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题型:简答题
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简答题 · 20 分

“大自然每个领域都是美妙绝伦的。”随着现代科技发展,人类不断实现着“上天入地”的梦想,但是“上天容易入地难”,人类对脚下的地球还有许多未解之谜。地球可看作是半径为R的球体。

32.以下在计算万有引力时,地球可看作是质量集中在地心的质点。

1,已知地球两极的重力加速度为g1,赤道的重力加速度为g2,求地球自转的角速度ω

2,某次地震后,一位物理学家通过数据分析,发现地球的半径和质量以及两极的重力加速度g1都没变,但赤道的重力加速度由g2略微减小为g3,于是他建议应该略微调整地球同步卫星的轨道半径。请你求出同步卫星调整后的轨道半径与原来的轨道半径r之比

33.图1是地球内部地震波随深度的分布以及由此推断出的地球内部的结构图。在古登堡面附近,横波(S)消失且纵波(P)的速度与地表处的差不多,于是有人认为在古登堡面附近存在着很薄的气态圈层,为了探究气态圈层的压强,两位同学提出了以下方案。

甲同学的方案:如图2所示,由于地球的半径非常大,设想在气态圈层的外侧取一底面积很小的柱体,该柱体与气态圈层的外表面垂直。根据资料可知古登堡面的半径为R1,气态圈层之外地幔及地壳的平均密度为,平均重力加速度为g,地球表面的大气压强相对于该气态圈层的压强可忽略不计。

乙同学的方案:设想在该气态圈层内放置一个正方体,并且假定每个气体分子的质量为m,单位体积内的分子数为n,分子大小可以忽略,其速率均相等,且与正方体各面碰撞的机会均等,与各面碰撞前后瞬间,分子的速度方向都与各面垂直,且速率不变。根据古登堡面附近的温度可推知气体分子运动的平均速率为v.

请你选择其中的一种方案求出气态圈层的压强p.

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

(1)a 设地球的质量为M,对于质量为m的物体,

在两极有:    ①

在赤道,根据牛顿第二定律有:   ②

联立①②可得:    (6分)

B 设地震后地球自转的角速度为

根据牛顿第二定律有:  ③

设同步卫星的质量为,根据牛顿第二定律,

地震前有:    ④

地震后有:      ⑤

联立①②③④⑤可得:            (7分)

解析

(1)a 设地球的质量为M,对于质量为m的物体,

在两极有:    ①

在赤道,根据牛顿第二定律有:   ②

联立①②可得:    (6分)

B 设地震后地球自转的角速度为

根据牛顿第二定律有:  ③

设同步卫星的质量为,根据牛顿第二定律,

地震前有:    ④

地震后有:      ⑤

联立①②③④⑤可得:            (7分)

考查方向

万有引力定律及其应用.

解题思路

先求地震前后得角速度之比,再根据万有引力提供向心力求地震前后的同步卫星的轨道半径之比

易错点

天体半径R和轨道半径r区分不开

教师点评

本题的阅读量较大,本题的物理模型非常经典,对经典问题的创新考查,但整体而言,题目很基础,适合高三一轮复习.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

(2)甲同学的方案:

设该柱体的底面积为S,则柱体的总重力为:  ⑥

该柱体静止,支持力与重力的合力为零。即:    ⑦

由牛顿第三定律可知,柱体对气态圈层的压力    ⑧

气态圈层中的气体压强为   ⑨

联立⑥⑦⑧⑨式可得:    (7分)

乙同学的方案:

设正方体边长为a时间内与一个面发生碰撞的气体分子数为N,则:

   ⑩

                             

设该面与气体分子间的压力大小为F,由动量定理得:

则气体的压强为:

联立⑩      式可得:         (7分)

解析

(2)甲同学的方案:

设该柱体的底面积为S,则柱体的总重力为:  ⑥

该柱体静止,支持力与重力的合力为零。即:    ⑦

由牛顿第三定律可知,柱体对气态圈层的压力    ⑧

气态圈层中的气体压强为   ⑨

联立⑥⑦⑧⑨式可得:    (7分)

乙同学的方案:

设正方体边长为a时间内与一个面发生碰撞的气体分子数为N,则:

   ⑩

                              

设该面与气体分子间的压力大小为F,由动量定理得:

则气体的压强为: 

联立⑩      式可得:         (7分)

考查方向

万有引力定律及其应用.

