高考物理高考物理万有引力与航天技巧小结及练习题.docx

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1、高考物理高考物理万有引力与航天技巧小结及练习题一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天1．如图所示，A是地球的同步卫星，另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.已知地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心．(1)求卫星B的运行周期．(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？(R+h)3t2【答案】(1)TB=2p(2)gR2gR2(Rh)30【解析】【详解】Mmm42Rh①，GMm（1）由万有引力定律和向心

2、力公式得G22mg②RhTBR2R3联立①②解得：TBh③2R2g（2）由题意得0t2④，由③得BgR2⑤BR3ht2R2g代入④得30Rh2．a、b两颗卫星均在赤道正上方绕地球做匀速圆周运动，a为近地卫星，度为3R，己知地球半径为R，表面的重力加速度为g，试求：b卫星离地面高（1）a、b两颗卫星周期分别是多少？（2）a、b两颗卫星速度之比是多少？（3）若某吋刻两卫星正好同时通过赤道同--点的正上方，则至少经过多长时间两卫星相距最远？【答案】（1）2RR（2）速度之比为8Rg，162；gg7【解析】【分析】根据近地卫星重力等于万有引力求得地球质量，然后根据万有

3、引力做向心力求得运动周期；卫星做匀速圆周运动，根据万有引力做向心力求得两颗卫星速度之比；由根据相距最远时相差半个圆周求解；解：（1）卫星做匀速圆周运动，F引F向，对地面上的物体由黄金代换式GMmmgR2GMm42Ra卫星2m2RTa解得Ta2RgGMm42·4Rb卫星2m2(4R)Tb解得Tb16Rg（2）卫星做匀速圆周运动，F引F向，GMmmva2a卫星R2R解得vaGMRb卫星b卫星GMmmv2(4R)24R解得vbGM4RVa2所以Vb22（3）最远的条件TaTb解得t8R7g3．2016年2月11日，美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）团队向全世界

4、宣布发现了引力波，这个引力波来自于距离地球13亿光年之外一个双黑洞系统的合并．已知光在真空中传播的速度为c，太阳的质量为M0，万有引力常量为G．（1）两个黑洞的质量分别为太阳质量的26倍和39倍，合并后为太阳质量的62倍．利用所学知识，求此次合并所释放的能量．（2）黑洞密度极大，质量极大，半径很小，以最快速度传播的光都不能逃离它的引力，因此我们无法通过光学观测直接确定黑洞的存在．假定黑洞为一个质量分布均匀的球形天体．a．因为黑洞对其他天体具有强大的引力影响，我们可以通过其他天体的运动来推测黑洞的存在．天文学家观测到，有一质量很小的恒星独自在宇宙中做周期为T，半径

5、为r0的匀速圆周运动．由此推测，圆周轨道的中心可能有个黑洞．利用所学知识求此黑洞的质量M；b．严格解决黑洞问题需要利用广义相对论的知识，但早在相对论提出之前就有人利用牛顿力学体系预言过黑洞的存在．我们知道，在牛顿体系中，当两个质量分别为m1、m2的质点相距为r时也会具有势能，称之为引力势能，其大小为EpGm1m2（规定无穷远处r势能为零）．请你利用所学知识，推测质量为M′的黑洞，之所以能够成为“黑”洞，其半径R最大不能超过多少？242r032GM13M02＝【答案】（）c；R（）MGT2c2【解析】【分析】【详解】（1）合并后的质量亏损m(2639)M062M0

6、3M0根据爱因斯坦质能方程Emc2得合并所释放的能量E3M0c2（2）a．小恒星绕黑洞做匀速圆周运动，设小恒星质量为m根据万有引力定律和牛顿第二定律Mm22Gmr0r02T解得M42r03GT2b．设质量为m的物体，从黑洞表面至无穷远处；根据能量守恒定律1mv2GMm02R解得2GMRv2因为连光都不能逃离，有v=c所以黑洞的半径最大不能超过2GMRc24．2019年4月20日22时41分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号”乙运载火箭，成功发射第四十四颗北斗导航卫星，卫星入轨后绕地球做半径为r的匀速圆周运动。卫星的质量为m，地球的半径为R，地球表面的重力加速

7、度大小为g，不计地球自转的影响。求：（1）卫星进入轨道后的加速度大小gr；（2）卫星的动能Ek。【答案】（1）gR2（2）mgR2r22r【解析】【详解】(1)设地球的质量为M，对在地球表面质量为m的物体，有：GMmmgR2对卫星，有：GMmmgr2rgR2解得：grr2(2)万有引力提供卫星做匀速圆周运动所需的向心力，有：GMmmv2r2r卫星的动能为：Ek1mv22mgR2解得：Ek2r5．2003年10月15日，我国神舟五号载人飞船成功发射．标志着我国的航天事业发展到了一个很高的水平．飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h的圆

8、形轨道．已知地球半径为R