2019年高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天微专题33天体质量密度和重力加速度备考精炼

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2019版高考物理一轮复习备考精炼微专题辑：第四章曲

[方法点拨] (1)卫星在运行中的变轨有两种情况，即离心运动和向心运动：①当v 增大时，所需向心力m v 2r 增大，卫星将做离心运动，轨道半径变大，由v ＝ GM r知其运行速度要减小，但重力势能、机械能均增加；②当v 减小时，所需向心力m v 2r减小，因此卫星将做向心运动，轨道半径变小，由v ＝GM r知其运行速度将增大，但重力势能、机械能均减少．(2)低轨道的卫星追高轨道的卫星需要加速，同一轨道后面的卫星追赶前面的卫星需要先减速后加速．1．(2017·北京房山区模拟)我国的“神舟十一号”载人飞船已于2016年10月17日发射升空，入轨两天后，与“天宫二号”成功对接，顺利完成任务．假定对接前，“天宫二号”在如图1所示的轨道3上绕地球做匀速圆周运动，而“神舟十一号”在图中轨道1上绕地球做匀速圆周运动，两者都在图示平面内顺时针运转．若“神舟十一号”在轨道1上的P 点瞬间改变其速度的大小，使其运行的轨道变为椭圆轨道2，并在轨道2和轨道3的切点Q 与“天宫二号”进行对接，图中P 、Q 、K 三点位于同一直线上，则( )图1A ．“神舟十一号”应在P 点瞬间加速才能使其运动轨道由1变为2B ．“神舟十一号”沿椭圆轨道2从Q 点飞向P 点过程中，万有引力做负功C ．“神舟十一号”沿椭圆轨道2从P 点飞向Q 点过程中机械能不断增大D ．“天宫二号”在轨道3上经过Q 点时的速度与“神舟十一号”在轨道2上经过Q 点时的速度相等2．(多选)(2017·山东淄博一模)“嫦娥三号”从距月面高度为100 km 的环月圆轨道Ⅰ上的P 点实施变轨，进入近月点为15 km 的椭圆轨道Ⅱ，从近月点Q 成功落月，如图2所示．关于“嫦娥三号”，下列说法正确的是( )图2A ．沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期B ．沿轨道Ⅰ运行至P 点时，需制动减速才能进入轨道ⅡC ．沿轨道Ⅱ运行时，在P 点的加速度大小等于在Q 点的加速度大小D ．在轨道Ⅱ上由P 点运行到Q 点的过程中，万有引力对其做正功，它的动能增加，机械能不变3．(2017·江西省六校3月联考)2016年10月23日早上，天宫二号空间实验室上搭载的一颗小卫星(伴星)在太空中成功释放，并且对天宫二号和神舟十一号组合体进行了第一次拍照．“伴星”经调整后，和“天宫二号”一样绕地球做匀速圆周运动．但比“天宫二号”离地面稍高一些，那么( )A ．“伴星”的运行周期比“天宫二号”稍小一些B ．从地球上发射一颗到“伴星”轨道运动的卫星，发射速度要大于11.2 km/sC ．在同一轨道上，若后面的卫星一旦加速，将与前面的卫星相碰撞D ．若伴星失去动力且受阻力作用，轨道半径将变小，则有可能与“天宫二号”相碰撞4．(多选)(2018·湖北黄冈模拟)2015年12月10日，我国成功将中星1C 卫星发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道．如图3所示是某卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图，已知地球半径为R ，地球表面的重力加速度为g ，卫星远地点P 距地心O 的距离为3R .则( )图3A ．卫星在远地点的速度大于3gR 3B ．卫星经过远地点时速度最小C ．卫星经过远地点时的加速度大小为g 9D ．卫星经过远地点时加速，卫星将不能再次经过远地点5．有研究表明，目前月球远离地球的速度是每年3.82±0.07 cm.则10亿年后月球与现在相比( )A ．绕地球做圆周运动的周期变小B ．绕地球做圆周运动的加速度变大C ．绕地球做圆周运动的线速度变小D ．地月之间的引力势能变小6．(2018·四川成都第七中学月考)“天宫一号”目标飞行器在离地面343 km的圆形轨道上运行，其轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．下列说法正确的是()A．如不加干预，“天宫一号”围绕地球的运动周期将会变小B．如不加干预，“天宫一号”围绕地球的运动动能将会变小C．“天宫一号”的加速度大于地球表面的重力加速度D．航天员在“天宫一号”中处于完全失重状态，说明航天员不受地球引力作用答案精析1．A 2.BD3．D [根据万有引力提供向心力，有G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，得T ＝ 4π2r 3GM，“伴星”比“天宫二号”的轨道半径稍大一些，所以“伴星”的运行周期比“天宫二号”稍大一些，故A 错误；如果发射速度大于11.2 km /s ，卫星将脱离地球引力的束缚，不可能成为“伴星”轨道的卫星，故B 错误；在同一轨道上，若后面的卫星一旦加速，将做离心运动到更高的轨道上，不会与前面的卫星碰撞，故C 错误；若“伴星”失去动力且受阻力作用，在原轨道上速度减小，万有引力大于所需要的向心力，轨道半径将变小，则有可能与“天宫二号”相碰撞，故D 正确．]4．BC [对地球表面的物体有GMm 0R2＝m 0g ，得GM ＝gR 2，若卫星沿半径为3R 的圆周轨道运行时有GMm (3R )2＝m v 23R ，运行速度为v ＝ GM 3R ＝3gR 3，从椭圆轨道的远地点进入圆轨道需加速，因此，卫星在远地点的速度小于3gR 3，A 错误；卫星由近地点到远地点的过程中，万有引力做负功，速度减小，所以卫星经过远地点时速度最小，B 正确；卫星经过远地点时的加速度a ＝GM (3R )2＝g 9，C 正确；卫星经过远地点时加速，可能变轨到轨道半径为3R 的圆轨道上，所以卫星还可能再次经过远地点，D 错误．]5．C [对月球进行分析，根据万有引力提供向心力有：GMm r 2＝m (2πT )2r ，得：T ＝ 4π2r 3GM，由于轨道半径变大，故周期变大，A 项错误；根据GMm r 2＝ma ，有：a ＝GM r2，由于轨道半径变大，故加速度变小，B 项错误；根据GMm r 2＝m v 2r ，则：v ＝GM r，由于轨道半径变大，故线速度变小，C 项正确；由于月球远离地球，万有引力做负功，故引力势能变大，D 项错误．]6．A [根据万有引力提供向心力有GMm r 2＝m 4π2r T2，解得：T ＝4π2r 3GM ，由于摩擦阻力作用，卫星轨道高度将降低，则周期减小，A 项正确；根据GMm r 2＝m v 2r，解得：v ＝ GM r ，轨道高度降低，卫星的线速度增大，故动能将增大，B 项错误；根据GMm r 2＝ma ，得a ＝GM r2，“天宫一号”的轨道半径大于地球半径，则加速度小于地球表面的重力加速度，C 项错误；完全失重状态说明航天员对悬绳的拉力或对支持物体的压力为0，而地球对他的万有引力提供他随“天宫一号”围绕地球做圆周运动的向心力，D 项错误．]。