解题思路

根据甲乙两同学设计的实验方案任选一种模型求解即可

易错点

由动量定理列方程时不考虑方向

教师点评

本题的阅读量较大,本题的物理模型非常经典,对经典问题的创新考查,但整体而言,题目很基础,适合高三一轮复习.

1
题型: 单选题
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单选题 · 3 分

3.嫦娥三号探测器由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射,首次实现月球软着陆和月面巡视勘察。嫦娥三号的部分飞行轨道示意图如图所示。假设嫦娥三号在圆轨道和椭圆轨道上运动时,只受到月球的万有引力。下列说法中正确的是(    )

A探测器变轨登月的过程中,探测器和月球组成的系统机械能守恒

B探测器在椭圆轨道上Q点处的速度大于圆轨道上任一点的速度

C探测器沿椭圆轨道飞行时,P点处的速度大于在Q点处的速度

D若圆轨道半径、周期和引力常量已知可计算月球表面重力加速度

正确答案

B

解析

本题属于卫星变轨中相对中等的题目

A选项卫星在从圆轨道进入椭圆轨道时,发动机对卫星做负功,卫星机械能减小。错误

B选项卫星经过近月点时动能最大,势能最小。远月点势能最大动能最小。B正确C错误

D选项仅知道圆轨道半径,周期及引力常量不能计算出月球表面重力加速度。仅能求出在圆轨道处重力加速度。

考查方向

本题主要考查万有引力及航天中的卫星变轨问题及变轨中的能量问题,属于选择题中的必考内容

解题思路

根据卫星运动的特点可知,卫星在从圆轨道进入椭圆轨道时,发动机对卫星做负功,卫星机械能减小。卫星经过近月点时动能最大,势能最小。远月点势能最大动能最小。仅知道圆轨道半径,周期及引力常量不能计算出月球表面重力加速度。

易错点

不掌握卫星在由低轨道到高轨道,由圆轨道到椭圆轨道的运动过程,以及计算星体表面重力加速度的基本方法。

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

19.如图所示,在火星与木星轨道之间有一小行星带.假设该带中的小行星只受到太阳的引力,并绕太阳做匀速圆周运动.下列说法中正确的是

A各小行星绕太阳运动的角速度均相等

B小行星带内侧行星的加速度大于外侧行星的加速度

C与太阳距离相等的每一颗小行星,受到太阳的引力大小都相等

D小行星带内各行星绕太阳公转的线速度均小于地球公转的线速度

正确答案

B,D

解析

A选项,各小行星离太阳的距离不等,各小行星根据公式可知各小行星的角速度不同,故错误。B选项,小行星带内侧行星r更小,根据公式可知加速度更大,故B选项正确。C选项,与太阳距离相等的每一颗小行星质量不一定相同,根据公式FG可知引力大小不一定相同,故错误。D选项,地球离太阳的距离更近r更小,根据公式可知地球线速度大于小行星带内各行星线速度,故D选项正确。

