1、第4讲万有引力与航天真题再现考情分析1.(多选)(2019高考全国卷) 在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其ax关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体已知星球M的半径是星球N的3倍，则()A.M与N的密度相等B.Q的质量是P的3倍C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍解析：选AC.设P、Q的质量分别为mP、mQ；M、N的质量分别为M1、M2，半径分别为R1、R2，密度分别为1、2；M
2、、N表面的重力加速度分别为g1、g2.在星球M上，弹簧压缩量为0时有mPg13mPa0，所以g13a0G等，密度1；在星球N上，弹簧压缩量为0时有mQg2mQa0，所以g2a0G，密度2；因为R13R2，所以有12，选项A正确当物体的加速度为0时有mPg13mPa0kx0，mQg2mQa02kx0，解得mQ6mP，选项B错误根据ax图线与坐标轴围成图形的面积和质量的乘积表示合外力做的功可知，EkmPmPa0x0，EkmQmQa0x0，所以EkmQ4EkmP，选项C正确根据运动的对称性可知，Q下落时弹簧的最大压缩量为4x0，P下落时弹簧的最大压缩量为2x0，选项D错误.2.(2019高考全国卷)
3、2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描述F随h变化关系的图象是()解析：选D. 在嫦娥四号探测器“奔向”月球的过程中，根据万有引力定律，可知随着h的增大，探测器所受的地球引力逐渐减小但并不是均匀减小的，故能够描述F随h变化关系的图象是D.3.(多选)(2018高考全国卷)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈将两颗中子星都看做是质量均匀分布的球体，由这些数
4、据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星()A.质量之积B质量之和C.速率之和D各自的自转角速度解析：选BC.由题意可知，合并前两中子星绕连线上某点每秒转动12圈，则两中子星的周期相等，且均为T s，两中子星的角速度均为，两中子星构成了双星模型，假设两中子星的质量分别为m1，m2，轨道半径分别为r1、r2，速率分别为v1、v2，则有：Gm12r1、m22r2，又r1r2L400 km，解得m1m2，A错误，B正确；又由v1r1、v2r2，则v1v2(r1r2)L，C正确；由题中的条件不能求解两中子星自转的角速度，D错误.命题研究天体运动规律及万有引力定律的应用是高考每年
5、必考内容，考查方向很广泛，从天体质量或密度的计算、行星运动规律的分析，到同步卫星、双星、宇宙速度的求解、变轨问题等均在考查范围之内；在备考中要注重复习解答天体运动的两条思路、开普勒定律等核心知识点，并关注一些天体学中的前沿知识点，近几年中国及世界空间技术和宇宙探索为背景的题目备受青睐，会形成新情景的物理题，像2018年涉及的引力波就属于这类结合万有引力定律及天体质量和密度的求解【高分快攻】1自力更生法：利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.由Gmg得天体质量M.天体密度：.2借助外援法：通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T.(1)由Gm得天体的质量为M.(2)若已知天体的半径R，
6、则天体的密度.(3)若卫星绕天体表面运行时，可认为轨道半径r等于天体半径R，则天体密度，可见，只要测出卫星环绕天体表面运行的周期T，就可估算出中心天体的密度【典题例析】 (2018高考全国卷)2018年2月，我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J03180253”，其自转周期T5.19 ms，假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为6.671011 Nm2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为()A5109 kg/m3B51012 kg/m3C51015 kg/m3 D51018 kg/m3解析毫秒脉冲星稳定自转时由万有引力提供其表面物体做圆周运动的向心力，根
7、据Gm，MR3，得，代入数据解得51015 kg/m3，C正确答案C【题组突破】角度1万有引力定律的应用1理论上已经证明：质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零现假设地球是一半径为R、质量分布均匀的实心球体，O为球心，以O为原点建立坐标轴Ox，如图所示，一个质量一定的小物体(假设它能够在地球内部移动)在x轴上各位置受到的引力大小用F表示，则选项所示的四个F随x变化的关系图中正确的是()解析：选A.因为质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零，则在距离球心x处(xR)物体所受的引力为FGmxx，故Fx图线是过原点的直线；当xR时，F，故选项A正确角度2天体质量的计算2(多选)(2019大连