【小初高学习】(全国通用)2019版高考物理一轮复习备考精炼：第四章曲线运动万有引力与航天微

34 人造卫星运行规律分析[方法点拨] (1)由v ＝GMr得出的速度是卫星在圆形轨道上运行时的速度，而发射航天器的发射速度要符合三个宇宙速度．(2)做圆周运动的卫星的向心力由地球对它的万有引力提供，并指向它们轨道的圆心——地心．(3)在赤道上随地球自转的物体不是卫星，它随地球自转所需向心力由万有引力和地面支持力的合力提供．1．(2017·江西鹰潭一模)我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日1点40分成功发射．量子卫星成功运行后，我国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系．假设量子卫星轨道在赤道平面，如图1所示．已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m 倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n 倍，图中P 点是地球赤道上一点，由此可知( )图1A ．同步卫星与量子卫星的运行周期之比为n 3m3B ．同步卫星与P 点的速度之比为1nC ．量子卫星与同步卫星的速度之比为n mD ．量子卫星与P 点的速度之比为n 3m2．(2017·山东日照一模)2016年11月22日，我国成功发射了天链一号04星．天链一号04星是我国发射的第4颗地球同步卫星，它与天链一号02星、03星实现组网运行，为我国神舟飞船、空间实验室天宫二号提供数据中继与测控服务．如图2所示，1是天宫二号绕地球稳定运行的轨道，2是天链一号绕地球稳定运行的轨道．下列说法正确的是( )图2A ．天链一号04星的最小发射速度是11.2 km/sB ．天链一号04星的运行速度小于天宫二号的运行速度C ．为了便于测控，天链一号04星相对于地面静止于北京飞控中心的正上方D ．由于技术进步，天链一号04星的运行速度可能大于天链一号02星的运行速度 3．(多选)(2017·黑龙江大庆一模)如图3所示，a 为放在地球赤道上随地球表面一起转动的物体，b 为处于地面附近近地轨道上的卫星，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，若a 、b 、c 、d 的质量相同，地球表面附近的重力加速度为g .则下列说法正确的是( )图3A ．a 和b 的向心加速度都等于重力加速度gB ．b 的角速度最大C ．c 距离地面的高度不是一确定值D ．d 是三颗卫星中动能最小，机械能最大的4．(2017·福建漳州联考)同步卫星离地面距离为h ，运行速率为v 1，加速度为a 1，地球赤道上物体随地球自转的向心加速度为a 2，第一宇宙速度为v 2，地球半径为R .则( ) A.v 1v 2＝Rh ＋RB.a 1a 2＝ h ＋RR C.a 1a 2＝R 2(h ＋R )2D.v 1v 2＝R h ＋R5．(2018·安徽省“皖南八校”第二次联考)一颗在赤道上空做匀速圆周运动运行的人造卫星，其轨道半径上对应的重力加速度为地球表面重力加速度的四分之一，则某一时刻该卫星观测到地面赤道最大弧长为(已知地球半径为R )( ) A.23πR B.12πR C.13πR D.14πR 6．(多选)(2017·广东广州测试一)已知地球半径R ＝6 390 km 、自转周期T ＝24 h 、表面重力加速度g ＝9.8 m/s 2，电磁波在空气中的传播速度c ＝3×108m/s ，不考虑大气层对电磁波的影响．要利用同一轨道上数量最少的卫星，实现将电磁波信号由地球赤道圆直径的一端传播到该直径的另一端的目的，则( ) A ．需要的卫星数量最少为2颗B ．信号传播的时间至少为8.52×10－2s C ．卫星运行的最大向心加速度为4.9 m/s 2D ．卫星绕地球运行的周期至少为24 h图47．如图4所示，质量分别为m和2m的甲、乙两颗卫星以相等的轨道半径分别绕质量为M 和2M的行星做匀速圆周运动，不考虑其他天体的影响，则两颗卫星( )A．所受的万有引力大小之比为1∶2B．运动的向心加速度大小之比为1∶2C．动能之比为1∶2D．运动的角速度大小之比为1∶2答案精析1．D [根据G Mm r 2＝m 4π2T2r ，得T ＝4π2r3GM ，由题意知r 量＝mR ，r 同＝nR ，所以T 同T 量＝r 3同r 3量＝(nR )3(mR )3＝n 3m 3，故A 错误；P 为地球赤道上一点，P 点角速度等于同步卫星的角速度，根据v ＝ωr ，所以有v 同v P ＝r 同r P ＝nR R ＝n 1，故B 错误；根据G Mm r 2＝m v 2r，得v ＝GM r ，所以v 量v 同＝ r 同r 量＝nRmR ＝n m ，故C 错误；v 同＝nv P ，v 量v 同＝v 量nv P ＝n m ，得v 量v P＝n 3m，故D 正确．] 2．B [由于第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最大速度，同时又是最小的发射速度，可知卫星的发射速度大于第一宇宙速度7.9 km/s.若卫星的发射速度大于第二宇宙速度11.2 km/s ，则卫星会脱离地球束缚，所以卫星的发射速度要介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，故A 错误；由万有引力提供向心力得：GMm r 2＝mv 2r 可得：v ＝GMr，可知轨道半径比较大的天链一号04星的运行速度小于天宫二号的运行速度，故B 正确；天链一号04星位于赤道正上方，不可能位于北京飞控中心的正上方，故C 错误；根据题意，天链一号04星与天链一号02星，轨道半径相同，所以天链一号04星与天链一号02星具有相同的速度，故D 错误．]3．BD [地球同步卫星的周期与地球自转周期相同，角速度相同，则知a 与c 的角速度相同，根据a ＝ω2r 知，c 的向心加速度大于a 的向心加速度．由牛顿第二定律得：G Mmr2＝ma ，解得：a ＝GMr2，卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则同步卫星c 的向心加速度小于b 的向心加速度，而b 的向心加速度约为g ，故知a 的向心加速度小于重力加速度g ，故A 错误；万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：G Mm r2＝m ω2r ，解得：ω＝GMr 3，由于r b ＜r c ＜r d ，则ωb ＞ωc ＞ωd ，a 与c 的角速度相等，则b 的角速度最大，故B 正确；c 是同步卫星，同步卫星相对地面静止，c 的轨道半径是一定的，c 距离地面的高度是一确定值，故C 错误；卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：G Mm r 2＝m v 2r ，卫星的动能：E k ＝GMm2r，三颗卫星中d 的轨道半径最大，则d 的动能最小，若要使卫星的轨道半径增大，必须对其做功，则d 的机械能最大，故D 正确．]4．D [ 因为地球同步卫星的周期等于地球自转的周期，所以地球同步卫星与地球赤道上物体的角速度相等，根据a ＝ω2r 得：a 1a 2＝h ＋R R ，B 、C 错误；根据万有引力提供向心力有G Mmr2＝m v 2r，解得v ＝GM r ，则：v 1v 2＝RR ＋h，A 错误，D 正确．]5．A6．ABC [由几何关系可知，过圆的直径两端的切线是平行的，所以1颗卫星不可能完成将电磁波信号由地球赤道圆直径的一端传播到该直径的另一端的目的，但两颗或两颗以上的卫星接力传播可以实现，所以需要的卫星的最小数目为2颗，故A 正确；使用2颗卫星传播时，可能有两种情况，如图所示．通过图中的比较可知，轨道上有三颗卫星时，将电磁波信号由地球赤道圆直径的一端传播到该直径的另一端的路程更长，则轨道上有三颗卫星时，将电磁波信号由地球赤道圆直径的一端传播到该直径的另一端所需的时间长．由几何关系可知，在图乙中，信号由A →1→2→B 的路程的长度为4R ，则信号传播的时间：t ＝4R c ＝4×6 390×1033×108s ＝8.52×10－2s ，故B 正确；由图乙可知，该卫星对应的轨道半径：r ＝2R ，卫星的向心加速度：a ＝GM r 2＝GM2R 2，而地球表面的重力加速度：g ＝GM R2，所以：a ＝12g ＝12×9.8 m/s 2＝4.9 m/s 2，故C 正确；地球同步卫星的周期为24 h ，而该卫星的半径r ＝2R <6.6R ＝r 同步，由T ＝2π r 3gR 2可知轨道半径越小，运行周期越小，故该卫星的运行周期小于24 h ，故D 错误．]7．B [由万有引力定律，卫星甲所受的万有引力F 甲＝G Mm r2，卫星乙所受的万有引力F 乙＝G2M ·2m r 2＝4G Mm r 2，即它们所受的万有引力大小之比为1∶4，A 错误；由G Mm r 2＝ma 甲，4G Mmr2＝2ma 乙，可知它们运动的向心加速度大小之比为1∶2，B 正确；由G Mm r 2＝mv 12r可知，卫星甲的动能为12mv 12＝GMm 2r ，同理，卫星乙的动能为12×2mv 22＝2GMm r ，动能之比为1∶4，C 错误；由v ＝ωr 可知，它们运动的角速度大小之比为ω1∶ω2＝v 1∶v 2＝GMr∶2GMr＝1∶2，D 错误．]。

高三物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天

第四章曲线运动万有引力与航天[备考指南]考点内容要求题型把握考情一、曲线运动运动的合成与分解运动的合成与分解Ⅱ选择、计算找规律平抛运动的规律及其研究方法，圆周运动的角速度、线速度和向心加速度，万有引力定律及其应用是本章的命题热点，题型有选择题，也有计算题。

二、抛体运动抛体运动Ⅱ选择、计算三、圆周运动匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度Ⅰ选择、计算匀速圆周运动的向心力Ⅱ离心现象Ⅰ四、万有引力定律及其应用万有引力定律及其应用Ⅱ选择、计算明热点突出物理与现代科技、生产、生活的结合，特别是与现代航天技术的联系会更加密切，与牛顿运动定律、机械能守恒等内容结合命题的可能性也较大。

五、天体运动人造卫星环绕速度Ⅱ选择、计算第二宇宙速度和第三宇宙速度Ⅰ经典时空观和相对论时空观Ⅰ第1节曲线运动运动的合成与分解(1)速度发生变化的运动，一定是曲线运动。

