热点十八 宇宙航行、相对论时空观与牛顿力学的局限性-【创新教程】2027年山东省普通高中学业水平合格考物理热点专练

7.CA.知道月球绕地球运行的周期及月地距离，根据牛顿 第二定律，有： 设-m景北舞释M括祭 G GT2 只能求解中心天体地球的质量，故A错误； B.月球绕地球运行的速度和地球的质量，根据牛顿第二 定律，有： 6兴-发解得：W-要 G 只能求解中心天体地球的质量，故B错误； C.知道月球半径和登月舱在月面附近的绕行周期，根据 牛顿第二定律，有： 4TR,解得：M二4红2R3 GT2 可以求解月球的质量，故C正确： D.知道月球半径及登月舱的质量，无法列式求解月球的 质量，故D错误， 8.C卫星在空中所受的重力实质是万有引力. 物体在地球表面处：mg=GMm R2 湖你离地西高度为R处：m-G0释g=子 9.C由题可知，在停泊轨道上，万有引力提供飞船圆周运 动的向心力，根搭牛顿第二定律可得-m()R, R2 解得M=4π2R3 GT2 4元2R3 _MGT2 地球的密度p=了 4 3R3 GT,故A,B错误；飞船在 3π 空间站轨道运行时，万有引力提供飞船圆周运动的向心 力，根据牛顿第二定律可得 GMm mv2 (R+h)2R+h' 在地球表面，有GMm=mg,联立解得“神舟二十三号”飞 船在中国空间站轨道运行的线速度大小为√尺干万，故 C正确，D错误， 0,B根据星球表面的万有引力等于重力知道G=mg 得出：g=,某天体的质量和半径分别约为地球的10 1 和了，所以来天体表面的重力加速度一 10 2g=0.4g. 1 2 1,解折：根据万有引力疑候向心力6设=m是得地球 R2 的第一宇宙速度为地= GM ,同理“嫦娥五号”绕月球 NR 运行的建度为明-俨故 mR 地√MF 答案√密 12.解析：根据圈周运动知识得：0=2 T 研究行星绕太阳运动作匀速圆周运动，根据万有引力提 供有心力，到出等式=nR(学)解得M- R2 GT2 答案：2 4π2R3 GT2 1 13.解析：(1)小球做平抛运动，在竖直方向L=2gt 小球在极地处，万有引力等于重力GMm=mg R2 解得M=2LR Gt2 《2)根据万有引力定律有2=R,解得=LR R2 t 答案：(1)2LR2 Gt2 (2)V2LR t 热点十八 1.B经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是 经典力学的基础：经典力学并非万能，也有其适用范围， 并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解 决自然界中所有的问题.搞清牛顿运动定律和经典力学 的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此 类问题. 2.D3.C 4.DA.根据万有引力提供向心力GMm=m r2 GMT r4,可知，轨道半径一定，故A错误. B长据万有引力提供有心力G0=m二得√四。 GM 轨道相同，则线速度大小一定，故B错误： C.地球同步卫星的轨道平面与赤道平面重合，故同步卫 星不可能经过南京上空，故C错误 D.根据v=r 可知，近地卫星的轨道半径近似等于地 球半径，此时速度等于7.9km/s,同步卫星运行的线速度 一定小于第一宇宙速度.故D正确. 5.CA项，“嫦娥一号”绕月球运行时，仍未脱离地球引力 的约束，所以其发射速度应大于第一宇宙速度，小于第二 宇宙速度，故A错误；B项，卫星从高轨道变轨到低轨道， 需要在变轨处点火减速，所以“嫦娥一号”从轨道Ⅱ变轨 到轨道[时，需点火减速，故B错误；C项，设轨道I上运 动时的速度为1，轨道Ⅱ上近月点的速度为v2,轨道Ⅱ上 远月点的速度为3，若在轨道Ⅱ上的远月点建立以月球 球心为圆心的圆轨道，其速度为4，因为卫星从高轨道变 轨到低轨道，需要在变轨处，点火减速，则v2>v1,4>v3, 绕月球做圆周运动时，由万有引力提供向心力得GMm r2 