8、模拟) 宇航员抵达一半径为R的星球后，做了如下的实验：取一根细绳穿过光滑的细直管，细绳的一端拴一质量为m的砝码，另一端连接在一固定的拉力传感器上，手捏细直管抡动砝码，使它在竖直平面内做圆周运动若该星球表面没有空气，不计阻力，停止抡动细直管，砝码可继续在同一竖直平面内做完整的圆周运动，如图所示，此时拉力传感器显示砝码运动到最低点与最高点两位置时读数差的绝对值为F.已知万有引力常量为G，根据题中提供的条件和测量结果，可知()A该星球表面的重力加速度为B该星球表面的重力加速度为C该星球的质量为D该星球的质量为解析：选BC.设砝码在最高点的速率为v1，受到的弹力为F1，在最低点的速率为v2，受到的弹力
9、为F2，则有F1mgm，F2mgm砝码由最高点到最低点，由机械能守恒定律得：mg2Rmvmv拉力传感器读数差为FF2F16mg故星球表面的重力加速度为g，A错误，B正确；在星球表面附近有：Gmg，则M，故C正确，D错误卫星运行参量的分析【高分快攻】1在讨论有关卫星的运动规律时，关键要明确向心力、轨道半径、线速度、角速度、周期和向心加速度，彼此影响、互相联系，只要其中一个量确定了，其他的量也就不变了；只要一个量发生了变化，其他的量也随之变化2不管是定性分析还是定量计算，必须抓住卫星运动的特点万有引力提供卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力，根据Gmm2rmr ma求出相应物理量的表达式即可讨论或求解
10、，需要注意的是a、v、T均与卫星质量无关3两种卫星的特点(1)近地卫星轨道半径地球半径卫星所受万有引力mg.卫星向心加速度g.(2)同步卫星同步卫星绕地心做匀速圆周运动的周期等于地球的自转周期所有同步卫星都在赤道上空相同的高度上【典题例析】 (2019高考天津卷)2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”已知月球的质量为M、半径为R，探测器的质量为m，引力常量为G，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的( )A周期为 B动能为C角速度为 D向心加速度为解析：选A.嫦娥四号探
11、测器环绕月球做匀速圆周运动时，万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，有m2rmmrma，解得、v、T、a，则嫦娥四号探测器的动能为Ekmv2，由以上可知A正确，B、C、D错误答案A【题组突破】角度1卫星轨道上物理参量的比较1(2019高考全国卷)金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火已知它们的轨道半径R金R地a地a火 Ba火a地a金Cv地v火v金 Dv火v地v金解析：选A.金星、地球和火星绕太阳公转时万有引力提供向心力，则有Gma，解得aG，结合题中R金R地a地a火，选项A正确，B错误；同理，有G
12、m，解得v，再结合题中R金R地v地v火，选项C、D均错误角度2三种宇宙速度及其应用2使物体脱离星球的引力束缚，不再绕星球运行，从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2v1.已知某星球的半径为地球半径R的4倍，质量为地球质量M的2倍，地球表面重力加速度为g.不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为()ABCD解析：选C.设在地球表面飞行的卫星质量为m，由万有引力提供向心力得，又由Gmg，解得地球的第一宇宙速度为v1 ；设该星球的第一宇宙速度为v1，根据题意，有；由题意知第二宇宙速度v2v1，联立得该星球的第二宇宙速度为v2，故A、B、
13、D错误，C正确角度3同步卫星的特点3(2019高考北京卷)2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)该卫星()A入轨后可以位于北京正上方B入轨后的速度大于第一宇宙速度C发射速度大于第二宇宙速度D若发射到近地圆轨道所需能量较少解析：选D.同步卫星只能位于赤道正上方，A项错误；由知，卫星的轨道半径越大，卫星做匀速圆周运动的线速度越小，因此入轨后的速度小于第一宇宙速度(近地卫星的速度)，B项错误；同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，C项错误；若发射到近地圆轨道，所需发射速度较小，所需能量较小，D项正确命题角度解决方法易错辨析天体运