(×)(2)做曲线运动的物体加速度一定是变化的。

(×)(3)做曲线运动的物体速度大小一定发生变化。

(×)(4)曲线运动可能是匀变速运动。

(√)(5)两个分运动的时间一定与它们的合运动的时间相等。

(√)(6)合运动的速度一定比分运动的速度大。

(×)(7)只要两个分运动为直线运动，合运动一定是直线运动。

(×)(8)分运动的位移、速度、加速度与合运动的位移、速度、加速度间满足平行四边形定则。

(√)要点一物体做曲线运动的条件与轨迹分析曲线运动的特点曲线运动的条件内容物体在某一点的速度沿曲线上该点的切线方向物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上深入理解①速度方向时刻在变化，所以曲线运动一定是变速运动②速度大小可以不变，相应的动能就不变，如匀速圆周运动③加速度可以是不变的，即物体做匀变速曲线运动，如平抛运动④加速度可以是变化的，即物体做非匀变速曲线运动，如匀速圆周运动①合力指向曲线的凹侧，所以合力与速度分居曲线两侧②合力可以是不变的，如平抛运动中物体的合力为重力，大小、方向都不变③合力可以是变化的，如匀速圆周运动中物体的合力为向心力，方向时刻在变化[多角练通]1．(多选)(2016·广州模拟)关于做曲线运动的物体，下列说法中正确的是( ) A．它所受的合外力一定不为零B．它所受的合外力一定是变力C．其速度可以保持不变D．其动能可以保持不变解析：选AD 物体做曲线运动，其速度方向一定改变，故物体的加速度一定不为零，合外力也一定不为零，合外力若与速度始终垂直，动能可以保持不变，故A、D正确，B、C 错误。

近年年高考物理一轮复习第4章曲线运动万有引力与航天新人教版(2021学年)

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第四章曲线运动万有引力与航天综合过关规范限时检测满分:１０0分考试时间:６0分钟一、选择题（本题共8小题，每小题６分，共计48分。

1～4题为单选,5～８题为多选,全部选对的得6分,选对但不全的得3分，错选或不选的得0分）１.(2０18·武汉市部分学校调研测试)如图是对着竖直墙壁沿水平方向抛出的小球a、b、c的运动轨迹，三个小球到墙壁的水平距离均相同,且a和b从同一点抛出。

不计空气阻力，则错误!( D )A.a和b的飞行时间相同B.b的飞行时间比c的短C.ａ的初速度比b的小ﻩD．c的初速度比ａ的大[解析] 三个小球与墙壁的水平距离相同,b下落的高度比a大,根据t＝错误!可知，b飞行的时间较长,根据ｖ0=错误!,则a的初速度比ｂ的大，选项A、C错误；b下落的竖直高度比c大,则ｂ飞行的时间比c长,选项B错误;ａ下落的竖直高度比c大,则a飞行的时间比c长，根据v =错误!,则a的初速度比ｃ的小,选项D正确。

０2.(２018·南昌市摸底调研）如图所示,光滑水平桌面上，一小球以速度v向右匀速运动,当它经过靠近桌边的竖直木板的ad边正前方时，木板开始做自由落体运动。

若木板开始运动时,cd边与桌面相齐，则小球在木板上的正投影轨迹是＼x(导学号 21９93４3５)( B ）[解析] 小球在木板上的投影轨迹是小球对地的运动和地对木板的运动合成的结果。

2019版高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天 4.4 万有引力与航天

第4讲万有引力与航天
K12教育课件
1
K12教育课件
2
【知识导图】
一个焦点
椭圆
面积
周期
半长轴
乘积
G m1m2 r2
质量m1和m2的它们之间距离r的二次方
质量分布均匀
GM
gR
R
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3
【微点拨】
1.同步卫星的六个“一定”: (1)轨道平面一定:轨道平面与赤道平面共面。 (2)周期一定:与地球自转周期相同。 (3)角速度一定:与地球自转的角速度相同。
速度大于地球自转角速度,周期小于地球自转的周期, 选项A错误、C正确;第一宇宙速度为最大的环绕速度,
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所以“天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度,B正确; 地面重力加速度为 g= ,故“天舟一号”的向心加速度a小于地面的重力加速度g,故D正确。
GM
R2
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迁移2:卫星的定量计算问题
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(3)一句口诀:越远越慢,越远越小。
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①越远越慢:卫星离中心天体越远,v、ω越小、T越大。 ②越远越小:卫星离中心天体越远,an越小。
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考点3 航天器的变轨问题【典题探究】
【典例3】(2016·天津高考)我国即将发射“天宫二号”空间实验室,之后发射“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神舟十一号”
2 4＝
42r3
24 3
GM
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【通关秘籍】
利用万有引力解决卫星运动问题的思路: (1)一个模型:卫星的运动可简化为质点的匀速圆周运动。
(2)两组公式。 ①

(新课标)近年届高考物理一轮复习第4章曲线运动万有引力与航天第四节万有引力与航天达标诊断高效训练(

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第四节万有引力与航天（建议用时：60分钟）一、单项选择题1．(2018·湖南衡阳五校联考）在力学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献．关于科学家和他们的贡献，下列说法中不正确的是( ）A．伽利略首先将实验事实和逻辑推理(包括数学推演）和谐地结合起来B．笛卡儿对牛顿第一定律的建立做出了贡献C．开普勒通过研究行星观测记录,发现了行星运动三大定律D．牛顿总结出了万有引力定律并用实验测出了引力常量答案：D2．假设有一星球的密度与地球相同，但它表面处的重力加速度是地球表面重力加速度的4倍，则该星球的质量是地球质量的( )A.错误!B．4倍C．16倍D．64倍解析：选D.由错误!＝mg得M＝错误!，所以ρ＝错误!＝错误!＝错误!，ρ＝ρ地,即错误!＝错误!,得R＝4R地，故错误!＝错误!·错误!＝64。

