)小物體質(zhì)量為m。
a．在北極地面G＝F0
在北極上空高出地面h處G＝F1
得＝
當(dāng)h＝1.0%R，＝＝0.98。
b．在赤道地面，小物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動，受到萬有引力和彈簧秤的作用力，有
G－F2＝mR，得＝1－。
(2)地球繞太陽做勻速圓周運動，受到太陽的萬有引力。設(shè)太陽質(zhì)量為MS，地球質(zhì)量為M，地球公轉(zhuǎn)周期為TE，有G＝Mr，得TE＝＝
其中ρ為太陽的密度。
由上式可知，地球公轉(zhuǎn)周期TE僅與太陽的密度、地球公轉(zhuǎn)軌道半徑與太陽半徑之比有關(guān)。因此“設(shè)想地球”的1年與現(xiàn)實地球的1年時間相同。
答案：見解析
5．(xx浙江高考)長期以來“卡戎星(Charon)”被認(rèn)為是冥王星唯一的衛(wèi)星，它的公轉(zhuǎn)軌道半徑r1＝19 600 km，公轉(zhuǎn)周期T1＝6.39天。xx年3月，天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)兩顆冥王星的小衛(wèi)星，其中一顆的公轉(zhuǎn)軌道半徑r2＝48 000 km，則它的公轉(zhuǎn)周期T2最接近于( )
A．15天 B．25天
C．35天 D．45天
解析：選B 由開普勒第三定律可得＝，解得T2＝T1＝6.39 ≈24.5(天)，故選B。本題也可利用萬有引力定律對“卡戎星”和小衛(wèi)星分別列方程，聯(lián)立方程組求解。
6．(xx山東理綜)伽利略開創(chuàng)了實驗研究和邏輯推理相結(jié)合探索自然規(guī)律的科學(xué)方法，利用這種方法伽利略發(fā)現(xiàn)的規(guī)律有( )
A．力不是維持物體運動的原因
B．物體之間普遍存在相互吸引力
C．忽略空氣阻力，重物與輕物下落得同樣快
D．物體間的相互作用力總是大小相等、方向相反
解析：選AC 本題考查物理學(xué)史，意在考查考生對物理學(xué)發(fā)展歷程的認(rèn)識。伽利略利用理想斜面實驗和邏輯推理相結(jié)合的方法否定了亞里士多德“力是維持物體運動狀態(tài)的原因”的錯誤結(jié)論，正確地指出力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，A項正確；牛頓提出萬有引力定律，B項錯；伽利略首先運用邏輯推理的方法發(fā)現(xiàn)物體下落的快慢和它的重量無關(guān)，C項正確；牛頓提出了物體間的相互作用力總是等大反向的結(jié)論，D項錯。
7．(xx安徽理綜)質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星與地心的距離為r時，引力勢能可表示為Ep＝－，其中G為引力常量，M為地球質(zhì)量。該衛(wèi)星原來在半徑為R1的軌道上繞地球做勻速圓周運動，由于受到極稀薄空氣的摩擦作用，飛行一段時間后其圓周運動的半徑變?yōu)镽2，此過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量為( )
A．GMm(－) B．GMm(－)
C.(－) D.(－)
解析：選C 本題考查萬有引力與航天，意在考查考生對萬有引力定律、圓周運動相關(guān)公式的應(yīng)用能力。衛(wèi)星做勻速圓周運動，有＝m，變形得mv2＝，即衛(wèi)星的動能Ek＝，結(jié)合題意，衛(wèi)星的機械能E＝Ek＋Ep＝－，題述過程中因摩擦產(chǎn)生的熱量等于衛(wèi)星的機械能損失，即Q＝E1－E2＝－－(－)＝(－)。
8．(xx廣東理綜)如圖，甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運動，下列說法正確的是( )
A．甲的向心加速度比乙的小
B．甲的運行周期比乙的小
C．甲的角速度比乙的大
D．甲的線速度比乙的大
解析：選A 本題考查萬有引力定律在天體運動中的應(yīng)用，意在考查考生用萬有引力定律及圓周運動規(guī)律分析問題的能力。衛(wèi)星繞行星做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，G＝ma＝mr2＝m＝mrω2，解得a＝，T＝2π ，v＝ ，ω＝ ，由此可知，在半徑一定時，中心天體質(zhì)量越大，衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度越大，周期越小，因此A項正確，B、C、D項錯誤。
