第04讲 万有引力定律及其应用（练习）（解析版）.docxVIP

资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】

资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】

第04讲万有引力定律及其应用

目录

TOC\o1-3\h\z\u01开普勒行星运动定律万有引力定律理解 1

02万有引力定律综合应用天体质量和密度 7

03宇宙速度天体、卫星运行参数及规律同步卫星 13

04卫星变轨、对接、追及相遇问题双星问题 23

01开普勒行星运动定律万有引力定律理解

1.（2021·福建·统考高考真题）（多选）两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星的位置变化进行了持续观测，记录到的的椭圆轨道如图所示。图中O为椭圆的一个焦点，椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、Q分别为轨道的远银心点和近银心点，Q与O的距离约为（太阳到地球的距离为），的运行周期约为16年。假设的运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，可以推出（）

A．与银河系中心致密天体的质量之比

B．银河系中心致密天体与太阳的质量之比

C．在P点与Q点的速度大小之比

D．在P点与Q点的加速度大小之比

【答案】BCD

【详解】A．设椭圆的长轴为2a，两焦点的距离为2c，则偏心率，且由题知，Q与O的距离约为，即，由此可得出a与c，由于是围绕致密天体运动，根据万有定律，可知无法求出两者的质量之比，故A错误；B．根据开普勒第三定律有，式中k是与中心天体的质量M有关，且与M成正比；所以，对是围绕致密天体运动有，对地球围绕太阳运动有，两式相比，可得，因的半长轴a、周期，日地之间的距离，地球围绕太阳运动的周期都已知，故由上式，可以求出银河系中心致密天体与太阳的质量之比，故B正确；C．根据开普勒第二定律有，解得，因a、c已求出，故可以求出在P点与Q点的速度大小之比，故C正确；D．不管是在P点，还是在Q点，都只受致密天体的万有引力作用，根据牛顿第二定律有，解得，因P点到O点的距离为a+c,，Q点到O点的距离为a-c，解得，因a、c已求出，故在P点与Q点的加速度大小之比，故D正确。

故选BCD。

2.（2022·全国·统考高考真题）2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（）

A．所受地球引力的大小近似为零

B．所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零

C．所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等

D．在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小

【答案】C

【详解】ABC．航天员在空间站中所受万有引力完全提供做圆周运动的向心力，飞船对其作用力等于零，故C正确，AB错误；D．根据万有引力公式，可知在地球表面上所受引力的大小大于在飞船所受的万有引力大小，因此地球表面引力大于其随飞船运动所需向心力的大小，故D错误。

故选C。

3.（2023·山西·统考高考真题）2023年5月，世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号，携带约5800kg的物资进入距离地面约400km（小于地球同步卫星与地面的距离）的轨道，顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后，这批物资（）

A．质量比静止在地面上时小 B．所受合力比静止在地面上时小

C．所受地球引力比静止在地面上时大 D．做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大

【答案】D

【详解】A．物体在低速（速度远小于光速）宏观条件下质量保持不变，即在空间站和地面质量相同，故A错误；BC．设空间站离地面的高度为h，这批物质在地面上静止合力为零，在空间站所受合力为万有引力即，在地面受地球引力为，因此有，故BC错误；D．物体绕地球做匀速圆周运动万有引力提供向心力，解得，这批物质在空间站内的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，因此这批物质的角速度大于同步卫星的角速度，同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，即这批物质的角速度大于地球自转的角速度，故D正确。

故选D。

4.（2022·北京·高考真题）利用物理模型对问题进行分析，是重要的科学思维方法。

（1）某质量为m的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，在近日点速度为v1，在远日点速度为v2。求从近日点到远日点过程中太阳对行星所做的功W；

（2）设行星与恒星的距离为r，请根据开普勒第三定律（）及向心力相关知识，证明恒星对行星的作用力F与r的平方成反比；

（3）宇宙中某恒星质量是太阳质量的2倍，单位时间内向外辐射的能量是太阳的16倍。设想地球“流浪”后绕此恒星公转，且在新公转轨道上的温度与“流浪”前一样。地球绕太阳公转的周期为T1，绕此恒星公转的