选项D正确．3．(2018·河南鹤壁高级中学模拟）经国际小行星命名委员会命名的“神舟星”和“杨利伟星”的轨道均处在火星和木星轨道之间．已知“神舟星”平均每天绕太阳运行174万公里，“杨利伟星”平均每天绕太阳运行145万公里．假设两行星均绕太阳做匀速圆周运动,则两星相比较( ）A．“神舟星”的轨道半径大B．“神舟星”的公转周期大C．“神舟星"的加速度大D．“神舟星”受到的向心力大解析:选C.从题中可知“神舟星”的线速度大，根据公式G错误!＝m错误!解得v＝错误!，轨道半径越大,线速度越小，所以“神舟星”的轨道半径小,A错误；根据公式G错误!＝m错误!r可得T ＝2π 错误!,轨道半径越小，公转周期越小，故“神舟星”的公转周期较小,B错误；根据公式G错误!＝ma可得a＝错误!，轨道半径越小，向心加速度越大，故“神舟星"的加速度大，C正确；根据公式F＝G错误!,由于不知道两颗行星的质量关系，所以无法判断向心力大小,D错误．4．登上火星是人类的梦想．“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星．地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响．根据下表,火星和地球相比( )行星半径/m质量/kg 轨道半径/m地球6。

2019高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天微专题33 天体质量、密度和重力加速度

微专题33 天体质量、密度和重力加速度[方法点拨] (1)考虑星球自转时星球表面上的物体所受重力为万有引力的分力；忽略自转时重力等于万有引力．(2)一定要区分研究对象是做环绕运动的天体，还是在星球表面上随星球一块自转的物体．做环绕运动的天体受到的万有引力全部提供向心力，星球表面上的物体受到的万有引力只有很少一部分用来提供向心力．1．(多选)(2017·河南安阳二模)“雪龙号”南极考察船在由我国驶向南极的过程中，经过赤道时测得某物体的重力是G 1；在南极附近测得该物体的重力为G 2；已知地球自转的周期为T ，引力常量为G ，假设地球可视为质量分布均匀的球体，由此可知( ) A ．地球的密度为3πG 1GT 2G 2－G 1B ．地球的密度为3πG 2GT 2G 2－G 1C ．当地球的自转周期为G 2－G 1G 2T 时，放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 D ．当地球的自转周期为G 2－G 1G 1T 时，放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 2．(多选)(2017·黑龙江哈尔滨模拟)假设地球可视为质量分布均匀的球体．已知地球表面重力加速度的大小在两极为g 0，在赤道为g ，地球的自转周期为T ，引力常量为G ，则( ) A ．地球的半径R ＝g 0－g T 24π2B ．地球的半径R ＝g 0T 24π2C ．假如地球自转周期T 增大，那么两极处重力加速度g 0值不变D ．假如地球自转周期T 增大，那么赤道处重力加速度g 值减小图13．(多选)(2017·山东潍坊一模)一探测器探测某星球表面时做了两次测量．探测器先在近星轨道上做圆周运动测出运行周期为T ；着陆后，探测器将一小球以不同的速度竖直向上抛出，测出了小球上升的最大高度h 与抛出速度v 的二次方的关系，如图1所示，图中a 、b 已知，引力常量为G ，忽略空气阻力的影响，根据以上信息可求得( ) A ．该星球表面的重力加速度为2b aB ．该星球的半径为bT 28a π2C ．该星球的密度为3πGT2D ．该星球的第一宇宙速度为4aT πb4．(2017·陕西西安二检)美国国家航天局(NASA)曾宣布在太阳系外发现“类地”行星Kepler －186f.假设宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星，进行科学观测，该行星自转周期为T ；宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h 处自由释放一个小球(引力视为恒力)，落地时间为t .已知该行星半径为R ，万有引力常量为G ，则下列说法正确的是( ) A ．该行星的第一宇宙速度为πR TB ．该行星的平均密度为3h2πRGt2C ．宇宙飞船绕该星球做圆周运动的周期不大于πt2R hD ．如果该行星存在一颗同步卫星，其距行星表面高度为3hT 2R 22π2t25．(多选)(2017·安徽省十校联考)科学家们通过研究发现，地球的自转周期在逐渐增大，假设若干年后，地球自转的周期为现在的k 倍(k >1)，地球的质量、半径均不变，则下列说法正确的是( )A ．相同质量的物体，在地球赤道上受到的重力比现在的大B ．相同质量的物体，在地球赤道上受到的重力比现在的小C ．地球同步卫星的轨道半径为现在的k 23倍D ．地球同步卫星的轨道半径为现在的k 12倍6．(2017·广东惠州第三次调研)宇航员登上某一星球后，测得该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的2倍，而该星球的平均密度与地球的差不多，则该星球的质量大约是地球质量的( )A ．0.5倍B ．2倍C ．4倍D ．8倍7．(多选)(2017·湖北七市联合考试)“嫦娥三号”携带“玉兔号”月球车首次实现月球软着陆和月面巡视勘察，并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测．