9．(xx浙江理綜)如圖所示，三顆質(zhì)量均為m的地球同步衛(wèi)星等間隔分布在半徑為r的圓軌道上，設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R。下列說法正確的是( )
A．地球?qū)σ活w衛(wèi)星的引力大小為
B．一顆衛(wèi)星對地球的引力大小為
C．兩顆衛(wèi)星之間的引力大小為
D．三顆衛(wèi)星對地球引力的合力大小為
解析：選BC 本題考查萬有引力定律，意在考查考生對萬有引力定律的理解和應(yīng)用能力。由萬有引力定律知A項錯誤，B項正確；因三顆衛(wèi)星連線構(gòu)成等邊三角形，圓軌道半徑為r，由數(shù)學(xué)知識易知任意兩顆衛(wèi)星間距d＝2r cos 30＝r，由萬有引力定律知C項正確；因三顆衛(wèi)星對地球的引力大小相等且互成120，故三顆衛(wèi)星對地球引力的合力為0，則D項錯誤。
10．(xx福建理綜)設(shè)太陽質(zhì)量為M，某行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期為T，軌道可視作半徑為r的圓。已知萬有引力常量為G，則描述該行星運動的上述物理量滿足( )
A．GM＝ B．GM＝
C．GM＝ D. GM＝
解析：選A 本題考查天體運動，意在考查考生對萬有引力定律的理解和應(yīng)用。由萬有引力提供向心力可知，G＝mr，對比各選項可知選A。
11．(xx江蘇)火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運行，根據(jù)開普勒行星運動定律可知( )
A．太陽位于木星運行軌道的中心
B．火星和木星繞太陽運行速度的大小始終相等
C．火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方
D．相同時間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積
解析：選C 本題考查開普勒定律，意在考查考生對開普勒三定律的理解。由于火星和木星在橢圓軌道上運行，太陽位于橢圓軌道的一個焦點上，A項錯誤；由于火星和木星在不同的軌道上運行，且是橢圓軌道，速度大小變化，火星和木星的運行速度大小不一定相等，B項錯誤；由開普勒第三定律可知，＝＝k，＝，C項正確；由于火星和木星在不同的軌道上，因此它們在近地點時的速度不等，在近地點時v火Δt與v木Δt不相等，D項錯誤。
12．(xx天津理綜)“嫦娥一號”和“嫦娥二號”衛(wèi)星相繼完成了對月球的環(huán)月飛行，標(biāo)志著我國探月工程的第一階段己經(jīng)完成。設(shè)“嫦娥二號”衛(wèi)星環(huán)繞月球的運動為勻速圓周運動，它距月球表面的高度為h，己知月球的質(zhì)量為M、半徑為R，引力常量為G，則衛(wèi)星繞月球運動的向心加速度a＝________，線速度v＝________。
解析：本題考查萬有引力定律在天體運動中的應(yīng)用，意在考查考生對萬有引力定律的理解及應(yīng)用?！版隙鸲枴崩@月球做圓周運動，萬有引力提供向心力，G＝ma＝m，解得a＝，v＝。
答案：(1)
13．(xx新課標(biāo)全國)假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體。一礦井深度為d。已知質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零。礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為( )
A．1－ B．1＋
C．()2 D．()2
解析：如圖所示，根據(jù)題意“質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零”，可知：地面處的球殼對地面與礦井底部之間的環(huán)形部分的引力為零，設(shè)地面處的重力加速度為g，地球質(zhì)量為M，由地球表面的物體m1受到的重力近似等于萬有引力，故m1g＝G，再將礦井底部所在的球體抽取出來，設(shè)礦井底部處的重力加速度為g′，該球體質(zhì)量為M′，半徑r＝R－d，同理可得礦井底部處的物體m2受到的重力m2g′＝G，且由M＝ρV＝ρπR3，M′＝ρV′＝ρπ(R－d)3，聯(lián)立解得＝1－，A對。
答案：A
14．(xx福建理綜)一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運動，其線速度大小為v。假設(shè)宇航員在該行星表面上用彈簧測力計測量一質(zhì)量為m的物體重力，物體靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為N。已知引力常量為G，則這顆行星的質(zhì)量為( )
