重难点05 万有引力与航天-2024年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考专用）

重难点05万有引力与航天 1. 从命题趋势上看，对本部分内容的考查仍将延续与生产、生活以及航天科技相结合，形成新情景的物理题。 1. 关于万有引力定律及应用知识的考查，主要表现在两个方面：(1)天体质量和密度的计算主要考查对万有引力定律、星球表面重力加速度的理解和计算，(2)人造卫星的运行及变轨:主要是结合圆周运动的规律、万有引力定律，考查卫星在轨道运行时线速度、角速度、周期的计算，考查卫星变轨运行时线速度、角速度、周期以及有关能量的变化。以天体问题为背景的信息题，更是受青睐。高考中一般以选择题的形式呈现。 1．天体质量和密度的求解 (1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R. 由于G＝mg，故天体质量M＝，天体密度ρ＝＝＝. (2)利用卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r. ①由万有引力提供向心力，即G＝mr，得出中心天体质量M＝； ②若已知天体半径R，则天体的平均密度ρ＝＝＝. 2．变轨问题 (1)点火加速，v突然增大，G<m，卫星将做离心运动． (2)点火减速，v突然减小，G>m，卫星将做近心运动． (3)同一卫星在不同圆轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大． (4)卫星经过不同轨道相交的同一点时加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度． 3. 应用万有引力定律解决“新情景”问题 解题的关键是把实际问题模型化，即建立天体的环绕运动模型，然后利用天体运动的有关规律分析和解决问题． （建议用时：30分钟） 一、单选题 1．（2023·广东揭阳·普宁市华侨中学校考二模）如图，虚线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示地球卫星的三条轨道，其中轨道Ⅰ为与第一宇宙速度对应的近地环绕圆轨道，轨道Ⅱ为椭圆轨道，轨道Ⅲ为与第二宇宙速度对应的脱离轨道，三点分别位于三条轨道上，点为轨道Ⅱ的远地点，点与地心的距离均为轨道Ⅰ半径的2倍，则（　　） A．卫星在轨道Ⅱ的运行周期为轨道Ⅰ的2倍 B．卫星经过点的速率为经过点的倍 C．卫星在点的加速度大小为在点的3倍 D．质量相同的卫星在点的机械能小于在点的机械能 2．（2023·江苏南京·校联考一模）如图，A、B、C为我国发射的3颗卫星，其轨道皆为圆形，其中卫星A、B的轨道在赤道平面内，卫星C的轨道为极地轨道，轨道半径rC＜rA＜rB，下列说法正确的是（　　）    A．卫星A的动能一定比卫星B的大 B．卫星A的加速度大小一定比卫星B的大 C．卫星B一定与地球自转同步 D．卫星C的线速度大小可能为8.0km/s 3．（2024·广东中山·中山市华侨中学校考模拟预测）在高空运行的同步卫星功能失效后，往往会被送到同步轨道上空几百公里处的“墓地轨道”，以免影响其他在轨卫星并节省轨道资源．如图所示，2022年1月22日，我国实践21号卫星在地球同步轨道“捕获”已失效的北斗二号G2卫星后，成功将其送入“墓地轨道”．已知转移轨道与同步轨道、墓地轨道分别相切于P、Q点，则北斗二号G2卫星（　　） A．在墓地轨道运行时的速度大于其在同步轨道运行的速度 B．在转移轨道上经过P点的加速度大于在同步轨道上经过P点的加速度 C．在墓地轨道上经过Q点的速度大于转移轨道上经过Q点的速度 D．若要从Q点逃脱地球的引力束缚，则在该处速度必须大于11.2km/s 4．（2023·全国·校联考模拟预测）如图甲，“星下点”是指卫星和地心连线与地球表面的交点。图乙是航天控制中心大屏幕上显示卫星FZ01的“星下点”在一段时间内的轨迹，已知地球同步卫星的轨道半径为（R是地球的半径），FZ01绕行方向与地球自转方向一致，则下列说法正确的是（　　） A．卫星FZ01的轨道半径约为 B．卫星FZ01的轨道半径约为 C．卫星FZ01可以记录到南极点的气候变化 D．卫星FZ01不可以记录到北极点的气候变化 二、多选题 5．（2024·四川内江·统考一模）2023年4月14日，我国首颗太阳探测卫星“夸父一号”准时观测了部分数据，实现了数据共享。如图，“夸父一号”卫星和另一颗卫星分别沿圆轨道、椭圆轨道绕地球沿逆时针运动，圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点，某时刻两卫星与地球在同一直线上，下列说法中正确的是（　　） A．两颗卫星的运动周期相等 B．两卫星在图示位置的速度v1<v2 C．两卫星在A处受到的万有引力大小一定相等 D．两颗卫星在A或B点处不可能相遇 6．（2023·福建福州·福建省福州第一中学校联考模拟预测）A、B两颗卫星在同一平面内沿同一方向绕地球做匀速圆周运动，它们之间的距离随时间变化的关系如图所示。已知地球的半径为0.8r，万有引力常量为G，卫星A的线速度大于卫星B的线速度，不考虑A、B之间的万有引力，则下列说法正确的是（　　） A．卫星A的加速度大于卫星B的加速度 B．卫星A的发射速度可能大于第二宇宙速度 C．地球的质量为