“玉兔号”在地球表面的重力为G 1，在月球表面的重力为G 2；地球与月球均视为球体，其半径分别为R 1、R 2；地球表面重力加速度为g .则( )A ．月球表面的重力加速度为G 1g G 2B ．月球与地球的质量之比为G 2R 22G 1R 12C ．月球与地球的第一宇宙速度之比为G 1R 1G 2R 2D ．“嫦娥三号”环绕月球表面做匀速圆周运动的周期为2πG 1R 2G 2g8．(2017·河南濮阳一模)探测火星一直是人类的梦想，若在未来某个时刻，人类乘飞船来到了火星，宇航员先乘飞船绕火星做圆周运动，测出飞船做圆周运动时离火星表面的高度为H ，环绕的周期为T 及环绕的线速度为v ，引力常量为G ，由此可得出( ) A ．火星的半径为vT2πB ．火星表面的重力加速度为2πTv 3vT －2πH2C ．火星的质量为Tv 22πGD ．火星的第一宇宙速度为4π2v 2T GvT －πH39．(多选)(2017·吉林公主岭一中模拟)最近，科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1200年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍．假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周．仅利用以上两个数据可以求出的量有( ) A ．恒量质量与太阳质量之比 B ．恒星密度与太阳密度之比 C ．行星质量与地球质量之比 D ．行星运行速度与地球公转速度之比10．(多选)(2017·吉林长春外国语学校模拟)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，g 0表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，N 表示人对台秤的压力，则关于g 0、N 下面正确的是( ) A ．g 0＝0 B ．g 0＝R 2r2gC ．N ＝0D ．N ＝mg答案精析1．BC [设地球的质量为M ，半径为R ，被测物体的质量为m .经过赤道时：G Mm R 2＝G 1＋mR 4π2T2在南极附近时：G 2＝G Mm R 2，地球的体积为V ＝43πR 3地球的密度为ρ＝M V ，解得：ρ＝3πG 2GT 2G 2－G 1，故A 错误，B 正确；当放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力时：G 2＝mR ·4π2T ′2，所以：T ′＝G 2－G 1G 2T ，故C 正确，D 错误．] 2．AC [处在地球两极处的物体：mg 0＝GMm R 2① 在地球赤道上的物体：GMm R 2－mg ＝m 4π2T2R ②联立①②得：R ＝g 0－g T 24π2故A 正确，B 错误；由②式知，假如地球自转周期T 增大，赤道处重力加速度g 值增大，故D 错误；由①式知，两极处的重力加速度与地球自转周期无关，故C 正确．] 3．BC4．B [根据自由落体运动规律求得该星球表面的重力加速度g ＝2ht2则该星球的第一宇宙速度v ＝gR ＝2ht 2R ，故A 错误；根据万有引力提供做圆周运动的向心力，有：G Mm r 2＝mr 4π2T2可得宇宙飞船的周期T ＝4π2r3GM，可知轨道的半径越小，周期越小，宇宙飞船的最小轨道半径为R ，则周期最小值为T min ＝4π2R3GM＝4π2R3gR 2＝4π2R2ht 2＝πt2Rh，故C 错误．由G Mm R 2＝mg ＝m 2h t 2有：M ＝2hR 2Gt2，所以星球的密度ρ＝M V ＝2hR2Gt 243πR3＝3h2Gt 2R π，故B 正确；同步卫星的周期与星球的自转周期相同，故有：GMmR ＋H2＝m (R ＋H )4π2T 2，代入数据得：H ＝3hT 2R 22π2t2－R ，故D 错误．] 5．AC [在地球赤道处，物体受到的万有引力与重力之差提供向心力，则有：GMm R 2－mg ＝m 4π2T2R ，由于地球的质量、半径均不变，当周期T 增大时，地球赤道上的物体受到的重力增大，故A 正确，B 错误；对同步卫星，根据引力提供向心力，则有：GMm r 2＝m 4π2T 2r ，当周期T 增大到k 倍时，则同步卫星的轨道半径为现在的k 23倍，故C 正确，D 错误．]6．D7．BD [“玉兔号”的质量m ＝G 1g ，月球表面的重力加速度g 月＝G 2m ＝G 2gG 1，故A 错误；根据mg ＝G Mm R 2得M ＝gR 2G ，则M 月M 地＝g 月R 月2g 地R 地2＝G 2R 22G 1R 12，故B 正确；根据第一宇宙速度v ＝GM R ＝gR ，则v 月v 地＝g 月R 月g 地R 地＝G 2R 2G 1R 1，故C 错误；根据T ＝4π2R3GM，又GM ＝gR 2，所以“嫦娥三号”绕月球表面做匀速圆周运动的周期T ＝4π2R 月3g 月R 月2＝2πR 月g 月＝2πG 1R 2G 2g，故D 正确．] 8．B [飞船在离火星表面高度为H 处做匀速圆周运动，轨道半径为R ＋H ，根据：v ＝2πR ＋H T ，得R ＋H ＝vT 2π，故A 错误；根据万有引力提供向心力，有：GMmR ＋H2＝m ·4π2T 2(R ＋H )，得火星的质量为：M ＝4π2R ＋H3GT 2＝v 3T 2πG ，在火星的表面有：mg ＝GMm R2，所以：g ＝GM R 2＝2πTv 3vT －2πH2，故B 正确，C 错误；火星的第一宇宙速度为：v ＝GMR＝gR ＝2πTv 3vT －2πH 2vT2π－H＝Tv 3vT －2πH，故D 错误．]9．AD 10.BC。