A. B.
C. D.
解析：由題意知行星表面的重力加速度為g＝，又在行星表面有g(shù)＝，衛(wèi)星在行星表面運行時有m′g＝m′，聯(lián)立解得M＝，故選項B正確。
答案：B
15．(2011浙江理綜)為了探測 X 星球，載著登陸艙的探測飛船在以該星球中心為圓心，半徑為 r1的圓軌道上運動，周期為 T1，總質(zhì)量為 m1.隨后登陸艙脫離飛船，變軌到離星球更近的半徑為 r2的圓軌道上運動，此時登陸艙的質(zhì)量為 m2，則( )
A．X星球的質(zhì)量為 M ＝
B．X星球表面的重力加速度為 gX ＝
C．登陸艙在r1與r2軌道上運動時的速度大小之比為＝
D．登陸艙在半徑為r2軌道上做圓周運動的周期為T2＝ T1
解析：探測飛船做圓周運動時有 G ＝m1()2r1，解得 M＝，選項A正確；因為星球半徑未知，所以選項B錯誤；根據(jù) G＝m，得 v＝ ，所以＝ ，選項C錯；根據(jù)開普勒第三定律＝得選項D正確．
答案：AD
16．(xx福建理綜)火星探測項目是我國繼神舟載人航天工程、嫦娥探月工程之后又一個重大太空探索項目．假設(shè)火星探測器在火星表面附近圓形軌道運行的周期為T1，神舟飛船在地球表面附近的圓形軌道運行周期為T2，火星質(zhì)量與地球質(zhì)量之比為p，火星半徑與地球半徑之比為q，則T1與T2之比為( )
A. B.
C. D.
解析：本題意在考查學(xué)生應(yīng)用萬有引力定律分析實際問題的能力．火星探測器繞火星做圓周運動過程中，火星對探測器的萬有引力提供向心力，即：＝mR1()2?T1＝ ，同理可知飛船繞地球的周期T2＝ ，所以＝ ＝ ，D項正確．
答案：D
第5節(jié) 天體運動與人造衛(wèi)星
1．(xx上海高考)動能相等的兩人造地球衛(wèi)星A、B的軌道半徑之比RA∶RB＝ 1∶2，它們的角速度之比ωA∶ωB＝________，質(zhì)量之比mA∶mB＝________。
解析：兩衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其萬有引力充當(dāng)向心力，G＝mω2r?ω＝ ，所以兩者角速度之比為2∶1；線速度之比為∶1，根據(jù)題意知兩者動能相等，所以質(zhì)量之比為：1∶2。
答案：2∶1 1∶2
2．(xx大綱卷)已知地球的自轉(zhuǎn)周期和半徑分別為T和R，地球同步衛(wèi)星A的圓軌道半徑為h。衛(wèi)星B沿半徑為r(r＜h)的圓軌道在地球赤道的正上方運行，其運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同。求：
(1)衛(wèi)星B做圓周運動的周期；
(2)衛(wèi)星A和B連續(xù)地不能直接通訊的最長時間間隔(信號傳輸時間可忽略)。
解析：(1)設(shè)衛(wèi)星B繞地心轉(zhuǎn)動的周期為T′，根據(jù)萬有引力定律和圓周運動的規(guī)律有
G＝m2h ①
G＝m′2r ②
式中，G為引力常量，M為地球質(zhì)量，m、m′分別為衛(wèi)星A、B的質(zhì)量。由①②式得
T′＝T ③
(2)設(shè)衛(wèi)星A和B連續(xù)地不能直接通訊的最長時間間隔為t；
在此時間間隔t內(nèi)，衛(wèi)星A和B繞地心轉(zhuǎn)動的角度分別為α和α′，則
α＝2π ④
α′＝2π ⑤
若不考慮衛(wèi)星A的公轉(zhuǎn)，兩衛(wèi)星不能直接通訊時，衛(wèi)星B的位置應(yīng)在圖中B點和B′點之間，圖中內(nèi)圓表示地球的赤道。由幾何關(guān)系得
∠BOB′＝2 ⑥
由③式知，當(dāng)r＜h時，衛(wèi)星B比衛(wèi)星A轉(zhuǎn)得快，考慮衛(wèi)星A的公轉(zhuǎn)后應(yīng)有
