【物理】2020届一轮复习人教新课标万有引力与航天专题练（解析版) 13页

2020年高考物理考点精选精炼：万有引力与航天（基础卷)（解析版)1．以下涉及物理学史上的几个重大发现，其中说法正确的是A．卡文迪许发现了万有引力定律并通过扭秤实验测定出了万有引力恒量B．法拉第通过实验发现了电磁感应现象C．安培通过实验发现了电流周围存在磁场的现象D．牛顿根据理想斜面实验，提出力不是维持物体运动的原因2．我国发射的“神舟八号”飞船与先期发射的“天宫一号”空间站实现了完美对接。已知“天宫一号”绕地球做圆轨道运动，轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，假设沿椭圆轨道运动的“神州八号”环绕地球的运动方向与“天宫一号”相同，远地点与“天宫一号”的圆轨道相切于某点P，并在该点附近实现对接，如图所示。则下列说法正确的是（　　）A．根据题设条件可以计算出地球对“天宫一号”的引力大小B．根据题中条件可以计算出地球的质量C．在远地点P处，“神舟八号”的加速度比“天宫一号”大D．要实现在远地点P处对接，“神舟八号”需在靠近P处之前应该点火减速3．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（　　）A．卫星在轨道3上运行的周期小于在轨道1上的周期 B．卫星在轨道3上的机械能大于在轨道1上的机械能C．卫星在轨道2上经过Q点时的加速度大于它在轨道1上经过Q点时的加速度D．卫星在轨道2上由Q点运动至P点的过程中，速度增大，加速度减小4．关于行星运动定律和万有引力定律的建立过程，下列说法正确的是（）A.第谷通过整理大量的天文观测数据得到行星运动规律B.哥白尼提出了日心说并发现了行星沿椭圆轨道运行的规律C.开普勒通过总结论证，总结出了万有引力定律。D.卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，测出了引力常量的数值5．对于万有引力定律的表达式，下面说法正确的是（）A．公式中G为引力常量，它的大小首先是由牛顿测出来的B．当r趋于零时，万有引力趋于无穷大C．m1、m2受到的万有引力大小总是相等的D．不能看作质点的两物体之间不存在相互作用的引力6．2019年1月15日，嫦娥四号生物科普试验载荷项目团队发布消息称停留在月球上的“嫦娥四号”探测器上的一颗棉花种子已经发芽，这是人类首次在月球上进行生物生长实验．如图所示，“嫦娥四号”先在环月圆轨道Ⅰ上运动，接着在Ⅰ上的A点实施变轨进入近月的椭圆轨道Ⅱ，再由近月点B实施近月制动，最后成功登陆月球，下列说法正确的是(　　)A．“嫦娥四号”绕轨道Ⅱ运行的周期大于绕轨道Ⅰ运行的周期B．“嫦娥四号”沿轨道Ⅰ运动至A时，需制动减速才能进入轨道ⅡC．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在A点的加速度大小大于在B点的加速度大小D．“嫦娥四号”在轨道Ⅱ上由A点运行到B点的过程，速度逐渐减小7．2019年春节期间，中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播．影片中为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动机，使地球完成一系列变轨操作，其逃离过程如图所示，地球在椭圆轨道I上运行到远日点B变轨，进入圆形轨道Ⅱ．在圆形轨道Ⅱ上运行到B点时再次加速变轨，从而最终摆脱太阳束缚．对于该过程，下列说法正确的是 A．沿轨道I运动至B点时，需向前喷气减速才能进入轨道ⅡB．沿轨道I运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期C．沿轨道I运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度D．在轨道I上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大8．2019年春节档，科幻电影《流浪地球》红遍大江南北。