“科学思维”专练（三） 万有引力定律的应用（Word练习）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（人教版2019）

“科学思维”专练（三） 万有引力定律的应用 一、选择题 1．(2021·浙江1月学考)嫦娥五号探测器是我国首个实施月面采样返回的航天器，由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成。为等待月面采集的样品，轨道器与返回器的组合体环月做圆周运动。已知引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，地球质量m1＝6.0×1024kg，月球质量m2＝7.3×1022kg，月地距离r1＝3.8×105km，月球半径r2＝1.7×103km。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200 km处做环月匀速圆周运动时，其环绕速度约为(　 ) A．16 m/s　　　　　　 B．1.1×102 m/s C．1.6×103 m/s D．1.4×104 m/s 解析：选C　设组合体质量为m，根据匀速圆周运动的规律，万有引力充当向心力，G＝m，解得v≈1.6×103m/s，选项C正确。 2．(2022·上海光明中学期中)某人造地球卫星在距离地面高为h的轨道内做匀速圆周运动，现要变轨进入更高的轨道做匀速圆周运动，卫星需要(　 ) A．一直增大速度直到进入预定轨道做匀速圆周运动 B．一直减小速度直到进入预定轨道做匀速圆周运动 C．先增大速度实现变轨，到达预定轨道后做匀速圆周运动的速度比之前小 D．先减小速度实现变轨，到达预定轨道后做匀速圆周运动的速度比之前大 解析：选C　卫星要进入更高的轨道，需要做离心运动，当万有引力不足以提供做圆周运动的向心力时，卫星做离心运动，则需要加速进入更高的轨道，到达预定轨道后做匀速圆周运动，根据＝m可得v＝，可知半径变大之后，速度v减小，故A、B、D错误，C正确。 3．(2022·河南洛阳期中)(多选)据报道，中国探月工程四期已经启动，计划在月球南极建立科研站、届时将先把探测器送入环月的椭圆轨道Ⅰ，再在P点变轨，进入环月圆轨道Ⅱ，以选择合适的登陆地点，下列关于变轨前后探测器说法正确的是(　 ) A．探测器在Q点的速度大于在Ⅰ轨道上经过P点的速度 B．探测器在Ⅰ轨道上经过P点的速度大于在Ⅱ轨道上经过P点的速度 C．探测器在Ⅰ轨道上经过P点的加速度大于在Ⅱ轨道上经过P点的加速度 D．探测器在Ⅰ轨道的周期大于在Ⅱ轨道的周期 解析：选BD　轨道Ⅰ上P点为近月点，速度最大，Q点为远月点，速度最小，故A错误；从轨道Ⅱ到轨道Ⅰ，需要在P点点火加速，因此探测器在Ⅰ轨道上经过P点的速度大于在Ⅱ轨道上经过P点的速度，故B正确；同一点，受到的万有引力相同，根据牛顿第二定律可知，加速度相同，故C错误；根据开普勒第三定律可知，Ⅰ轨道半长轴较大，周期较大，故D正确。 4．(2021·全国甲卷)2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105 s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105 m。已知火星半径约为3.4×106 m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为(　 ) A．6×105 m B．6×106 m C．6×107 m D．6×108 m 解析：选C　在火星表面附近，对于绕火星做匀速圆周运动的物体，有mg火＝mR火，得T12＝，根据开普勒第三定律，有＝，代入数据解得l远≈6×107m，C正确。 5.(2021·全国乙卷)科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1 000 AU(太阳到地球的距离为1 AU)的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为(　 ) A．4×104M B．4×106M C．4×108M D．4×1010M 解析：选B　由万有引力提供向心力有＝mR，整理得＝，可知只与中心天体的质量有关，则＝，已知T地＝1年，由题图可知恒星S2绕银河系运动的周期TS2＝2×(2002－1994)年＝16年，解得M黑洞≈4×106M，B正确。 6.我国已掌握“高速半弹道跳跃式再入返回技术”，为实现“嫦娥”飞船月地返回任务奠定基础。如图虚线为大气层边界，返回器与服务舱分离后，从a点无动力滑入大气层，然后从c点“跳”出，再从e点“跃”入，实现多次减速，可避免损坏返回器。d点为轨迹的最高点，离地心的距离为r，返回器在d点时的速度大小为v，地球质量为M，引力常量为G。则返回器(　 ) A．在b点处于失重状态 B．在a、c、e点时的速率相等 C．在d点时的加速度大小为 D．在d点时的速度大小v＞ 解析：选C　由题意知，返回器在b点处于超重状态，故A错误；从a到e