α′－α＝∠BOB′ ⑦
由③④⑤⑥⑦式得
t＝T ⑧
答案：見解析
3．(xx天津高考)研究表明，地球自轉(zhuǎn)在逐漸變慢，3億年前地球自轉(zhuǎn)的周期約為22小時。假設(shè)這種趨勢會持續(xù)下去，地球的其他條件都不變，未來人類發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與現(xiàn)在的相比( )
A．距地面的高度變大 B．向心加速度變大
C．線速度變大 D．角速度變大
解析：選A 衛(wèi)星繞地球做圓周運動，萬有引力提供向心力，即G＝mr2，得r＝ ，由于同步衛(wèi)星的周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期，當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)變慢，自轉(zhuǎn)周期變大，則同步衛(wèi)星做圓周運動的半徑會變大，離地面的高度變大，A項正確；由G＝ma得，a＝，半徑變大，向心加速度變小，B項錯誤；由G＝m得，v＝ ，半徑變大，線速度變小，C項錯誤；由ω＝分析得，同步衛(wèi)星的周期變大，角速度變小，D項錯誤。
4．(xx廣東高考)如圖所示，飛行器P繞某星球做勻速圓周運動。星球相對飛行器的張角為θ。下列說法正確的是( )
A．軌道半徑越大，周期越長
B．軌道半徑越大，速度越大
C．若測得周期和張角，可得到星球的平均密度
D．若測得周期和軌道半徑，可得到星球的平均密度
解析：選AC 由G ＝m＝mr2得：v＝ ，T＝2π ，可知，軌道半徑越大，線速度越小，周期越大，A項正確，B項錯誤；若測得周期和軌道半徑，由G＝mr2可知，可以測得星球的質(zhì)量，但由于星球的半徑未知，因此不能求得星球的平均密度，D項錯誤；若測得張角θ，可求得星球半徑R與軌道半徑r的比值為＝sin ，由G＝mr2和ρ＝得，ρ＝3＝，因此C項正確。
5．(xx江蘇高考)已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的10倍，地球的半徑約為火星半徑的2倍，則航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運動的速率約為( )
A．3.5 km/s B．5.0 km/s
C．17.7 km/s D．35.2 km/s
解析：選A 根據(jù)題設(shè)條件可知：M地＝10 M火，R地＝2R火，由萬有引力提供向心力＝m，可得v＝，即＝＝，因為地球的第一宇宙速度為v地＝7.9 km/s，所以航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運動的速率v火≈3.5 km/s，選項A正確。
6．(xx福建高考)若有一顆“宜居”行星，其質(zhì)量為地球的p倍，半徑為地球的q倍，則該行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度是地球衛(wèi)星環(huán)繞速度的( )
A.倍 B.倍
C.倍 D.倍
解析：選C 衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動時，萬有引力充當(dāng)向心力，即G＝m，得v＝ ，可見環(huán)繞速度與中心天體質(zhì)量與半徑比值的平方根成正比，題述行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度是地球衛(wèi)星環(huán)繞速度的倍，C項正確。