电影讲述的是太阳即将毁灭，人类在地球上建造出巨大的推进器，使地球经历停止自传、加速逃逸、匀速滑行、减速入轨等阶段，最后成为新恒星(比邻星)的一颗行星的故事。假设几千年后地球流浪成功，成为比邻星的一颗行星，设比邻星的质量为太阳质量的，地球质量在流浪过程中损失了，地球绕比邻星运行的轨道半径为地球绕太阳运行轨道半径的，则下列说法不正确的是（）A．地球绕比邻星运行的公转周期和绕太阳的公转周期相同B．地球绕比邻星运行的向心加速度是绕太阳运行时向心加速度的C．地球与比邻星的万有引力为地球与太阳间万有引力的D．地球绕比邻星运行的动能是绕太阳运行时动能的9．（多选）如图所示,P、Q为质量均为m的两个质点,分别置于地球表面的不同纬度上,如果把地球看成一个均匀球体,P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动,则下列说法正确的是(  )A．P、Q受地球引力大小相等 B．P、Q做圆周运动的向心力大小相等C．P、Q故圆周运动的角速度大小相等D．P受地球引力大于Q所受地球引力10．（多选）在地球表面用弹簧秤悬挂一个小球处于静止时，示数为F，假如宇航员登上某个半径为地球2倍的行星表面，仍用弹簧秤悬挂这个小球处于静止，弹簧秤示数为F/4，则下列说法正确的是A．这个行星的质量与地球质量之比为1∶1B．这个行星的自转周期与地球的自转周期之比为2∶1C．这个行星的重力加速度与地球的重力加速度之比为1∶4D．这个行星的平均密度与地球的平均密度之比为1∶411．（多选）中国北斗卫星导航系统足中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统、欧洲伽利略卫星导航系统之后第四个成熟的卫星导航系统。2018年12月27日北斗三号基本系统完成建设，即日起提供全球服务。在北斗卫星导航系统中，有5颗地球静止轨道卫星，它们就好像静止在地球上空的某点。对于这5颗静止轨道卫星，下列说法正确的是( )A．它们均位于赤道正上方B．它们的周期小于近地卫星的周期C．它们离地面的高度都相同D．它们绕地球转动的方向可以是不同的12．（多选）很多国家发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆形轨道1运行,然后在点点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后在点再次点火,将卫星送入同步圆形轨道3运行.已知轨道1、2相切于点,轨道2、3相切于点.若只考虑地球对卫星的引力作用,则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法正确的是() A．若卫星在1、2、3轨道上正常运行时的周期分别为、、,则有B．轨道2的卫星与轨道3的卫星经过P点的向心加速度不相等C．根据可知,卫星在轨道2上任意位置的速度都小于在轨道1上的运行速度D．卫星沿轨道2由点运行到点过程中引力做负功,卫星的运行速率在减小13．太阳的质量是2.0×1030kg，地球的质量是5.89×1024kg，太阳和地球的平均距离是1.5×1011m，太阳和地球之间的万有引力是多大？已知拉断横截面积S0＝1cm2的钢棒需施力F0＝6.68×104N，那么太阳吸引地球的力可以拉断横截面积多大的钢棒？（计算结果保留两位有效数字）14．我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后，与已经在轨运行的“天宫二号”空间实验室成功对接形成组合体。假设组合体在距地面高度为的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，已知地球质量为、组合体质量为、地球的半径为、地球表面处重力加速度为，且不考虑地球自转的影响。设问（1）求地球对该组合体万有引力的大小（用，、和表示）。（2）求该组合体运行的线速度的大小。（3）在太空失重的环境中，可以做很多有趣的实验，你认为在“天宫二号”空间实验室中可进行哪些物理小实验？请写出1个实验。15．用弹簧测力计称量一个相对于地球静止的物体的重力，随称量位置的变化可能会有不同结果。已知地球质量为M，自转周期为T，引力常量为G。将地球视为半径为R、质量分布均匀的球体，不考虑空气的影响。