新课标2019届高考物理一轮复习第4章曲线运动万有引力与航天第三节圆周运动课件

在水平面内做圆周运动的物体，当角速度 ω 变化时，物体有远离或向着圆心运动的趋势．这时要根据物体的受力情况，判断某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪(特别是一些接触力，如静摩擦力、绳的拉力等)．
考点三竖直面内的圆周运动
模型一凹形桥与拱形桥模型
[核心提炼]
如图所示为凹形桥模型，当汽车
概通过凹形桥的最低点时，向心力
常见的三种传动方式及特点 (1)皮带传动：如图甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，即 vA＝vB.
(2)摩擦传动：如图丙所示，两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即 vA＝vB.
(3)同轴传动：如图丁、戊所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，ω A＝ωB，由 v＝ωr 知 v 与 r 成正比．
2．(多选)(2018·哈师大附中模拟)如图，在一半径为 R 的球面顶端放一质量为 m 的物块，现给物块一初速度 v0，则( ) A．若 v0＝ gR，则物块落地点离 A 点 2R B．若球面是粗糙的，当 v0＜ gR 时，物块可能会沿球面下滑一段，再斜抛离开球面 C．若 v0＜ gR，则物块落地点离 A 点为 R D．若 v0≥ gR，则物块落地点离 A 点至少为 2R
(ω) (2)周期和物体沿圆周运动一圈频率
的时间
(T/f)
2πr
2π
T＝__v____＝__ω___，
单位： s
f＝T1，单位： Hz
定义、意义
公式、单位
(1)描述速度方向变化向心加
快慢的物理量速度(an) (2)方向指向圆心
v2 an＝ r ＝ ω2r 单位： m/s2
解析：选 BD.处理传动装置类问题时，对于同一根皮带连接的传动轮边缘的点，线速度相等；同轴转动的点，角速度相等，对于本题，显然 vA＝vC，ω A＝ωB，选项 B 正确；根据 vA＝vC 及关系式 v＝ωR，可得 ωARA＝ωCRC，又 RC＝R2A，所以 ωA＝ω2C，选项 A 错误；根据 ωA＝ωB，ω A＝ω2C，可得 ωB＝ω2C，即 B 点与 C 点的角速度大小之比为 1∶2，选项 C 错误；根据 ωB＝ω2C 及关系式 a＝ω2R，可得 aB＝a4C，即 B 点与 C 点的向心加速度大小之比为 1∶4，选项 D 正确．

