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1、2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第四章 第四節(jié) 萬(wàn)有引力與航天高效演練
1.(多選)(xx·云南統(tǒng)測(cè))如圖所示,兩星球相距為L(zhǎng),質(zhì)量比為mA∶mB=1∶9,兩星球的半徑遠(yuǎn)小于L.從星球A沿A、B連線向B以某一初速度發(fā)射一探測(cè)器,只考慮星球A、B對(duì)探測(cè)器的作用,下列說(shuō)法正確的是( )
A.探測(cè)器的速度一直減小
B.探測(cè)器在距星球A為處加速度為零
C.若探測(cè)器能到達(dá)星球B,其速度可能恰好為零
D.若探測(cè)器能到達(dá)星球B,其速度一定大于發(fā)射時(shí)的初速度
解析:選BD.設(shè)在距離星球A為x位置時(shí),探測(cè)器所受合力為零,即G=G,解得x=,B正確;在距離星球A的距離小于時(shí),探測(cè)器所受合力指向星球
2、A,在距離大于時(shí),所受合力指向星球B,因此在整個(gè)過(guò)程中,合力對(duì)探測(cè)器先做負(fù)功,再做正功,由動(dòng)能定理可知,探測(cè)器速度先減小后增大,A錯(cuò)誤;在與兩星球距離相等的兩點(diǎn)中,距離星球B的點(diǎn)受合力較大,因此從星球A運(yùn)動(dòng)到星球B整個(gè)過(guò)程合力做正功,由動(dòng)能定理可知,到達(dá)星球B時(shí)探測(cè)器的速度大于離開星球A時(shí)的發(fā)射速度,不可能速度為零,C錯(cuò)誤,D正確.
2.(多選)(xx·沈陽(yáng)質(zhì)量監(jiān)測(cè))已知引力常量為G,地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g和地球的自轉(zhuǎn)周期為T,不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響,利用以上條件可求出的物理量是( )
A.地球的質(zhì)量
B.地球與其同步衛(wèi)星之間的引力
C.第一宇宙速度
D.地球同步衛(wèi)星
3、的高度
解析:選ACD.不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響,在地球表面萬(wàn)有引力等于重力,可求得地球質(zhì)量,選項(xiàng)A正確;同步衛(wèi)星的質(zhì)量不知道,因此無(wú)法求出地球與同步衛(wèi)星之間的引力,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由已知條件可求得第一宇宙速度,選項(xiàng)C正確;由同步衛(wèi)星的周期可計(jì)算同步衛(wèi)星的軌道半徑,進(jìn)一步計(jì)算得出同步衛(wèi)星的高度,選項(xiàng)D正確.
3.(單選)(xx·合肥質(zhì)檢)“北斗”系統(tǒng)中兩顆工作衛(wèi)星1和2在同一軌道上繞地心O沿順時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng),軌道半徑為r,某時(shí)刻它們分別位于軌道上的A、B兩位置,如圖所示.已知地球表面處的重力加速度為g,地球半徑為R,不計(jì)衛(wèi)星間的相互作用力.以下判斷中正確的是( )
A.這兩顆衛(wèi)
4、星的向心加速度大小為a=g
B.這兩顆衛(wèi)星的角速度大小為ω=R
C.衛(wèi)星1由位置A運(yùn)動(dòng)至位置B所需的時(shí)間為t=
D.如果使衛(wèi)星1加速,它就一定能追上衛(wèi)星2
解析:選C.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力,即G=ma,由萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系得G=mg,解兩式得a=g,A錯(cuò)誤;由a=ω2r,將上式代入得ω=,B錯(cuò)誤;衛(wèi)星1由位置A運(yùn)動(dòng)到位置B所需時(shí)間為衛(wèi)星周期的,由T=,t=,C正確;衛(wèi)星1加速后做離心運(yùn)動(dòng),進(jìn)入高軌道運(yùn)動(dòng),不能追上衛(wèi)星2,D錯(cuò)誤.