m可得，则有训>4，综上分析可得2>西 >v4>3,因此在轨道I上运动时的速度不一定小于轨道 Ⅱ上任意位置的速度，故C正确；D项，从发射到绕月运 行的整个过程中，中心天体分别为地球和月球，由开普勒 第三定律，=，其中与中心天体质量有关，中心天 由地球变为月球，所以轨道半长轴的立方与公转周期的 平方之比发生变化，故D错误 6.A第一字宙速度是卫星在近地圆轨道上的环绕速度，根 超引力等于的心力，列式得：=m只 M 解得：u=√R 地表的物体受到的万有引力与物体的重力近似相等，即： GMm=mg R2 则有：GM=gR2 所以第一宇宙速度也可以为：v=√gR,故A正确，B、C、 D错误. 7.C卫星和月球都绕地球做圆周运动，根据万有引力提供 向心力， 6-产解得-点 r2 GM 由于近地卫星的环绕半径小于同步卫星的半径，同步卫 星的半径又小于月球绕地球的半径，所以，近地卫星的周 期最小，月球的周期最大， 又由于同步卫星的周期等于地球自转周期为T地，所以 T卫<T地<T月，故A错误，C正确，B、D错误. 8.BA.低轨卫星和地球同步卫星的轨道平面不一定重合， 故A错误； B根然=m得=√区，第一宇窗选度的轨道 半径等于地球的半径，所以低轨卫星的线速度不可能大 于第一宇宙速度7.9km/s,故B正确； C.根据地球卫星万有引力提供向心力GMm=m4= r2 T2 mw2r,T=2r√GMw= √/，所以地球回步卫星比低 轨卫星的转动周期大，低轨卫星的角速度比地球同步卫 星角速度大，故C、D错误. 7 9.A设星球的半径是R,地球的半径是r A.万有引力分别提供两者的向心力，即GMm=ma,故 an-GM_ 4 2P一4Grr,故甲、乙两颗卫星的加速 度之比等于R:r=2:1,故A正确. B.由Fm=ma,由于卫星质量未知，无法确定万有引力之 比，结合A分析知，B错误， C.由于4，=g,所以0=√a,站合A的分析知，线速度 之比为R=2:1,故C错误. D.由线速度公式u=2,结合C分析知，甲、乙两颗卫星 T 的周期之比等于1：1，故D错误. 4π2 10.BA,根据万有引力提供向心力G=n4合 T2r,得T= r3 2r√G由此可知，距离越远，周期越大，故A错误。 B.根据万有引力提供向心力G =m,得 r2 ,近地卫星的轨道半径近似等于地球半径，此时速 度等于7.9km/s,当卫星在近地轨道加速，会做离心运 动，而做椭圆轨道运动，故卫星做椭圆轨道运动经过近 地，点时的速度大于7.9km/s,故B正确.C.根据v= 、W可知，轨道相同，则线速度一定大小相等，故C错 误，D.地球同步卫星的轨道平面与赤道平面重合，故同 步卫星不可能经过地球两极上空，故D错误 1.解析：万有引力公式F=Gr减小，万有引力增大。 答案：增大 12.解析：根据万有引力提供向心力，得 4π2 G r 3 可得T=2r√GM= G,式中M是地球的质量r 是卫星的轨道半径 由题意，卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比为1：8， r3 GM 由T=2r√G得轨道半径之比为1：4，由v=√， 得速度之比为2：1. 答案：1：42：1 13.解析：设地球的质量为M,两颗人造卫星的线速度分别 为v1、2,角速度分别为w1、w2,运行周期分别为T1、T2, 向心力分别为F1、F2 2 (1)根据万有引力和圆周运动规律G Mm-mr r2 GM G,所以” 得v 2 r2 故二者线速度之比为2：1. (2)根据圆周运动规律v=ur得w= 所以=4.2=2巨 w2 v2 r1 1 故二者角速度之比为2√2：1. (3)根据圆周运动规律T=2红， 所以 T2w12√2 故二者运行周期之比为1：2√2. (4)根据万有引力充当向心力公式F=GMm r2 所以-m1.r22 F2m2n2=ī 故二者向心力之比为2：1. 答：(1)2：1(2)2√2：1(3)1：2√2(4)2：1 热点十九 1.D2.C 3.ABAB.