14、行参量分析由万有引力提供向心力求解分清做哪种圆周运动来确定是根据万有引力提供向心力来计算还是作为整体来计算宇宙速度的计算由万有引力定律结合“黄金代换”联立求解一定是针对圆周运动而言同步卫星的特点从周期入手分析其他运动参量掌握几个定量关系的数值 卫星变轨与对接问题【高分快攻】人造卫星变轨过程中各物理量的分析比较人造卫星的发射过程要经过多次变轨，过程简图如图所示1变轨原理：卫星绕中心天体稳定运动时，万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，有Gm.当由于某种原因卫星速度v突然增大时，有Gm，卫星将偏离圆轨道做离心运动；当v突然减小时，有Gm，卫星将做向心运动2熟记变轨现象3各物理量的比较(1)两个不
15、同轨道的“切点”处线速度v不相等图中vvB，vAv.(2)同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度v大小不相等从远地点到近地点万有引力对卫星做正功，动能增大(引力势能减小)图中vAvB，EkAEkB，EpAEpB.(3)两个不同圆轨道上线速度v大小不相等轨道半径越大，v越小，图中vv.(4)不同轨道上运行周期T不相等根据开普勒行星运动第三定律k，内侧轨道的运行周期小于外侧轨道的运行周期图中TTT.(5)卫星在不同轨道上的机械能E不相等，“高轨高能，低轨低能”卫星变轨过程中机械能不守恒图中EEE.(6)在分析卫星运行的加速度时，只要卫星与中心天体的距离不变，其加速度大小(由万有引力提供)就一定与轨道
16、形状无关，图中aaB，aAa.【典题例析】 (多选)(2017高考全国卷)如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0.若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中()A从P到M所用的时间等于B从Q到N阶段，机械能逐渐变大C从P到Q阶段，速率逐渐变小D从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功解析在海王星从P到Q的运动过程中，引力做负功，根据动能定理可知，速度越来越小，C项正确；海王星从P到M的时间小于从M到Q的时间，因此从P到M的时间小于，A项错误；由于海王星运动过程中只受到太阳引力作用，引力做功不改变海
17、王星的机械能，即从Q到N的运动过程中海王星的机械能守恒，B项错误；从M到Q的运动过程中引力与速度的夹角大于90，因此引力做负功，从Q到N的过程中，引力与速度的夹角小于90，因此引力做正功，即海王星从M到N的过程中万有引力先做负功后做正功，D项正确答案CD (多选)在发射一颗质量为m的地球同步卫星时，先将其发射到贴近地球表面的圆轨道上(离地面高度忽略不计)，再通过一椭圆轨道变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道上已知卫星在圆形轨道上运行的加速度为g，地球半径为R，卫星在变轨过程中质量不变，则()A卫星在轨道上运行的加速度大小为gB卫星在轨道上运行的线速度大小为 C卫星在轨道上运行时经过P点的速率大于
18、在轨道上运行时经过P点的速率D卫星在轨道上做匀速圆周运动的动能大于在轨道上的动能解析：选BC.设地球质量为M，由万有引力提供向心力得在轨道上有Gmg，在轨道上有Gma，所以ag，A错误；又因a，所以v，B正确；卫星由轨道变轨到轨道需要加速做离心运动，所以卫星在轨道上运行时经过P点的速率大于在轨道上运行时经过P点的速率，C正确；尽管卫星从轨道变轨到轨道要在P、Q点各加速一次，但在圆形轨道上稳定运行时的速度v，由动能表达式知卫星在轨道上的动能小于在轨道上的动能，D错误双星与多星问题【高分快攻】1宇宙双星模型(1)各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供，即m1r1，m2r2.(2)两颗星的周期及角速
19、度都相同，即 T1 T2, 12.(3)两颗星的运行半径与它们之间的距离关系为：r1r2L.(4)两颗星到圆心的距离r1、r2 与星体质量成反比，即.(5)双星的运动周期 T2.(6)双星的总质量公式 m1m2.2宇宙三星模型(1)如图1所示，三颗质量相等的行星，一颗行星位于中心位置不动， 另外两颗行星围绕它做圆周运动这三颗行星始终位于同一直线上，中心行星受力平衡，运转的行星由其余两颗行星的引力提供向心力： ma向两行星运行的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等(2)如图2所示，三颗质量相等的行星位于一正三角形的顶点处，都绕三角形的中心做圆周运动每颗行星运行所需向心力都由其余两颗行星对其万
20、有引力的合力来提供，即2cos 30ma向，其中L 2rcos 30. 三颗行星运行的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等3双星与多星问题的解题思路(1)记忆口诀：N 星系统周期同，受力源自其他星；几何关系找半径，第二定律列方程(2)思维导图【典题例析】 2018年12月7日是我国发射“悟空”探测卫星三周年的日子，该卫星的发射为人类对暗物质的研究做出了重大贡献假设两颗质量相等的星球绕其球心连线中点转动，理论计算的周期与实际观测的周期有出入，且(n1)，科学家推测，在以两星球球心连线为直径的球体空间中均匀分布着暗物质，设两星球球心连线长度为L，质量均为m，据此推测，暗物质的质量为()A(n1