设在地球北极地面称量时，弹簧测力计的读数是F0。（1）若在北极上空高出地面h处称量，弹簧测力计读数为F1，求比值的表达式,并就 h=0.5%R的情形算出具体数值（计算结果保留两位有效数字）；（2）若在赤道表面称量，弹簧测力计读数为F2，求比值的表达式。16．宇航员在地面附近以一定的初速度竖直上抛一个小球，经时间t小球回落原处；若他在某未知星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，发现需经5t的时间小球才落回原处。已知地球表面附近的重力加速度。现把两个星球都处理成质量分布均匀的球体，在不考虑未知星体和地球自转和空气阻力影响的情况下，试分析：(1)该未知星球表面附近的重力加速度的大小？(2)若已测得该未知星球的半径和地球的半径之比为，求该星球的质量与地球的质量之比。参考答案1．B【解析】【详解】A.牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许通过扭秤实验，测定出了万有引力恒量；故A错误.B.法拉第通过实验发现了五种磁生电的电磁感应现象；故B正确.C.奥斯特通过实验发现了电流周围存在磁场的现象；故C错误.D.伽利略根据理想斜面实验，提出力不是维持物体运动的原因；故D错误.2．B【解析】【详解】AB、根据知，地球的质量，由于“天宫一号”的质量未知，无法求出地球对“天宫一号”的引力大小，故A错误，B正确。C、根据,得：，则在远地点P处，“神舟八号”的加速度与“天宫一号”加速度相等，故C错误.D、要实现在远地点P处对接，“神舟八号”需在靠近P处之前应该点火加速，使得万有引力等于向心力，故D错误.3．B【解析】 【详解】A、据万有引力提供圆周运动向心力可得卫星的周期，可知，轨道3的半径大于轨道1的轨道半径，故轨道3上的周期大于轨道1上的周期，A错误；B、卫星要从轨道1变轨到轨道3，需要在Q点加速后沿轨道2运动，在轨道2上经过P点时再加速，最后在轨道3上运动，所以卫星在轨道3上的机械能大于在轨道1上的机械能，B正确；C、同在Q点，万有引力产生的加速度相同，与卫星所在的轨道无关，C错误；D、卫星在轨道2上由Q点运动至P点过程中，引力对卫星做正功，卫星的速度越来越大，卫星离地球越来越近，万有引力产生的加速度越来越大，D错误。4．D【解析】【详解】A.开普勒对天体的运行做了多年的研究，最终得出了行星运行三大定律，故A项不合题意.B.哥白尼提出了日心说，开普勒发现了行星沿椭圆轨道运行的规，故B项不合题意.C.牛顿通过总结论证，总结出了万引力定律，并通过比较月球公转的周期，根据万有引力充当向心力，对万有引力定律进行了“月地检验”，故C项不合题意.D.牛顿发现了万有引力定律之后，第一次通过实验比较准确地测出万有引力常量的科学家是卡文迪许，故D项符合题意.5．C【解析】【详解】A、公式中为万有引力常量，是由卡文迪许通过实验测得，故选项A错误；B、万有引力公式 适用于两质点间的万有引力计算，质量均匀的球体间的引力也可以通过此式计算，当趋近于零时，两物体不能看成质点，万有引力定律不再适用，故选项B错误；C、两个物体间的万有引力总是大小相等，方向相反，是一对作用力和反作用力，与两物体的质量是否相等无关，故选项C正确； D、万有引力存在于一切物体之间，故选项D错误。6．B【解析】【详解】A.轨道Ⅱ的半长轴小于轨道Ⅰ的半径，根据开普勒第三定律可知“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行的周期小于沿轨道Ⅰ运行的周期.故选项A不符合题意.B.在轨道Ⅰ上从A点开始变轨进入轨道Ⅱ，可知“嫦娥四号”做向心运动，在A点应该制动减速.故选项B符合题意C.在轨道Ⅱ上运动时，“嫦娥四号”在A点时的万有引力比在B点时的小，故在A点的加速度小于在B点的加速度.故选项C不符合题意.D.根据开普勒第二定律可知，“嫦娥四号”在轨道Ⅱ上由A点运行到B点的过程中，速度逐渐增大.故选项D不符合题意.7．B【解析】【分析】卫星进入高轨道要点火加速；根据开普勒第三定律判断沿轨道I运行的周期与沿轨道Ⅱ运行的周期关系；根据判断加速度关系；根据开普勒第二定律判断在轨道I上由A点运行到B点的过程中的速度变化。