4.(多選)(xx·陜西西安質(zhì)檢)我國(guó)研制并成功發(fā)射的“嫦娥二號(hào)”探測(cè)衛(wèi)星,在距月球表面高度為h的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
5、,運(yùn)行的周期為T,若以R表示月球的半徑,則( )
A.“嫦娥二號(hào)”探測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)的線速度為
B.“嫦娥二號(hào)”探測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)的向心加速度為
C.月球的第一宇宙速度為
D.物體在月球表面自由下落的加速度為
解析:選BC.根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)可得v=,a=,A錯(cuò)誤,B正確;由萬(wàn)有引力提供向心力可得=m(R+h),又g月=,解得g月=,第一宇宙速度v1==,所以C正確,D錯(cuò)誤.
5.(單選)如圖所示,1、3軌道均是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道示意圖,1軌道的半徑為R,2軌道是一顆衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)的軌道示意圖,3軌道與2軌道相切于B點(diǎn),O點(diǎn)為地球球心,AB為橢圓的長(zhǎng)軸,三軌道和地心
6、都在同一平面內(nèi).已知在1、2兩軌道上運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的周期相等,引力常量為G,地球質(zhì)量為M,三顆衛(wèi)星的質(zhì)量相等,則下列說(shuō)法正確的是( )
A.衛(wèi)星在3軌道上的機(jī)械能小于在2軌道上的機(jī)械能
B.若衛(wèi)星在1軌道上的速率為v1,衛(wèi)星在2軌道A點(diǎn)的速率為vA,則v1<vA
C.若衛(wèi)星在1、3軌道上的加速度大小分別為a1、a3,衛(wèi)星在2軌道A點(diǎn)的加速度大小為aA,則aA<a1<a3
D.若OA=0.4R,則衛(wèi)星在2軌道B點(diǎn)的速率vB>
解析:選B.2、3軌道在B點(diǎn)相切,衛(wèi)星在3軌道相對(duì)于2軌道是做離心運(yùn)動(dòng)的,衛(wèi)星在3軌道上的線速度大于在2軌道上B點(diǎn)的線速度,因衛(wèi)星質(zhì)量相同,所以衛(wèi)星在3軌道上的
7、機(jī)械能大于在2軌道上的機(jī)械能,A錯(cuò)誤;以O(shè)A為半徑作一個(gè)圓軌道4與2軌道相切于A點(diǎn),則v4<vA,又因v1<v4,所以v1<vA,B正確;加速度是萬(wàn)有引力產(chǎn)生的,只需要比較衛(wèi)星到地心的高度即可,應(yīng)是aA>a1>a3,C錯(cuò)誤;由開普勒第三定律可知,2軌道的半長(zhǎng)軸為R,OB=1.6R,3軌道上的線速度v3=,又因vB<v3,所以vB< ,D錯(cuò)誤.
6.(xx·河南三門峽一模)在天體運(yùn)動(dòng)中,將兩顆彼此相距較近的行星稱為雙星.它們?cè)谙嗷サ娜f(wàn)有引力作用下間距保持不變,并沿半徑不同的同心圓軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng).如果雙星間距為L(zhǎng),質(zhì)量分別為M1和M2,試計(jì)算:
(1)雙星的軌道半徑;
(2)雙星的運(yùn)行周期;
(3)雙星的線速度.
解析:因?yàn)殡p星受到同樣大小的萬(wàn)有引力作用,且保持距離不變,繞同一圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示,所以具有周期、頻率和角速度均相同,而軌道半徑、線速度不同的特點(diǎn).
(1)由于兩星受到的向心力相等,
則M1ω2R1=M2ω2R2,L=R1+R2.
由此得:R1=L,R2=L.
(2)由萬(wàn)有引力提供向心力得
G=M12R1=M22R2.
所以,周期為T=2πL.
(3)線速度v1==M2,
v2==M1.
答案:(1)R1=L R2=L
(2)T=2πL
(3)v1=M2 v2=M1