无人机吊着货物竖直加速上升及匀速上升过程 中，无人机对货物的拉力均竖直向上，货物位移方向竖直 向上，力与位移方向相同，故无人机对货物均做正功，故 AB正确； C.无人机吊着货物悬停在空中，无人机对货物的拉力竖 直向上，而货物没有发生位移，故无人机对货物做功为0， 故C错误；D.无人机吊着货物竖直匀速下降，无人机对货 物的拉力竖直向上，货物的位移方向竖直向下，力与位移 方向相反，故无人机对货物做负功，故D错误， 4.A5.B6.B7.A 8.D图甲中力做功W=Fxcos(180°-0)： 图乙中力做功W=FLcos0: 图丙中力做功W=FLcos(180°-0)： 图丁中力做功W=FLcos0. 故做功相同的是甲和丙，乙和丁， 9.D 10.D力F所做的功为：W=Fs=8×2J=16J 平均功率为：P=W=16W=4W,故D正确」 t 4 11.解析：列车以额定功率启动，功率不变，根据P=F可 知，速度增大，则牵引力减小，根据牛顿第二定律可知， 加速度减小，则列车做加速度减小的加速运动，是变加 速运动。 汽车速度最大时，汽车的牵引力大小与阻力大小相等， 故汽车所能达到的最大速度为：m=-L:0X107W f1×105N 100m/s 答案：变加速100 12.解析：当牵引力和阻力相等时，汽车的速度最大，由P= Fv=f可得， 最大速度为：v= P36000 =2400 m/s=15m/s. 答案：15 13.解析：分别由wW=Fcos0,P=Y和P=Fcos0来求解. t (1)木块所受的合外力为： F合=ngsin0-ngcos0=4N F 木块的加速度为：a= =2m/s2 n 前2s内木块的位移：x=2a12=4m 所以，重力在前2s内做的功为：W=mgsin0Xx=48J (2)重力在前25内的平均功率为：P=W=24w (3)木块在2s末的速度为：v=at=4m/s 重力在2s末的瞬时功率为：P=ngsin0Xv=48W 答案：(1)48J(2)24W(3)48W 热点二十 1.C2.C3.C4.A5.B6.B7.A 8.B在小孩将蹦蹦杆中的弹簧向上弹起的过程中，小孩相 对地球的高度上升，小孩的重力势能就增大，同时，弹簧 的压缩量逐渐减小，弹簧的弹性势能也会逐渐减小，故B 正确， 9.C10.D 11.解析：根据W=一△Ep可知，当重力对物体做正功时，物 体的重力势能减小：当重力对物体做负功时，物体的重 力势能增加. 答案：减少增加热点十八宇宙航行、相对论时空观与 热点集训 一、选择题 1.下列说法中正确的是 A.牛顿运动定律就是经典力学 B.经典力学的基础是牛顿运动定律 C.牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题 D.经典力学可以解决自然界中所有的问题 2.假设某行星围绕太阳做圆周运动，下列说法中正确的有 A.行星受到万有引力和向心力作用 B.行星与太阳之间的一对吸引力是平衡力 C.行星与太阳之间的一对吸引力，其力的性质是不相同的 D.太阳对行星的引力是行星围绕太阳运动的向心力 3.关于在轨运行的“天宫二号”，下列说法中正确的是 A.“天宫二号”的运行速度一定大于7.9km/s B.“天宫二号”的运行速度一定大于7.9km/s且小于11.2km/s C.“天宫二号”运行时，其处于失重状态 D.“天宫二号”运行时，其处于平衡状态 4.有两颗地球同步卫星，下列关于它们的说法中正确的是 ( A.轨道半径可以不同 B.线速度大小可以不同 C.均有可能通过南京上空 D.运行的线速度一定小于第一宇宙速度 5.中国预计在2028年实现载人登月计划，把月球作为登上更遥远行 星的一个落脚点.如图是“嫦娥一号奔月”的示意图，“嫦娥一号”卫 星发射后经多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成 为绕月卫星.关于“嫦娥一号”说法正确的是 () 24h轨道48h轨道 16h轨道 0 轨道I 地球 轨道Ⅱ 轨道Ⅲ 地月转移轨道 A.