考查方向

1、考查天体运动中加速度、速度、周期、角速度与距离的关系。

2、考查万有引力的公式:F=G万有引力的大小与距离和质量有关。

解题思路

1、明确小行星带、地球与太阳之间的位置关系。

2、根据万有引力提供向心力G解得加速度、速度、周期、角速度与距离的关系公式,从而判断其随距离的变化。

易错点

容易忽略万有引力的大小与质量有关。

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

17.设宇宙中某一小行星自转较快,但仍可近似看作质量分布均匀的球体,半径为R。宇航员用弹簧测力计称量一个相对自己静止的小物体的重量,第一次在极点处,弹簧测力计的读数为F1 = F0;第二次在赤道处,弹簧测力计的读数为。假设第三次在赤道平面内深度为的隧道底部,示数为F3;第四次在距星表高度为R处绕行星做匀速圆周运动的人造卫星中,示数为F4。已知均匀球壳对壳内物体的引力为零,则以下判断正确的是

A  

B 

C 

D 

正确答案

B

解析

当在极地时,重力完全等于万有引力:F引力== F0

当在赤道时F引力F0=F0=2R

当在地下时,根据公式V=πR3,M=ρV= ρπR3

故万有引力的质量变为原来的,      

  F引力=

根据公式F引力F3=2·R,故 F0F3=

F3=   当在距星表高度为R处绕行星做匀速圆周运动的人造卫星中时,万有引力完全提供向心力:此时F引力F4= F4=0。故选B。

考查方向

1、考查万有引力的公式:F=万有引力的大小与距离和质量的关系。

2、考查地球上的物体在赤道、极地上,万有引力,向心力,支持力的关系:F引力-N=

3、考查失重状态的定义及判断。

解题思路

1、首先根据物体在极地与赤道上向心力的公式,得出向心力与万有引力的关系:       F引力=F0F向心力=F0

2、再计算物体在地下时万有引力、向心力,根据公式F引力F拉力=,得出弹簧测力计的读数。

3、由于环绕地球做匀速圆周的物体万有引力完全提供向心力,根据公式             F引力F拉力=得出弹簧测力计的读数为零。

易错点

1、对地球上物体万有引力,向心力,支持力的关系不清楚,认为万有引力就等于重力等于支持力。

2、对在地下万有引力的计算方法不清楚。

3、对物体在赤道与极地上万有引力,向心力,支持力的关系不清楚。

4、对环绕地球做匀速圆周的物体万有引力完全提供向心力,理解不透彻。

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

3. 2013年6月13日神舟十号与天官一号完成自动交会对接。可认为天宫一号绕地球做匀速圆周运动,对接轨道所处的空间存在极其稀薄的空气,则下面说法正确的是 ()

A航天员在天宫一号中处于失重状态,说明航天员不受地球引力作用

B为实现对接,两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间

C如不加干预,天宫一号的轨道高度将缓慢升高

D如不加干预,在运行一段时间后,天宫一号的动能可能会增加

正确答案

D

解析

      A选项,失重是指物体与地面没有挤压力,而出现的一种“失去重力或引力”的假象,万有引力任然存在,且一直存在不可能消失。

       B选项,第一宇宙速度是卫星围绕中心天体运动的最大运行速度(环绕速度),要实现对接,两者运行速度必须小于第一宇宙速度,如果速度(注意:这里说的是速度不是运行速度)介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间,卫星会做离心运动,而不处于稳定状态,不利于对接,故错误。

       C选项,如果不加干预,在稀薄的大气层下,由于的阻力的原因,天宫一号的运行速度逐渐减小(注意:这个速度减小指运行速度瞬时性的减小,在近心运动的过程中速度会增大),导致万有引力大于向心力,而做近心运动,故天宫一号的轨道高度将缓慢降低,故错误。

       D选项,由C可知,由于天宫一号运行轨道降低,根据公式v=,可知天宫一号的运行速度增大,故动能增大;天宫一号的轨道高度将缓慢降低过程中,引力势能做正功,大气阻力做负功,所以根据动能定理:W万有引力-W大气阻力=Ek2-Ek1>0,故选项D正确。