21、)mBnmCmDm解析双星均绕它们的连线的中点做圆周运动，理论上，由相互间的万有引力提供向心力得：Gm，解得：T理论L.根据观测结果，(n1)，这种差异是由双星内均匀分布的暗物质引起的，均匀分布在球体内的暗物质对双星系统的作用与一质量等于球内暗物质的总质量m，位于中点O处的质点的作用相同则有：Gm，解得：T观测L，联立解得：mm.答案D (2019青岛模拟) 2016年2月11日，美国科学家宣布探测到引力波的存在，引力波的发现将为人类探索宇宙提供新视角，这是一个划时代的发现在如图所示的双星系统中，A、B两个恒星靠着相互之间的引力正在做匀速圆周运动，已知恒星A的质量为太阳质量的29倍，恒星B的质
22、量为太阳质量的36倍，两星之间的距离L2105m，太阳质量M21030kg，引力常量G6.671011Nm2/kg2，210.若两星在环绕过程中会辐射出引力波，该引力波的频率与两星做圆周运动的频率具有相同的数量级，则根据题目所给信息估算该引力波频率的数量级是()A102HzB104HzC106HzD108Hz解析：选A.A、B的周期相同，角速度相等，靠相互之间的引力提供向心力有GMArAGMBrB有MArAMBrB，rArBL解得rALL.由得T则fHz1.6102Hz.一、单项选择题1(2018高考北京卷)若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为
23、地球半径60倍的情况下，需要验证()A地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的B月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的C自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的D苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的解析：选B.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律万有引力定律，则应满足Gma，即加速度a与距离r的平方成反比，由题中数据知，选项B正确，其余选项错误2为了测量某行星的质量和半径，宇航员记录了登陆舱在该行星表面做圆周运动的周期T，登陆舱在行星表面着陆后，用弹簧测力计称量一个质量为m的砝码，读数为F.已知引力常量为G.则下列说法错误的是()A该行量的质量为B该行星的半径
24、为C该行星的密度为D该行星的第一宇宙速度为解析：选B.据Fmg0mR，得R，B错误；由GmR，得M，又R，则M，A正确；密度，C正确；第一宇宙速度v，D正确3(2018高考全国卷)为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍P与Q的周期之比约为()A21B41C81D161解析：选C.由开普勒第三定律得k，故，C正确4“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步轨道卫星组成地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍，下列说法中正确的是
25、()A静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍B静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍C静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的D静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的解析：选A.根据万有引力提供向心力有Gmr， 解得卫星周期公式 T2，地球静止轨道卫星和中轨道卫星距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍，即轨道半径分别约为地球半径的7倍和4.4倍，所以静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍，故 A 正确；由 G m可得 v，所以静止轨道卫星的线速度大小小于中轨道卫星的线速度大小，故B错误；由Gmr2可得，由此可知，静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的0.5，故C错误；由Gm
