适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练4万有引力定律及其应用（附解析）

这是一份适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练4万有引力定律及其应用（附解析），共7页。试卷主要包含了9 km/s等内容，欢迎下载使用。
1.(2023江苏卷)设想将来发射一颗人造卫星,能在月球绕地球运动的轨道上稳定运行,该轨道可视为圆轨道。该卫星与月球相比,一定相等的是( )
A.质量B.向心力大小
C.向心加速度大小D.受到地球的万有引力大小
2.(2023山东卷)牛顿认为物体落地是由于地球对物体的吸引,这种吸引力可能与天体间(如地球与月球)的引力具有相同的性质,且都满足F∝。已知地月之间的距离r大约是地球半径的60倍,地球表面的重力加速度为g,根据牛顿的猜想,月球绕地球公转的周期为( )
A.30πB.30π
C.120πD.120π
3.(2023广西柳州三模)北斗三号全球卫星导航系统由中圆轨道(轨道半径约28 000 km)卫星、地球静止同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星(两种卫星轨道半径相等,均约为42 000 km)组成,则( )
A.倾斜地球同步轨道卫星和地球静止同步轨道卫星周期不相等
B.北斗三号导航系统所有卫星绕地球运行的线速度均小于7.9 km/s
C.倾斜地球同步轨道卫星能定点北京上空并与北京保持相对静止
D.中圆轨道卫星线速度约为地球静止同步轨道卫星线速度的1.5倍
4.(2022湖北卷)2022年5月,我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接,形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动,周期约90 min。下列说法正确的是( )
A.组合体中的货物处于超重状态
B.组合体的速度大小略大于第一宇宙速度
C.组合体的角速度大小比地球同步卫星的大
D.组合体的加速度大小比地球同步卫星的小
5.(2023江西赣州一模)我国将卫星“夸父一号”成功送入太阳同步晨昏轨道,从宇宙中看,卫星一方面可视为绕地球做匀速圆周运动,轨道平面与地球的晨昏分界线共面,卫星轨道离地高度h=720 km,周期T1=100 min;另一方面卫星随地球绕太阳做匀速圆周运动,周期T2=1年。卫星轨道平面能保持垂直于太阳光线,如图所示。已知地球的半径为R,引力常量为G,则下列表述正确的是( )
A.晨昏轨道平面与地球静止卫星轨道平面重合
B.根据以上信息可以估算出地球的质量
C.“夸父一号”的发射速度大于11.2 km/s
D.根据,可估算出地球到太阳的距离r
6.(2023北京海淀一模)如图所示,卫星沿圆形轨道Ⅰ环绕地球运动。当其运动到M点时采取了一次减速制动措施,进入椭圆轨道Ⅱ或Ⅲ。轨道Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均与地球赤道平面共面。变更轨道后( )
A.卫星沿轨道Ⅲ运动
B.卫星经过M点时的速度小于7.9 km/s
C.卫星经过M点时的加速度变大
D.卫星环绕地球运动的周期变大
7.(2023海南统考)2022年6月5日,神舟十四号载人飞船(以下简称飞船)发射升空,与天和核心舱成功对接。假设飞船与天和核心舱对接过程的简化示意图如图所示,天和核心舱处于半径为r2的圆轨道Ⅲ上,飞船先被发送至半径为r1的圆轨道Ⅰ上,通过变轨操作后,沿椭圆轨道Ⅱ运动到远地点B处与天和核心舱对接。已知地球质量为m地,引力常量为G,则( )
A.飞船在轨道Ⅰ上运动的周期与天和核心舱运动的周期之比为
B.飞船沿轨道Ⅱ从近地点A运动到远地点B的过程中,速度不断减小
C.飞船在轨道Ⅱ上经过B点的加速度小于天和核心舱的加速度
D.飞船在轨道Ⅱ上由A点运动到B点的过程中,由于离地高度越来越大,所以机械能逐渐增大
8.(2023贵州毕节二模)引力波的发现证实了爱因斯坦100多年前所做的预测。1974年发现了脉冲双星间的距离在减小就已间接地证明了引力波的存在。如图所示,如果将脉冲双星系统简化为理想的圆周运动模型,双星绕彼此连线上的O点做匀速圆周运动。若引力常量为G,双星之间的距离为L,观测到双星的周期为T,则可估算出双星的( )
A.线速度B.轨道半径
C.质量之和D.向心加速度
B组素能提升练
9.(多选)(2023辽宁联考)2022年11月30日,我国六名航天员在空间站首次“太空会师”,向世界展示了中国航天工程的卓越能力。载人飞船的发射可简化为如图所示的过程,从地面发射后先沿椭圆轨道Ⅰ运行,从N点经时间t1后运行到距地面高度为400 km的M点,在M点与沿圆轨道Ⅱ运行的天和核心舱成功对接(M点为对接点),对接后从M点经时间t2第一次到达P点,P在MN连线延长线上。已知地球半径为6 400 km。不考虑地球自转的影响及对接所用时间,已知地球表面重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.飞船在轨道Ⅰ上N点的速度比M点的速度大
B.飞船在轨道Ⅱ上M点的速度比在轨道Ⅰ上M点的速度大
C.飞船沿轨道Ⅰ运行的时间t1大于沿轨道Ⅱ运行的时间t2
D.进入核心舱后,航天员的向心加速度为g