考查方向

1、考查天体运动中加速度、速度、周期、角速度与距离的关系

2、考查第一宇宙速度的的定义:最大的环绕速度,也是最小的发射速度,及其计算 。

3、考查失重状态的定义及判断。

4、考查物体做离心或近心运动的条件:当合外力F合外力>时,物体做近心运动,当合外力F合外力<时,物体做离心运动。

5、考查引力势能在卫星做离心或近心运动过程中的变化,及动能定理。

解题思路

1、理解失重状态的物理条件,根据物体与地面间挤压力为零的特点解题。

2、根据第一宇宙速度的的定义:最大的环绕速度,也是最小的发射速度,判断天宫一号的运行速度。

3、根据物体做离心运动与近心运动的条件解题。

4、根据动能定理判断天宫一号的动能变化,即速度大小变化。

易错点

1、对第一宇宙速度的定义模糊不清。

2、对失重状态含义理解不到位。

3、对物体做离心运动与近心运动的条件不清楚。

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 单选题
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单选题 · 4 分

5.2014年3月8日凌晨马航客机失联后,西安卫星测控中心紧急调动海洋、风云、高分、遥感4个型号近10颗卫星,为地面搜救提供技术支持.特别是“高分一号”突破了空间分辨率、多光谱与大覆盖面积相结合的大量关键技术.如图为“高分一号”与北斗导航系统两颗卫星在空中某一面内运动的示意图.“北斗”系统中两颗卫星“G1”和“G3”以及“高分一号”均可认为绕地心O做匀速圆周运动.卫星“G1”和“G3”的轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置,“高分一号”在C位置.若卫星均顺时针运行,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力.则下列说法正确的是(   )

A卫星“G1”和“G3”的加速度大小相等且为g

B卫星“G1”由位置A运动到位置B所需的时间为

C如果调动卫星“G1”快速追上卫星“G3”,必须对其加速

D若“高分一号”所在高度处有稀薄气体,则运行一段时间后,机械能会增大

正确答案

B

解析

试题分析:根据万有引力提供向心力,得.而.所以卫星的加速度.故A错误;根据万有引力提供向心力,得,所以卫星1由位置A运动到位置B所需的时间,故B正确;“G1”卫星加速,将做离心运动,轨道半径变大,故C错误;高分一号”是低轨道卫星,其所在高度有稀薄气体,克服阻力做功,机械能减小,故D错误。

考查方向

本题主要考查了考查了万有引力定律的应用

解题思路

根据万有引力提供向心力,轨道半径r越小,线速度v、加速度a越大,而周期T越小.根据轨道半径的变化可以判断速度、加速度和周期的变化.根据卫星变轨的知识可知,卫星要降低轨道,需要减速,故机械能减小.

易错点

1、“G1”卫星加速,将做离心运动,轨道半径变大,所以追不上。

2、高分一号”是低轨道卫星,其所在高度有稀薄气体,克服阻力做功,机械能减小

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

18.火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星,对人类来说充满着神奇,为了更进

一步探究火星,发射一颗火星的同步卫星。已知火星的质量为地球质量的p倍,火星自转

周期与地球自转周期相同均为T,地球表面的重力加速度为g。地球的半径为R,则火星的

同步卫星距球心的距离为

A

B

C

D

正确答案

C

解析

在地球表面附近的卫星有,得,火星的质量为地球质量的p倍,设火星的质量为所以,由万有引力定律得,解得,故C正确,ABD错误;故本题选C.

考查方向

万有引力定律的应用,推导火星同步卫星的轨道半径。

解题思路

火星自转周期与地球自转周期相同均为T,利用万有引力公式计算火星同步轨道半径,利用地球表面的黄金代换,结合火星与地球质量的关系得到,代入求解。

易错点

利用万有引力公式计算火星同步轨道半径,利用火星质量与地球质量的关系得

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

21.据报道,2013年4月23日荷兰“火星一号”公司开始在全球招募移民火星的志愿者,将于2023年发射飞船将志愿者送往火星定居.已知火星绕太阳公转的轨道半径约为地球的3/2倍,火星的质量约为地球的1/10、火星的半径约为地球的1/2,下列说法正确的是