【详解】A．沿轨道I运动至B点时，需向后喷气加速才能进入轨道Ⅱ，选项A错误；B．因在轨道Ⅰ的半长轴小于轨道Ⅱ的运动半径，根据开普勒第三定律可知，沿轨道I运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期，选项B正确；C．根据可知，沿轨道I运行时，在A点的加速度大于在B点的加速度，选项C错误；D．根据开普勒第二定律可知，在轨道I上由A点运行到B点的过程，速度逐渐减小，选项D错误；故选B.【点睛】 此题关键是知道卫星变轨的方法，由高轨道进入低轨道要制动减速，由低轨道进入高轨道要点火加速；能用开普勒行星运动定律来解释有关的问题.8．D【解析】【详解】A.万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得解得公转周期则地球绕比邻星（记为1）运行的公转周期与绕太阳（记为2）的公转周期之比即公转周期：，故选项A不合题意；B.万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得解得向心加速度则地球绕比邻星运行的向心加速度与绕太阳运行时向心加速度之比故选项B不合题意；C.万有引力地球与比邻星的万有引力和地球与太阳间万有引力之比故选项C不合题意； D.万有引力提供向心力，由牛顿第定律动能地球绕比邻星运行的动能与绕太阳运行时动能之比==故选项D符合题意。9．AC【解析】【详解】P、Q两质点距离地心的距离相等，根据知，两质点受到的引力大小相等。故A正确，D错误。P、Q两质点角速度大小相等，周期相等，根据F=mr知，Q转动的半径大于P质点转动的半径，则P受到的向心力小于Q质点受到的向心力。故B错误，C正确。故选AC。10．AC【解析】【详解】由题可知，由F=mg可知行星表面重力加速度等于地球重力加速度的1/4，根据可得M=gR2/G，可知这个行星的质量与地球质量之比为1∶1，选项AC正确；由题设条件不能求解这个行星的自转周期与地球的自转周期之比，选项B错误；根据，可知这个行星的平均密度与地球的平均密度之比为1∶8，选项D错误；故选AC.11．AC【解析】 【详解】所有同步卫星都是定点在赤道的正上方，选项A正确；它们的周期都等于地球自转的周期24h，且大于近地卫星的周期，选项B错误；根据可知，它们离地面的高度都相同，选项C正确；它们与地球同步，则绕地球转动的方向都是相同的，选项D错误；故选AC.12．AD【解析】【详解】A.根据开普勒第三定律可知，半长轴越大，周期越长，所以，A正确。B.根据万有引力提供合力：，无论哪个轨道经过P点，距地心距离都相同，加速度一样，B错误。C.在Q点，从1轨道进2轨道需要点火加速离心，所以在Q点2轨道速度大于1轨道速度，C错误。D.卫星沿轨道2由点运行到点过程中引力做负功，卫星动能减小，卫星的运行速率在减小，D正确。13．3.5×1022N；5.2×1013m2【解析】【详解】根据万有引力定律，太阳和地球之间的万有引力F=G=6.6710-11N=3.5×1022N.太阳吸引地球的力可以拉断钢棒的横截面积S==cm2=5.21017cm2=5.21013m2.14．（1）（2）（3）【解析】 【详解】（1）由万有引力定律可得：①在地球的表面为：②所以：③（2）根据组合体绕地球运行，万有引力做向心力可得：④所以，运行线速度为：⑤联立②⑤得：⑥（3）实验：测物体的质量实验方案：利用力传感器测出物体受到的合力为F，由加速度传感器测出物体运动的加速度a，根据牛顿第二定律可得：15．（1）表达式为，具体比值为0.99（2）【解析】【详解】（1）在地球北极点不考虑地球得自转，则称所称得得重力为万有引力，于是联立解得（2） 联立解得16．（1）2m/s2（2）【解析】【详解】解：(1)设未知星体表面附近的重力加速度为则有在地面上：在未知星体表面附近：则该未知星球表面附近的重力加速度的大小为：(2)设地球的质量为，地球的半径为，星球的质量为，星球的半径为，不考虑自转影响，可认为放在不同星体表面附近物体的重力等于星体对它的万有引力，即在地面附近：在未知星体表面附近：由于可得该未知星球的质量与地球的质量之比：