10.(多选)在两个大物体引力场空间中存在着一些点,在这些点处的小物体可相对于两个大物体基本保持静止,这些点称为拉格朗日点。中国探月工程中的“鹊桥号”中继卫星是世界上首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星,如图所示,该卫星在几乎不消耗燃料的情况下与月球同步绕地球做圆周运动。关于处于拉格朗日L1和L2点上的两颗同等质量的卫星,下列说法正确的是( )
A.两卫星绕地球做圆周运动的线速度相等
B.处于L2点的卫星绕地球做圆周运动的向心加速度大
C.处于L1点的卫星绕地球做圆周运动的角速度大
D.处于L2点的卫星绕地球做圆周运动的向心力大
11.(2023安徽宣城模拟)2022年10月7日,太原卫星发射中心在黄海海域使用长征十一号海射运载火箭,采用“一箭双星”方式,成功将微厘空间北斗低轨导航增强系统试验卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道。设两颗卫星轨道在赤道平面上,运行方向相同,运动周期也相同,其中a卫星为圆轨道,距离地面高度为ha=2R,b卫星为椭圆轨道,近地点M距离地面高度为远地点N距离地面高度的一半,地球表面的重力加速度为g,a卫星线速度大小为v1,b卫星在近地点M时线速度大小为v2,在远地点N时线速度大小为v3,地球半径为R,P点为两个轨道的交点。下列说法正确的是( )
A.b卫星远地点N距离地面高度为R
B.b卫星从N点运动到M点时间为6π
C.v2>v1>v3
D.a、b两卫星在P点受到地球的引力相等
12.(多选)(2023安徽芜湖一模)某航天器的发射过程可简化为两个阶段,如图所示,先由椭圆轨道1运动后调整至圆轨道2,然后以大小为v的速度在轨道2上稳定运行。轨道上A、B、C三点与地球中心在同一直线上,A、C两点分别为轨道1的远地点与近地点,且lAC=3lBC=3a。则( )
A.航天器在轨道1上C点的速度小于其在轨道2上B点的速度
B.航天器在轨道2上的机械能等于其在轨道1上的机械能
C.航天器在轨道1上A点的加速度等于
D.航天器在轨道2上运行的周期与在轨道1上运行的周期之比为8∶3
专题分层突破练4 万有引力定律及其应用
1.C 根据G=ma可知,由于轨道半径相同,故向心加速度一定相同,选项C正确;该卫星质量与月球质量基本上不可能相等,故向心力大小和受地球的万有引力大小不可能相等,选项A、B、D错误。
2.C 根据题意,月球所在位置处的重力加速度为g'=g,根据g'=r,解得T=120π,选项A、B、D错误,C正确。
3.B 根据万有引力提供向心力有=mr,可得T=,可知倾斜地球同步轨道卫星和地球静止同步轨道卫星周期相等,故A错误;根据万有引力提供向心力有=m,可得v=,地球第一宇宙速度7.9km/s等于卫星在地球表面轨道上绕地球做匀速圆周运动的线速度,可知北斗三号导航系统所有卫星绕地球运行的线速度均小于7.9km/s,故B正确;倾斜地球同步轨道卫星不能与北京保持相对静止,故C错误;根据万有引力提供向心力有=m,可得v=,可知中圆轨道卫星线速度与地球静止同步轨道卫星线速度之比为,故D错误。
4.C 组合体在天上只受万有引力的作用,则组合体中的货物处于失重状态,A错误;由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动,而第一宇宙速度为最大的环绕速度,则组合体的速度大小不可能大于第一宇宙速度,B错误;已知地球同步卫星的周期为24h,根据角速度和周期的关系有ω=,由于T同>T组合体,则组合体的角速度大小比地球同步卫星的大,C正确;由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动,有G=mr,得T=2π,由于T同>T组合体,则r同>r组合体,由ma=G,可得a同r1,故处于L2点的卫星绕地球做圆周运动的向心加速度大,向心力大,故B、D正确。
11.C 设b卫星运行的椭圆轨道半长轴为a0,根据开普勒第三定律有,即a0=3R,设近地点M距离地面高度为h0,有h0+2h0+2R=2a0=6R,解得h0=R,故b卫星远地点N距离地面高度为R,A错误。对卫星a有=m··3R,在地球表面有=m'g,联立解得T=2π,故b卫星从N点运动到M点时间为t=T=π=3π,B错误。根据开普勒第二定律可知v2>v3,卫星b由N点运动到P点时速度在增大,分析可知若在P点点火加速可进入圆形a轨道,可得v1>v3;同理,卫星b在近地点M减速可进入M点所在高度处的圆轨道,根据万有引力公式可知,当卫星围绕地球做圆周运动时轨道越高,速度越小,所以可知卫星a的速度小于M点所在高度处的圆轨道的速度,即卫星b在近地点M的速度大于卫星a的速度,所以有v2>v1>v3,C正确。根据万有引力公式,a、b两卫星在P点时到地球的距离相等,由于两卫星的质量关系未知,所以无法判断受到地球引力的大小关系,D错误。
12.CD 卫星在C点所在圆轨道变轨到轨道1需要点火加速,所以航天器在轨道1上C点的速度大于C点所在圆轨道的速度,根据G=m,可得v=,可知C点所在圆轨道的速度大于轨道2的速度,所以航天器在轨道1上C点的速度大于其在轨道2上B点的速度,A错误;卫星由轨道1加速变为轨道2,则卫星在轨道2上的机械能大于其在轨道1上的机械能,故B错误;由题意可得,轨道2半径为=2a,轨道2上经过A点的加速度等于轨道1上经过A点的加速度,又卫星在轨道2上A点速度为v,所以轨道2上经过A点的加速度等于,则在轨道1上经过A点的加速度等于,故C正确;轨道1的半长轴为,轨道2的半径为2a,由开普勒第三定律可得,所以航天器在轨道2上运行的周期与在轨道1上运行的周期之比为,D正确。