A志愿者在火星上过“一年”比在地球上要长

B志愿者在火星表面附近的重力约为地球表面附近的

C火星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的

D载有志愿者的飞船减速落向火星表面时,志愿者处于失重状态

正确答案

A,B

解析

A选项,根据天体运动中周期T与半径r的关系公式,可知公转半径越大公转周期越长,故A选项正确。

B选项,根据地球表面上的物体重力等于万有引力故B选项正确。

C选项,第一宇宙速度,指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,根据万有引力提供向心力,故C选项错误。

D选项,失重状态,即物体与与之接触的地面的挤压力为零。当志愿者的飞船减速落向火星表面时,合外力的方向与运动的方向相反,即一定存在支持力,所以不是处于失重状态,A选项错误。

考查方向

1、考查天体运动中加速度、速度、周期、角速度与距离的关系

2、考查第一宇宙速度的的定义,即其计算  (R:星球半径)。

3、考查地球表面重力加速度的计算公式

4、考查失重状态的定义及判断。

解题思路

1、根据公式判断公转周期与公转半径的关系。

2、根据地球表面上的物体重力等于万有引力计算火星表面重力加速度与地球表面重力加速度的比值,从而计算物体在火星表面与地球表面重力的比值。

3、明确第一宇宙速度的定义:指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度;根据公式计算火星与地球第一宇宙速度的比值。

4、理解失重状态的物理条件,根据物体与地面间挤压力为零的特点解题。

易错点

1、对第一宇宙速度的定义模糊不清。

2、对失重状态含义理解不到位。

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

16.“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成。 地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行,它们距地面的高度分别为 h1和 h2,且 h1>h2。则下列说法中正确的是

A静止轨道卫星的周期比中轨道卫星的周期大

B静止轨道卫星的线速度比中轨道卫星的线速度大

C静止轨道卫星的角速度比中轨道卫星的角速度大

D静止轨道卫星的向心加速度比中轨道卫星的向心加速度大

正确答案

A

解析

A、根据,,可知静止轨道的周期大于中轨道卫星的周期,A正确;

B、根据万有引力提供向心力,有,静止轨道的线速度小于中轨道卫星的线速度,B错误;

C、又因为,静止轨道的角速度小于中轨道卫星的角速度,C错误;

D、由可知,静止轨道卫星的向心加速度比中轨道的向心加速度小,D错误。

考查方向

万有引力定律及其应用

解题思路

由万有引力提供向心力列方程即可求解。

易错点

不该出错

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

17.宇航员站在某一星球上,将一个小球距离星球表面h高度处由静止释放使其做自由落体运动,经过t时间后小球到达星球表面,已知该星球的半径为R,引力常量为G,则下列选项正确的是(     )

A该星球的质量为

B该星球表面的重力加速度为

C该星球的第一宇宙速度为

D通过以上数据无法确定该星球的密度

正确答案

A

解析

小球距离星球表面h高度处由静止释放使其做自由落体运动,有

解得,所以B错误,在星球表面上有,与上式联立解得星球质量,所以A项正确;星球密度,所以D项错误;在近地卫星重力提供向心力所以有解得第一宇宙速度,所以C项错误。所以选A项。

考查方向

本题考查的是万有引力定律,自由落体运动,重力加速度,第一宇宙速度,天体质量和密度的相关计算,天体问题是高考的热点,无论是全国卷还是独立命题的省份,几乎年年高考都有。

解题思路

1、根据自由落运动求出星球表面的重力加速度。

2、根据万有引力等于重力求解星球的质量和密度。

3、在星球表面运动时根据重力等于向心力,求出第一宇宙速度。

易错点

1、不能将自由落体运动求得的加速度与星球表面的重力加速度联系起来。

2、第一宇宙速度求解时易出错。

知识点

万有引力定律及其应用
下一知识点 : 动量
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