2019年高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天第4讲万有引力与航天学案

第4讲万有引力与航天微知识1 开普勒行星运动定律1．开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。

2．开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。

3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，表达式：a 3T2＝k 。

微知识2 万有引力定律 1．公式：F ＝Gm 1m 2r2，其中G ＝6.67×10－11_N·m 2/kg 2，叫引力常量。

2．公式适用条件：此公式适用于质点间的相互作用。

当两物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质点。

均匀的球体可视为质点，r 是两球心间的距离。

一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力也适用，其中r 为球心到质点间的距离。

微知识3 卫星运行规律和宇宙速度 1．地球同步卫星的特点(1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。

(2)周期一定：与地球自转周期相同，即T ＝24 h ＝86 400 s 。

(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。

(4)高度一定：据G Mm r 2＝m 4π2T 2r 得r ＝3GMT 24π2＝4.24×104km ，卫星离地面高度h ＝r －R ≈5.6R (为恒量)。

(5)速率一定：运动速度v ＝2πr /T ＝3.08 km/s(为恒量)。

(6)绕行方向一定：与地球自转的方向一致。

2．极地卫星和近地卫星(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。

(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s 。

(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心。

3．三种宇宙速度比较微知识4 经典时空观和相对论时空观 1．经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随速度的改变而改变的。

全国通用2019版高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天微专题33天体质量密度和重力加速度备考精炼