发射速度必须达到第三宇宙速度 B.轨道Ⅱ变轨到轨道I时，需点火加速 C.在轨道I上运动时的速度不一定小于轨道Ⅱ上任意位置的速度 D.从发射到绕月运行的整个过程中，轨道半长轴的立方与公转周期 的平方之比不变 6.地球半径为R,地球表面重力加速度为g,则第一宇宙速度为() A√gR B.√2gR CN3gR D.2gR 一40 牛顿力学的局限性 名师点津 1.卫星运行时各物理量随轨道 半径的变化情况 I)由G-mm得a-G出， 2 可知随着轨道半径的增大，卫星 做匀速圆周运动的向心力和向 心加速度都减小 （2)由GM=m得。 IGM ,可知随着轨道半径的增 r 大，卫星做匀速圆周运动的线速 度减小 (3)由G2”=mwr得w三 √，可知随着轨道半径的增 G 大，卫星做匀速圆周运动的角速 度减小 4π2 《4)由G2=m r得T r3 2r√GM,可知随着轨道半径的 增大，卫星做匀速圆周运动的周 期增大。 2.理解三种宇宙速度 (1)第一宇宙速度：大小为1= 7.9km/s,是人造地球卫星环绕 地球运行的最大速度，也是人造 地球卫星的最小发射速度.第一 宇宙速度又叫环绕速度， 7.如图，近地人造卫星和月球绕地球的运行轨道可视为圆.设卫星、月 球绕地球公转周期分别为T卫、T月，地球自转周期为T地，则() 卫星 月球 地球 A.T卫=T月B.T卫>T月 C.T卫<T地D.T卫=T地 8.北斗卫星系统由地球同步轨道卫星与低轨道卫星两种卫星组成，这 两种卫星正常运行时 () A.低轨卫星和地球同步卫星的轨道平面一定重合 B.低轨卫星的环绕速率不可能大于7.9km/s C.地球同步卫星比低轨卫星的转动周期小 D.低轨卫星和地球同步卫星，可能具有相同的角速度 9.质量相等的甲、乙两颗卫星分别贴近某星球表面和地球表面围绕其做 匀速圆周运动，已知该星球和地球的密度相同，半径之比为2：1，则 () A.甲、乙两颗卫星的加速度之比等于2：1 B.甲、乙两颗卫星所受的向心力之比等于1：1 C.甲、乙两颗卫星的线速度之比等于1：2 D.甲、乙两颗卫星的周期之比等于1：2 10.关于人造地球卫星，下列说法中正确的是 ( A.卫星离地球越远，运行周期越小 B.卫星运行的瞬时速度可以大于7.9km/s C.同一圆轨道上运行的两颗卫星，线速度大小可能不同 D.地球同步卫星可以经过地球两极上空 二、填空题 11.人造地球卫星在运行过程中由于受到微小的阻力，轨道半径将缓 慢减小.在此运动过程中，卫星所受万有引力大小将 (填 “减小”或“增大”). 12.两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比为1：8，则它们的 轨道半径之比为 ,速度之比为 三、解答题 13.地球的两颗人造卫星质量之比m1:2=1:2,轨道半径之比r1：r2= 1:2.求： (1)线速度大小之比； (2)角速度之比； (3)运行周期之比； (4)向心力大小之比， —41 (2)第二宇宙速度：大小为2= 11.2km/s,是在地面附近发射 物体时，使物体挣脱地球引力束 缚所需的最小发射速度」 (3)第三宇宙速度：大小为3= 16.7km/s,是在地面附近发射 物体时，使物体挣脱太阳引力束 缚所需的最小发射速度！ [注意]①不同行星的宇宙速 度是不一样的，第一宇宙速度是 判断物体是否能成为卫星的界 限；②发射速度是指卫星在地面 附近离开发射装置时的初速度， 运行速度是指卫星在进入运行 轨道后绕地球运行时的线速度· 3.对地球同步卫星特点的理解 地球同步卫星是指相对于地面 静止的、运行周期与地球的自转 周期(T=24h)相等的卫星，这 种卫星一般用于通信，又叫作同 步通信卫星.其特点可概括为 “五个一定”； ①位置一定（必须位于地球赤道 上空)： ②周期一定(T=24h)； ③高度一定(h=3.6×104km); ④速率一定(u=3.1km/s)； ⑤运行方向一定（自西向东运行）.