7．(xx四川高考)石墨烯是近些年發(fā)現(xiàn)的一種新材料，其超高強度及超強導(dǎo)電、導(dǎo)熱等非凡的物理化學(xué)性質(zhì)有望使21世紀(jì)的世界發(fā)生革命性的變化，其發(fā)現(xiàn)者由此獲得xx年諾貝爾物理學(xué)獎。用石墨烯制作超級纜繩，人類搭建“太空電梯”的夢想有望在本世紀(jì)實現(xiàn)?？茖W(xué)家們設(shè)想，通過地球同步軌道站向地面垂下一條纜繩至赤道基站，電梯倉沿著這條纜繩運行，實現(xiàn)外太空和地球之間便捷的物資交換。
(1)若”太空電梯”將貨物從赤道基站運到距地面高度為h1的同步軌道站，求軌道站內(nèi)質(zhì)量為m1的貨物相對地心運動的動能。設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度為ω，地球半徑為R。
(2)當(dāng)電梯倉停在距地面高度h2＝4R的站點時，求倉內(nèi)質(zhì)量m2＝50 kg的人對水平地板的壓力大小。取地面附近重力加速度g＝10 m/s2，地球自轉(zhuǎn)角速度ω＝7.310－5 rad/s，地球半徑R＝6.4103 km。
解析：(1)設(shè)貨物相對地心的距離為r1，線速度為v1，則
r1＝R＋h1 ①
v1＝r1ω ②
貨物相對地心的動能
Ek＝m1v ③
聯(lián)立①②③式得
Ek＝m1ω2(R＋h1)2 ④
(2)設(shè)地球質(zhì)量為M，人相對地心的距離為r2，向心加速度為an，受地球的萬有引力為F，則
r2＝R＋h2 ⑤
an＝ω2r2 ⑥
F＝G ⑦
g＝ ⑧
設(shè)水平地板對人的支持力大小為N，人對水平地板的壓力大小為N′，則
F－N＝m2an ⑨
N′＝N ⑩
聯(lián)立⑤～⑩式并代入數(shù)據(jù)得
N′≈11.5 N ?
答案：(1)m1ω2(R＋h1)2 (2)11.5 N
8.(xx重慶高考)如圖為“嫦娥三號”探測器在月球上著陸最后階段的示意圖。首先在發(fā)動機作用下，探測器受到推力在距月面高度為h1處懸停(速度為0，h1遠(yuǎn)小于月球半徑)；接著推力改變，探測器開始豎直下降，到達(dá)距月面高度為h2處的速度為v；此后發(fā)動機關(guān)閉，探測器僅受重力下落至月面。已知探測器總質(zhì)量為m(不包括燃料)，地球和月球的半徑比為k1，質(zhì)量比為k2，地球表面附近的重力加速度為g。求：
(1)月球表面附近的重力加速度大小及探測器剛接觸月面時的速度大??；
(2)從開始豎直下降到剛接觸月面時，探測器機械能的變化。
解析：(1)設(shè)地球質(zhì)量和半徑分別為M和R，月球的質(zhì)量、半徑和表面附近的重力加速度分別為M′、R′和g′，探測器剛接觸月面時的速度大小為vt。
由mg′＝G和mg＝G，得g′＝g
由v－v2＝2g′h2，得vt＝。
(2)設(shè)機械能變化量為ΔE，動能變化量為ΔEk，重力勢能變化量為ΔEp
由ΔE＝ΔEk＋ΔEp
有ΔE＝m－mgh1
得ΔE＝mv2－mg(h1－h(huán)2)
答案：見解析
9.(xx山東高考)xx年我國相繼完成“神十”與“天宮”對接、“嫦娥”攜“玉兔”落月兩大航天工程。某航天愛好者提出“玉兔”回家的設(shè)想：如圖，將攜帶“玉兔”的返回系統(tǒng)由月球表面發(fā)射到h高度的軌道上，與在該軌道繞月球做圓周運動的飛船對接，然后由飛船送“玉兔”返回地球。設(shè)“玉兔”質(zhì)量為m，月球半徑為R，月面的重力加速度為g月。以月面為零勢能面，“玉兔”在h高度的引力勢能可表示為Ep＝，其中G為引力常量，M為月球質(zhì)量。若忽略月球的自轉(zhuǎn)，從開始發(fā)射到對接完成需要對“玉兔”做的功為( )
A.(h＋2R) B.(h＋R)