33 天体质量、密度和重力加速度[方法点拨] (1)考虑星球自转时星球表面上的物体所受重力为万有引力的分力；忽略自转时重力等于万有引力．(2)一定要区分研究对象是做环绕运动的天体，还是在星球表面上随星球一块自转的物体．做环绕运动的天体受到的万有引力全部提供向心力，星球表面上的物体受到的万有引力只有很少一部分用来提供向心力．1．(多选)(2017·河南安阳二模)“雪龙号”南极考察船在由我国驶向南极的过程中，经过赤道时测得某物体的重力是G 1；在南极附近测得该物体的重力为G 2；已知地球自转的周期为T ，引力常量为G ，假设地球可视为质量分布均匀的球体，由此可知( )A ．地球的密度为3πG 1GT 2(G 2－G 1)B ．地球的密度为3πG 2GT (G 2－G 1)C ．当地球的自转周期为G 2－G 1G 2T 时，放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 D ．当地球的自转周期为G 2－G 1G 1T 时，放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力 2．(多选)(2017·黑龙江哈尔滨模拟)假设地球可视为质量分布均匀的球体．已知地球表面重力加速度的大小在两极为g 0，在赤道为g ，地球的自转周期为T ，引力常量为G ，则( ) A ．地球的半径R ＝(g 0－g )T24π2B ．地球的半径R ＝g 0T 24π2C ．假如地球自转周期T 增大，那么两极处重力加速度g 0值不变D ．假如地球自转周期T 增大，那么赤道处重力加速度g 值减小3．(多选)(2017·山东潍坊一模)一探测器探测某星球表面时做了两次测量．探测器先在近星轨道上做圆周运动测出运行周期为T ；着陆后，探测器将一小球以不同的速度竖直向上抛出，测出了小球上升的最大高度h 与抛出速度v 的二次方的关系，如图1所示，图中a 、b 已知，引力常量为G ，忽略空气阻力的影响，根据以上信息可求得( )图1A ．该星球表面的重力加速度为2baB ．该星球的半径为bT 28a π2C ．该星球的密度为3πGT2D ．该星球的第一宇宙速度为4aT πb4．(2017·陕西西安二检)美国国家航天局(NASA)曾宣布在太阳系外发现“类地”行星Kepler －186f.假设宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星，进行科学观测，该行星自转周期为T ；宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h 处自由释放一个小球(引力视为恒力)，落地时间为t .已知该行星半径为R ，万有引力常量为G ，则下列说法正确的是( ) A ．该行星的第一宇宙速度为πRTB ．该行星的平均密度为3h2πRGt2C ．宇宙飞船绕该星球做圆周运动的周期不大于πt2R hD ．如果该行星存在一颗同步卫星，其距行星表面高度为3hT 2R 22π2t2 5．(多选)(2017·安徽省十校联考)科学家们通过研究发现，地球的自转周期在逐渐增大，假设若干年后，地球自转的周期为现在的k 倍(k >1)，地球的质量、半径均不变，则下列说法正确的是( )A ．相同质量的物体，在地球赤道上受到的重力比现在的大B ．相同质量的物体，在地球赤道上受到的重力比现在的小C ．地球同步卫星的轨道半径为现在的k 23倍D ．地球同步卫星的轨道半径为现在的k 12倍6．(2017·广东惠州第三次调研) 宇航员登上某一星球后，测得该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的2倍，而该星球的平均密度与地球的差不多，则该星球的质量大约是地球质量的( )A ．0.5倍B ．2倍C ．4倍D ．8倍7．(多选)(2017·湖北七市联合考试)“嫦娥三号”携带“玉兔号”月球车首次实现月球软着陆和月面巡视勘察，并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测．“玉兔号”在地球表面的重力为G 1，在月球表面的重力为G 2；地球与月球均视为球体，其半径分别为R 1、R 2；地球表面重力加速度为g .则( )A ．月球表面的重力加速度为G 1g G 2B ．月球与地球的质量之比为 G 2R 22G 1R 12C ．月球与地球的第一宇宙速度之比为G 1R 1G 2R 2D ．“嫦娥三号”环绕月球表面做匀速圆周运动的周期为2πG 1R 2G 2g8．(2017·河南濮阳一模)探测火星一直是人类的梦想，若在未来某个时刻，人类乘飞船来到了火星，宇航员先乘飞船绕火星做圆周运动，测出飞船做圆周运动时离火星表面的高度为H ，环绕的周期为T 及环绕的线速度为v ，引力常量为G ，由此可得出( )A ．火星的半径为vT2πB ．火星表面的重力加速度为2πTv3(vT －2πH )2C ．火星的质量为Tv 22πGD ．火星的第一宇宙速度为4π2v 2TG (vT －πH )39．(多选)(2017·吉林公主岭一中模拟)最近，科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1 200年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍．假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周．仅利用以上两个数据可以求出的量有( ) A ．恒量质量与太阳质量之比 B ．恒星密度与太阳密度之比 C ．行星质量与地球质量之比 D ．行星运行速度与地球公转速度之比10．(多选)(2017·吉林长春外国语学校模拟)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，g 0表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，F N 表示人对台秤的压力，则关于g 0、F N 下面正确的是( ) A ．g 0＝0 B ．g 0＝R 2r2gC ．F N ＝0D ．F N ＝mg答案精析1．BC [设地球的质量为M ，半径为R ，被测物体的质量为m .经过赤道时：G Mm R 2＝G 1＋mR 4π2T2在南极附近时：G 2＝G Mm R 2，地球的体积为V ＝43πR 3地球的密度为ρ＝M V ，解得：ρ＝3πG 2GT 2(G 2－G 1)，故A 错误，B 正确；当放在地球赤道地面上的物体不再对地面有压力时：G 2＝mR ·4π2T ′2，所以：T ′＝G 2－G 1G 2T ，故C 正确，D 错误．] 2．AC [处在地球两极处的物体：mg 0＝GMm R 2① 在地球赤道上的物体：GMm R 2－mg ＝m 4π2T2R ②联立①②得：R ＝(g 0－g )T24π2故A 正确，B 错误；由②式知，假如地球自转周期T 增大，赤道处重力加速度g 值增大，故D 错误；由①式知，两极处的重力加速度与地球自转周期无关，故C 正确．] 3．BC4．B [根据自由落体运动规律求得该星球表面的重力加速度g ＝2ht2则该星球的第一宇宙速度v ＝gR ＝2ht 2R ，故A 错误；根据万有引力提供做圆周运动的向心力，有：G Mm r 2＝mr 4π2T2可得宇宙飞船的周期T ＝4π2r3GM，可知轨道的半径越小，周期越小，宇宙飞船的最小轨道半径为R ，则周期最小值为T min ＝4π2R3GM＝4π2R3gR 2＝4π2R2ht 2＝πt2Rh，故C 错误．由G Mm R 2＝mg ＝m 2h t 2有：M ＝2hR 2Gt2，所以星球的密度ρ＝M V ＝2hR2Gt 243πR3＝3h2Gt 2R π，故B 正确；同步卫星的周期与星球的自转周期相同，故有：G Mm (R ＋H )2＝m (R ＋H )4π2T 2，代入数据得：H ＝3hT 2R 22π2t2－R ，故D 错误．] 5．AC [在地球赤道处，物体受到的万有引力与重力之差提供向心力，则有：GMm R 2－mg ＝m 4π2T2R ，由于地球的质量、半径均不变，当周期T 增大时，地球赤道上的物体受到的重力增大，故A 正确，B 错误；对同步卫星，根据引力提供向心力，则有：GMm r 2＝m 4π2T2r ，当周期T 增大到k 倍时，则同步卫星的轨道半径为现在的23k 倍，故C 正确，D 错误．] 6．D7．BD [“玉兔号”的质量m ＝G 1g ，月球表面的重力加速度g 月＝G 2m ＝G 2gG 1，故A 错误；根据mg ＝G Mm R 2得M ＝gR 2G ，则M 月M 地＝g 月R 月2g 地R 地2＝G 2R 22G 1R 12，故B 正确；根据第一宇宙速度v ＝GMR＝gR ，则v 月v 地＝g 月R 月g 地R 地＝G 2R 2G 1R 1，故C 错误；根据T ＝4π2R3GM，又GM ＝gR 2，所以“嫦娥三号”绕月球表面做匀速圆周运动的周期T ＝4π2R 月3g 月R 月2＝2πR 月g 月＝2π G 1R 2G 2g，故D 正确．] 8．B [飞船在离火星表面高度为H 处做匀速圆周运动，轨道半径为R ＋H ，根据：v ＝2π(R ＋H )T，得R ＋H ＝vT2π，故A 错误；根据万有引力提供向心力，有：GMm (R ＋H )2＝m ·4π2T 2(R ＋H )，得火星的质量为：M ＝4π2(R ＋H )3GT 2＝v 3T 2πG ，在火星的表面有：mg ＝GMm R 2，所以：g ＝GM R 2＝2πTv3(vT －2πH )2，故B 正确，C 错误；火星的第一宇宙速度为：v ＝GMR ＝gR ＝2πTv 3(vT －2πH )2(vT2π－H )＝Tv 3vT －2πH，故D 错误．]9．AD 10.BC。