26、a得a，所以静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的0.4，故D错误5(2017高考全国卷)2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的()A周期变大B速率变大C动能变大D向心加速度变大解析：选C.组合体比天宫二号质量大，轨道半径R不变，根据m，可得v，可知与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的速率不变，B项错误；又T，则周期T不变，A项错误；质量变大、速率不变，动能变大，C项正确；向心加速度a，不变，D项错误62017年10月16日，南京紫金山天文台对
27、外发布一项重大发现，我国南极巡天望远镜追踪探测到首例引力波事件光学信号关于引力波，早在1916年爱因斯坦基于广义相对论预言了其存在.1974年拉塞尔赫尔斯和约瑟夫泰勒发现赫尔斯泰勒脉冲双星，这双星系统在互相公转时，由于不断发射引力波而失去能量，逐渐相互靠近，此现象为引力波的存在提供了首个间接证据科学家们猜测该双星系统中体积较小的星球能“吸食”另一颗体积较大的星球表面的物质，达到质量转移的目的，则关于赫尔斯泰勒脉冲双星周期T随双星之间的距离L变化的关系图象正确的是()解析：选B.双星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供，m1R1m2R2，由几何关系得：R1R2L，解得：，已知此双星系统
28、中体积较小的星球能“吸食”另一颗体积较大的星体表面的物质，达到质量转移的目的，每个星球的质量变化，但质量之和不变，所以，故B正确，A、C、D错误7. 国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上设东方红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为()Aa2
29、a1a3Ba3a2a1Ca3a1a2Da1a2a3解析：选D.固定在赤道上的物体随地球自转的周期与同步卫星运行的周期相等，同步卫星做圆周运动的半径大，由ar可知，同步卫星做圆周运动的加速度大，即a2a3，B、C项错误；由于东方红二号与东方红一号在各自轨道上运行时受到万有引力，因此有Gma，即aG，由于东方红二号的轨道半径比东方红一号在远地点时距地高度大，因此有a1a2，A项错误，D项正确8利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为
30、()A1 hB4 hC8 hD16 h解析：选B.设地球半径为R，画出仅用三颗地球同步卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信时同步卫星的最小轨道半径示意图，如图所示由图中几何关系可得，同步卫星的最小轨道半径r2R.设地球自转周期的最小值为T，则由开普勒第三定律可得，解得T4 h，选项B正确92017年6月15日，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射首颗X射线调制望远镜卫星“慧眼”“慧眼”的成功发射将显著提升我国大型科学卫星研制水平，填补我国X射线探测卫星的空白，实现我国在空间高能天体物理领域由地面观测向天地联合观测的超越“慧眼”研究的对象主要是黑洞、中子星和射线暴等致密天体和
31、爆发现象在利用“慧眼”观测美丽的银河系时，若发现某双黑洞间的距离为L，只在彼此之间的万有引力作用下做匀速圆周运动，其运动周期为T，引力常量为G，则双黑洞总质量为()ABCD解析：选A.双黑洞靠相互间的万有引力提供向心力，有：Gm1r1，Gm2r2，解得：m2，m1，又因为r1r2L，则双黑洞总质量为：m总m2m1，故选A.10由三个星体构成的系统，叫做三星系统有这样一种简单的三星系统，质量刚好都相同的三个星体甲、乙、丙在三者相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心O在三角形所在的平面内做相同周期的圆周运动若三个星体的质量均为m，三角形的边长为a，万有引力常量为
32、G，则下列说法正确的是()A三个星体做圆周运动的半径均为aB三个星体做圆周运动的周期均为2aC三个星体做圆周运动的线速度大小均为 D三个星体做圆周运动的向心加速度大小均为解析：选B.质量相等的三星系统的位置关系构成一等边三角形，其中心O即为它们的共同圆心，由几何关系可知三个星体做圆周运动的半径ra，故选项A错误；每个星体受到的另外两星体的万有引力提供向心力，其大小F，则mr，得T2a，故选项B正确；由线速度v得v，故选项C错误；向心加速度a，故选项D错误二、多项选择题11. (2018高考天津卷)2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨
33、运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面处的重力加速度若将卫星绕地球的运动看做是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫星的()A密度B向心力的大小C离地高度D线速度的大小解析：选CD.卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，则有Gm()2(Rh)，无法计算得到卫星的质量，更无法确定其密度及向心力大小，A、B项错误；又Gm0g，联立两式可得hR，C项正确；由v(Rh)，可计算出卫星的线速度的大小，D项正确122019年1月5日，又有两颗北斗导航系统组网卫星通过“一箭双星”发射升空，并成功进入预定轨道，两颗卫星绕地
34、球的运动均看做匀速圆周运动如果两颗卫星的质量均为M，其中的1号卫星轨道距离地面高度为h，2号卫星轨道距离地面高度为h，且hh，把地球看做质量分布均匀的球体，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度大小为g，引力常量为G，下列说法正确的是()A1号卫星绕地球运动的线速度vRB1号卫星绕地球运动的周期T2(Rh) C1号卫星和2号卫星做匀速圆周运动的向心力大小之比为D稳定在轨运行时1号卫星的机械能小于2号卫星的机械能解析：选AD.根据公式GM和m0gG，解得vR，故A正确；根据公式GM(Rh)和m0gG，解得：T，故B错误；F1G，F2G，所以，故C错误；由于hh，卫星从低轨道向高轨道要点火加速，化
35、学能转化为机械能，所以稳定在轨运行时1号卫星的机械能小于2号卫星的机械能，故D正确13(2019烟台模拟)已知质量分布均匀的球壳对其内部物体的引力为零，设想在地球赤道正上方高h处和正下方深为h处各修建一绕地心的环形真空轨道，轨道面与赤道面共面，两物体分别在上述两轨道中做匀速圆周运动，轨道对它们均无作用力，设地球半径为R，则()A两物体的速度大小之比为B两物体的速度大小之比为C两物体的加速度大小之比为D两物体的加速度大小之比为解析：选AC.设地球密度为，则有：在赤道上方：Ga1，在赤道下方：Ga2，联立解得：，故选项A、C正确，选项B、D错误14我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月
36、球表面附近的近似圆轨道上绕月运行；然后经过一系列过程，在离月球表面4 m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止)；最后关闭发动机，探测器自由下落已知探测器的质量约为1.3103 kg，地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的3.7倍，地球表面的重力加速度大小约为9.8 m/s2.则此探测器()A在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9 m/sB悬停时受到的反冲作用力约为2103 NC从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒D在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度解析：选BD.设月球表面的重力加速度为g月，则3.72，解得g月1.7 m/s2.由v22g月h，
37、得着陆前的速度为v m/s3.7 m/s，选项A错误悬停时受到的反冲力Fmg月2103 N，选项B正确从离开近月圆轨道到着陆过程中，除重力做功外，还有其他外力做功，故机械能不守恒，选项C错误设探测器在近月圆轨道上和人造卫星在近地圆轨道上的线速度分别为v1、v2，则 1，故v1v2，选项D正确15(2019潍坊模拟)在星球表面发射探测器，当发射速度为v时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动；当发射速度达到v时，可摆脱星球引力束缚脱离该星球已知地球、火星两星球的质量比约为101，半径比约为 21，下列说法正确的有()A探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大B探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大C探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等D探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大解析：选BD.探测器在星球表面做匀速圆周运动时，由Gm，得v ，则摆脱星球引力时的发射速度v ，与探测器的质量无关，选项A错误；设火星的质量为M，半径为R，则地球的质量为10M，半径为2R，地球对探测器的引力F1G，比火星对探测器的引力F2G大，选项B正确；探测器脱离地球时的发射速度v1，脱离火星时的发射速度v2，v2v1，选项C错误；探测器脱离星球的过程中克服引力做功，势能逐渐增大，选项D正确- 19 -
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