高考物理考点——万有引力定律及其应用

考点解读

一、万有引力和重力的关系

1.在地球表面上的物体

地球在不停地自转、地球上的物体随地球自转而做圆周运动,自转圆周运动需要一个向心力,是重力不直接等于万有引力而近似等于万有引力的原因,如图所示,万有引力为F,重力为G,向心力为Fn。当然,真实情况不会有这么大偏差。

2.离开地球表面的物体

卫星在做圆周运动时,只受到地球的万有引力作用,我们认为卫星所受到的引力就是卫星在该处所受到的重力, ,该处的重力加速度。这个值也是卫星绕地球做圆周运动的向心加速度的值;卫星及内部物体处于完全失重状态。(为什么?)

考向一 万有引力和重力的关系

(2018·云南省云天化中学高一下学期期末)已知某半径与地球相等的星球的第一宇宙速度是地球的倍。地球表面的重力加速度为g。在这个星球上用细线把小球悬挂在墙壁上的钉子O上,小球绕悬点O在竖直平面内做圆周运动。小球质量为,绳长为,悬点距地面高度为。小球运动至最低点时,绳恰被拉断,小球着地时水平位移为s。求:

1.(2018·河南省驻马店市高一下学期期末)设地球表面处重力加速度为g,地球半轻为R,在地球赤道平面上距地面高度为2R处的重力加速度为g',则  等于

A.0.25              B.0.5              C.4                D.9

【答案】D

【解析】据题意有:在地面上物体受到的重力等于万有引力,在高度为2R的位置处,重力等于万有引力,联立解得,故D正确,ABC错误。故选D。

2.(2018·福建省厦门市高一下学期期末质量检测)假如你乘坐我国自行研制的、代表世界领先水平的神州X号宇宙飞船,通过长途旅行,目睹了美丽的火星,为了熟悉火星的环境,飞船绕火星做匀速圆周运动,离火星表面的高度为H,测得飞行n圈所用的时间为t,已知火星半径为R,引力常量为G,求:

(1)神舟X号宇宙飞船绕火星的周期T

(2)火星表面重力加速度g

考向二  估算天体的质量和密度

2016年10月19日凌晨“神舟十一号”飞船与“天宫二号”成功实施自动交会对接。如图所示,已知“神舟十一号”“天宫二号”对接后,组合体在时间t内沿圆周轨道绕地球转过的角度为θ,组合体轨道半径为r,地球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑地球自转。则下列各量不能求出的是

A.地球的质量

B.地球的平均密度

C.组合体做圆周运动的线速度

D.组合体受到地球的万有引力

【参考答案】D

1.(2018·广东省普宁市第二中学高三七校联合体考前冲刺交流考试)宇航员乘坐航天飞船,在距月球表面高度为H的圆轨道绕月运行。经过多次变轨最后登上月球。宇航员在月球表面做了一个实验:将一片羽毛和一个铅球从高度为h处同时以速度v0水平抛出,二者同时落到月球表面,测量其水平位移为x。已知引力常量为G,月球半径为R,则下列说法不正确的是

2.(2018·河南省濮阳市高一下学期升级考试)观察“嫦娥三号”在环月轨道上的运动,发现每经时间t通过的弧长为l,该弧长对应的圆心角为θ(弧度),如图所示,已知引力常量为G,“嫦娥三号”的环月轨道可近似看成是圆轨道,由此可推导月球的质量为

考向三 万有引力定律的应用

如图所示,O为地球的球心,A为地球表面上的点,BOA连线间的点,AB=d,将地球视为质量分布均匀的球体,半径为R。设想挖掉以B为圆心、以为半径的球。若忽略地球的自转,则挖出球体后A点的重力加速度与挖去球体前的重力加速度之比为

考向四 天体的匀速圆周运动模型

质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行,其运动视为匀速圆周运动。已知月球的质量为M,月球的半径为R,月球表面的重力加速度为g,引力常量为G,不考虑月球自转的影响,则航天器的

1.(2018·山西省大同市高一下学期期末统考)2011年8月,“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,则此飞行器的

A.线速度等于地球的线速度

B.向心加速度大于地球的向心加速度

C.向心力仅由太阳的引力提供

D.向心力仅由地球的引力提供

【答案】B

2.(2018·安徽省安徽师大附中高一下学期期末模拟)据国家航天局计划,2006年已启动的”嫦娥奔月”工程,发射了一艘绕月球飞行的飞船。设另有一艘绕地球飞行的飞船,它们都沿圆形轨道运行并且质量相等,绕月球飞行的飞船的轨道半径是绕地球飞行的飞船轨道半径的四分之一,已知地球质量是月球质量的倍,则绕地球飞行的飞船与绕月球飞行的飞船相比较

A.向心加速度之比为6:1

B.线速度之比为

C.周期之比为

D.动能之比为

【答案】BCD

1.下面说法错误的是

A.海王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的

B.天王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的

C.天王星的运动轨道偏离根据万有引力定律计算出来的轨道,其原因是由于天王星受到轨道外面其他行星的引力作用

D.冥王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的

2.2016年10月17日我国“神舟十一号”载人飞船在中国酒泉卫星发射中心顺利升空,“神舟十一号”和“天宫二号”对接,对接后一起绕地球做圆周运动的轨道高度是h=400 km,若地球半径为R,第一宇宙速度为v,则可知“神舟十一号”和“天宫二号”对接后整体的环绕速度为

3.(2018安徽合肥六中、淮北一中高一第二学期期末联考)若太阳系内每个行星贴近其表面运行的卫星的周期用T表示,该行屋的平均密度是ρ,到太阳的距离是R,已知引力常量G。则下列说法正确的是