C. D.
解析：選D 根據(jù)題意可知，要使“玉兔”和飛船在距離月球表面高為h的軌道上對接，若不考慮月球的自轉(zhuǎn)影響，從開始發(fā)射到完成對接需要對“玉兔”做的功應(yīng)為克服月球的萬有引力做的功與在該軌道做圓周運動的動能之和，所以W＝Ep＋Ek，Ep＝，再根據(jù)：＝，據(jù)此可求得需要的動能為：Ek＝，再聯(lián)系：GM＝g月R2，由以上三式可求得，從開始發(fā)射到完成對接需要對“玉兔”做的功應(yīng)為：W＝，所以該題正確選項為D。
10．(xx新課標(biāo)全國Ⅰ)2012年6月18日，神舟九號飛船與天宮一號目標(biāo)飛行器在離地面343 km的近圓形軌道上成功進(jìn)行了我國首次載人空間交會對接。對接軌道所處的空間存在極其稀薄的大氣，下列說法正確的是( )
A．為實現(xiàn)對接，兩者運行速度的大小都應(yīng)介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間
B．如不加干預(yù)，在運行一段時間后，天宮一號的動能可能會增加
C．如不加干預(yù)，天宮一號的軌道高度將緩慢降低
D．航天員在天宮一號中處于失重狀態(tài)，說明航天員不受地球引力作用
解析：選BC 本題考查人造地球衛(wèi)星的運行規(guī)律，意在考查考生對萬有引力定律的理解和對牛頓第二定律的應(yīng)用能力。神舟九號和天宮一號在近地軌道上運行的速度都小于第一宇宙速度，選項A錯誤；由于空間存在稀薄氣體，若不對兩者干預(yù)，其動能將增加，軌道半徑減小，選項B、C正確；由于天宮一號做勻速圓周運動，航天員受到的萬有引力全部提供其做圓周運動的向心力，處于完全失重狀態(tài)，選項D錯誤。
11．(xx新課標(biāo)全國Ⅱ)目前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運轉(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
解析：選BD 本題考查衛(wèi)星的運動、機械能、功能關(guān)系、動能定理及其相關(guān)知識點，意在考查考生綜合應(yīng)用相關(guān)知識分析衛(wèi)星運動的能力。由于空氣阻力做負(fù)功，衛(wèi)星軌道半徑變小，地球引力做正功，引力勢能一定減小，動能增大，機械能減小，選項A、C錯誤，B正確。根據(jù)動能定理，衛(wèi)星動能增大，衛(wèi)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勢能的減小，所以衛(wèi)星克服阻力做的功小于引力勢能的減小，選項D正確。
12．(xx山東理綜)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(zhì)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(zhì)量變?yōu)樵瓉淼膋倍，兩星之間的距離變?yōu)樵瓉淼膎倍，則此時圓周運動的周期為( )
A. T B. T
C. T D. T
解析：選B 本題考查雙星問題，意在考查考生利用萬有引力定律及牛頓第二定律、圓周運動知識處理天體問題的能力。如圖所示，設(shè)兩恒星的質(zhì)量分別為M1和M2，軌道半徑分別為r1和r2。根據(jù)萬有引力定律及牛頓第二定律可得＝M12r1＝M22r2，解得＝2(r1＋r2)，即＝2①，當(dāng)兩星的總質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼膋倍，它們之間的距離變?yōu)樵瓉淼膎倍時，有＝2②，聯(lián)立①②兩式可得
