专题05 万有引力定律的应用-2020-2021学年高一下学期物理期末考点大串讲（新教材人教版）

专题05　万有引力定律的应用 思维导图 知识详解 知识点一：宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度）：人造卫星的最小发射速度，近地卫星的环绕速度，。 卫星越高，轨道半径越大，卫星的发射速度就越大，运行速度（环绕速度）就越小。 2、第二宇宙速度（脱离速度）：人造卫星挣脱地球束缚的最小发射速度，。 当卫星的发射速度大于或等于第二宇宙速度时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。 3、第三宇宙速度（逃逸速度）：人造卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度，。 当卫星的发射速度大于或等于第三宇宙速度时，卫星就会摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。 典例1（2020·利辛县阚疃金石中学高二期中）中国计划于2020年发射火星探测器，探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整轨道飞向火星．火星探测器的发射速度（　　） A．等于7.9m/s　　　　　　　　B．大于16.7m/s C．大于7.9m/s且小于11.2m/s　　D．大于11.2m/s 且小于 16.7m/s 【答案】D 【解析】 第一宇宙速度为 7.9km/s，第二宇宙速度为 11.2km/s，第三宇宙速度为 16.7km/s，由题意可知：火星探测器的发射速度大于11.2km/s且小于16.7km/s 故选D。 典例2（2017·河南安阳市·林州市林虑中学高二开学考试）使物体脱离星球的引力束缚，不再绕星球运行，从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=v1．已知某星球的半径为地球半径4倍，质量为地球质量的2倍，地球半径为R，地球表面重力加速度为g．不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为（　　） A．　　B．　　C．　　D． 【答案】C 【解析】 某星球的质量为M，半径为r，绕其飞行的卫星质量为m，由万有引力提供向心力得：，解得，代入GM＝gR2得地球的第一宇宙速度为① 又某星球的半径为地球半径4倍，质量为地球质量的2倍，地球半径为R，所以② 第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2＝v1③ ③联立得该星球的第二宇宙速度为v2′＝，故ABD错误，C正确．故选C. 点睛：通过此类题型，学会知识点的迁移，比如此题：把地球第一宇宙速度的概念迁移的某颗星球上面． 典例3（2020·巢湖市私立斯辰学校高二开学考试）已知某天体的第一宇宙速度为8km/s，该星球半径为R，则在距离该星球表面高度为3R的轨道上做匀速圆周运动的宇宙飞船的运行速度为（　　） A．2km/s　　B．km/s　　C．4km/s　　D．8km/s 【答案】C 【解析】 ABCD．由万有引力作为向心力，可得第一宇宙速度 而距该天体表面高度为3R的宇宙飞船轨道半径4R，运行速度 ABD错误，C正确。 故选C。 典例4（2021·吴江汾湖高级中学高一月考）2013年12月14日，“嫦娥三号”（“玉兔”号月球车和着陆器）以近似为零的速度实现了月面软着落。如图为“嫦娥三号”运行的轨道示意图。“嫦娥三号”发射后直接进入椭圆形地月转移轨道，其发射速度为（　　） A．小于7.9km/s　　　　　　　　　B．大于7.9km/s，小于11.2km/s C．大于11.2km/s，小于16.7km/s　　D．大于16.7km/s 【答案】B 【解析】 第一宇宙速度7.9km/s为环绕地球做圆周运动的最小发射速度，第二宇宙速度11.2km/s为脱离地球的引力具有的最小发射速度，第三宇宙速度16.7km/s为脱离太阳的引力具有的最小发射速度，而“嫦娥三号”仍在地球的引力范围内，但其轨道不是圆轨道，故其发射速度应大于7.9km/s，小于11.2km/s。 故选B。 典例5（2021·江苏省苏州实验中学高一期中）下列有关宇宙速度的说法不正确的是（　　） A．轨道越高的卫星需要的发射速度越大 B．月球探测卫星的发射速度大于第二宇宙速度 C．地球同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度 D．绕地球运动的卫星（轨道可能是圆或椭圆）线速度可能大于第一宇宙速度 【答案】B 【解析】 A．轨道半径大，速度小，但发射到高轨道需要克服地球引力做较多的功，所以发射卫星越高，需要提供的能量越大，需要的发射速度越大，故A正确，不符合题意； B．月球探测卫星，还在地球的引力范围内，因此发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，故B错误，符合题意； C．根据万有引力提供向心力有 解得 由于地球同步卫星大于地球的半径R，所以其的线速度小于第一宇宙速度，故C正确，不符合题意； D．由C可知，所有绕地球运动的卫星(轨道是圆)线速度不大于第一宇宙速度，而轨道若是椭圆的，则线速度可能大于第一宇宙速度，故D正确，不符合题意。 故选B。 典例6（2021·甘肃兰州市·兰州一中高一期中）（多选）关于第一宇宙速度，下面说法（　　）