A.可以求出该行星的质量                 B.可以求出太阳的质量

C.ρT²是定值                            D.是定值

4.2016年10月19日凌晨,“天宫二号”和“神舟十一号”在离地高度为393千米的太空相约,两个比子弹速度还要快8倍的空中飞行器安全无误差地对接在一起,假设“天宫二号”与“神舟十一号”对接后绕地球做匀速圆周运动,已知同步轨道离地高度约为36 000千米,则下列说法中正确的是

 

A.为实现对接,“神舟十一号”应在离地高度低于393千米的轨道上加速,逐渐靠近“天宫二号”

B.“比子弹快8倍的速度”大于7.9×103 m/s

C.对接后运行的周期小于24 h

D.对接后运行的加速度因质量变大而变小

5.(2018·山西省临汾市第一中学高一下学期期末)美国科学家通过射电望远镜观察到宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统:三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行。设每个星体的质量均为M,忽略其他星体对它们的引力作用,则

A.环绕星运动的角速度为

B.环绕星运动的线速度为

C.环绕星运动的周期为

D.环绕星运动的周期为

6.宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动,飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上,用R表示地球的半径,g表示地球表面处的重力加速度,g0表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度,N表示人对秤的压力,则关于g0、N下面正确的是

7.2016年1月5日上午,国防科工局正式发布国际天文学联合会批准的嫦娥三号探测器着陆点周边区域命名为“广寒宫”,附近三个撞击坑分别命名为“紫微”、“天市”、“太微”。此次成功命名,是以中国元素命名的月球地理实体达到22个。质量为m的人造地球卫星与月心的距离为r时,重力势能可表示为,其中G为引力常量,M为月球质量。若“嫦娥三号”在原来半径为R1的轨道上绕月球做匀速圆周运动,由于受到极其稀薄空气的摩擦作用,飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R2,已知:月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,地球表面的重力加速度为g,此过程中因摩擦而产生的热量为

8.2016年9月15日,中国成功发射天宫二号空间实验室,对其轨道进行控制、调整到距离地面高h=393 km处与随后发射的神舟十一号飞船成功对接,景海鹏和陈冬雨两名航天员进驻天宫二号。已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,当天宫二号在预定轨道正常运行时,下列描述正确的是

A.宇航员在天宫二号内可用天平测物体的质量

B.天宫二号运动周期大于24 h

C.天宫二号线速度大小为

D.天宫二号如果要变轨到高轨道则需要加速

9.如图所示,AB两卫星绕地球运行,运动方向相同,此时两卫星距离最近,其中A是地球同步卫星,轨道半径为r。地球可看成质量均匀分布的球体,其半径为R,自转周期为T。若经过时间t后,AB第一次相距最远,下列说法正确的有

10.人们经长期观测发现,天王星绕太阳圆周运动实际运行的轨道总是周期性地每隔t0时间发生一次最大的偏离。英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维耶认为形成这种现象的原因是天王星外侧还存在着一颗未知行星。这就是后来被称为“笔尖下发现的行星”——海王星,已知天王星运行的周期为T0,轨道半径为R0。则得到海王星绕太阳运行周期T,轨道半径R正确的是

11.(2018·贵州省毕节市高一下学期期末考试)以下是某同学就有关月球的知识设计的两个问题,现请你解答:

(1)若已知地球半径为,地球表面的重力加速度为,月球绕地球运动圈的时间为,且把月球绕地球的运动近似看作是匀速圆周运动,试求出月球绕地球运动的轨道半径;

(2)若未来某位宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度竖直向上抛出一个小球,经过时间,小球向上运动达到最高点。已知月球半径为R,万有引力常量为,试求出月球的质量M

12.(2018·新课标全国II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“J0318+0253”,其自转周期T=5.19 ms,假设星体为质量均匀分布的球体,已知万有引力常量为。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为

13.(2018·浙江新高考选考科目)土星最大的卫星叫“泰坦”(如图),每16天绕土星一周,其公转轨道半径约为1.2×106 km,已知引力常量G=6.67×10–11 N·m2/kg2,则土星的质量约为

A.5×1017 kg        B.5×1026 kg         C.7×1033 kg         D.4×1036 kg

14.(2018·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1/602

B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1/602

C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/6

D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/60

15.(2018·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的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动,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

16.(2017·北京卷)利用引力常量G和下列某一组数据,不能计算出地球质量的是

A.地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)

B.人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期

C.月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离

D.地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离

17.(2017·新课标全国Ⅲ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

18.(2016·海南卷)通过观测冥王星的卫星,可以推算出冥王星的质量。假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动,除了引力常量外,至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。这两个物理量可以是

A.卫星的速度和角速度

B.卫星的质量和轨道半径

C.卫星的质量和角速度

D.卫星的运行周期和轨道半径

19.(2015·海南卷)若在某行星和地球上相对各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体,它们在水平方向运动的距离之比为2:。已知该行星的质量约为地球的7倍,地球的半径为R。由此可知,该行星的半径约为

21.(2015·山东卷)如图,拉格朗日点L1位于地球和月球连线上,处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下,可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此,科学家设想在拉格朗日点L1建立空间站,使其与月球同周期绕地球运动。以a1、a2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小,a3表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是

22.(2014·海南卷)设地球自转的周期为T,质量为M。引力常量为G。假设地球可视为质量均匀分布的球体,半径为R。同一物体在南极和赤道水平面上静止时所受到的支持力之比为

 

 

 

 

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