T′＝T，故B項正確。
13．(xx廣東理綜)如圖所示，飛船從軌道1變軌至軌道2。若飛船在兩軌道上都做勻速圓周運動，不考慮質(zhì)量變化，相對于在軌道1上，飛船在軌道2上的( )
A．動能大
B．向心加速度大
C．運行周期長
D．角速度小
解析：因為G＝m＝ma＝mrω2＝mr，解得v＝ ，a＝G，T＝2 π，ω＝，因為r增大，所以動能減小，加速度減小，運行周期變長，角速度減小，即只有CD正確。
答案：CD
14．(xx浙江理綜)如圖所示，在火星與木星軌道之間有一小行星帶。假設(shè)該帶中的小行星只受到太陽的引力，并繞太陽做勻速圓周運動。下列說法正確的是( )
A．太陽對各小行星的引力相同
B．各小行星繞太陽運動的周期均小于一年
C．小行星帶內(nèi)側(cè)小行星的向心加速度值大于外側(cè)小行星的向心加速度值
D．小行星帶內(nèi)各小行星圓周運動的線速度值大于地球公轉(zhuǎn)的線速度值
解析：因各小行星到太陽中心的距離不同，皆大于地球到太陽中心的距離，根據(jù)萬有引力公式G＝m＝m()2r＝ma，知太陽對各小行星的引力不相同，各小行星繞太陽運動的周期均大于一年，則選項A、B錯誤，由a＝和v2＝，r小，a大，r大，v小，則選項C正確，D錯誤。
答案：C
15．(xx北京理綜)關(guān)于環(huán)繞地球運動的衛(wèi)星，下列說法正確的是( )
A．分別沿圓軌道和橢圓軌道運行的兩顆衛(wèi)星，不可能具有相同的周期
B．沿橢圓軌道運行的一顆衛(wèi)星，在軌道不同位置可能具有相同的速率
C．在赤道上空運行的兩顆地球同步衛(wèi)星，它們的軌道半徑有可能不同
D．沿不同軌道經(jīng)過北京上空的兩顆衛(wèi)星，它們的軌道平面一定會重合
解析：由開普勒第三定律＝恒量可知當(dāng)圓軌道的半徑R與橢圓軌道的半長軸a相等時，兩衛(wèi)星的周期相等，故A項錯；沿橢圓軌道運行的衛(wèi)星在關(guān)于長軸對稱的兩點速率相等，故B項對；所有同步衛(wèi)星的軌道半徑均相等，故C錯；沿不同軌道運行的衛(wèi)星，其軌道平面只要過地心即可，不一定重合，故D錯。
答案：B
16．(2011江蘇)一行星繞恒星做圓周運動．由天文觀測可得，其運行周期為 T，速度為 v．引力常量為 G，則( )
A．恒星的質(zhì)量為
B．行星的質(zhì)量為
C．行星運動的軌道半徑為
D．行星運動的加速度為
解析：因v＝ωr＝，所以r＝，C正確；結(jié)合萬有引力定律公式＝m，可解得恒星的質(zhì)量M＝，A正確；因不知行星和恒星之間的萬有引力的大小，所以行星的質(zhì)量無法計算，B錯誤；行星的加速度a＝ω2r＝＝，D正確．
答案：ACD
17．(2011廣東理綜)已知地球質(zhì)量為 M，半徑為 R，自轉(zhuǎn)周期為 T，地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為 m，引力常量為 G．有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是( )
A．衛(wèi)星距地面的高度為
B．衛(wèi)星的運行速度小于第一宇宙速度
C．衛(wèi)星運行時受到的向心力大小為G
D．衛(wèi)星
2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 高考真題備選題庫 第四章 曲線運動 萬有引力與航天.DOC
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