【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【分析】
（1）万有引力提供向心力，求出速度，然后根据动能公式进行求解；
（2）根据能量守恒进行求解即可；
（3）将小探测器射出，并使它能脱离地球引力范围，动能全部用来克服引力做功转化为势能；
【详解】
（1）在近地轨道（离地高度忽略不计）Ⅰ上运行时，在万有引力作用下做匀速圆周运动
即：
则探测器离开飞船时的速度（相对于地心）至少是： ．
【点睛】
本题考查了万有引力定律的应用，知道万有引力提供向心力，同时注意应用能量守恒定律进行求解．
5．我们将两颗彼此相距较近的行星称为双星，它们在万有引力作用下间距始终保持不变，且沿半径不同的同心轨道作匀速圆周运动，设双星间距为L，质量分别为M1、M2 万有引力常量为G)试计算：
（1）求空间站线速度v0的大小；
（2）宇航员相对太空舱静止站立，应用物理规律推导说明宇航员对太空舱的压力大小等于零；
（3）规定距地球无穷远处引力势能为零，质量为m的物体与地心距离为r时引力势能为Ep=- 。由于太空中宇宙尘埃的阻力以及地磁场的电磁阻尼作用，长时间在轨无动力运行的空间站轨道半径慢慢减小到r1（仍可看作匀速圆周运动），为了修正轨道使轨道半径恢复到r0，需要短时间开动发动机对空间站做功，求发动机至少做多少功。
【点睛】本题主要抓住在星球表面重力与万有引力相等和万有引力提供圆周运动向心力，掌握竖直上抛运动规律是正确解题的关键．
3．人类第一次登上月球时，宇航员在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放，二者几乎同时落地．若羽毛和铁锤 是从高度为h处下落，经时间t落到月球表面．已知引力常量为G，月球的半径为R．
(2)该星球的质量。
【答案】（1） （2）
【解析】
【分析】
平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据平抛运动的规律求出星球表面的重力加速度；根据万有引力等于重力求出星球的质量；
【详解】
(1)根据平抛运动知识可得
解得
(2)根据万有引力等于重力，则有
解得
2．一宇航员站在某质量分布均匀的星球表面上沿竖直方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落回抛出点，已知该星球半径为R，引力常量为G，求：
8．2017年4月20日19时41分天舟一号货运飞船在文昌航天发射中心由长征七号遥二运载火箭成功发射升空。22日12时23分，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成首次自动交会对接。中国载人航天工程已经顺利完成“三步走”发展战略的前两步，中国航天空间站预计2022年建成。建成后的空间站绕地球做匀速圆周运动。已知地球质量为M，空间站的质量为m0，轨道半径为r0，引力常量为G，不考虑地球自转的影响。
(1)该星球表面的重力加速度；
(2)该星球的密度；
(3)该星球的“第一宇宙速度”．
【答案】(1) (2) (3)
【解析】
(1)根据竖直上抛运动规律可知，小球上抛运动时间
可得星球表面重力加速度： ．
(2)星球表面的小球所受重力等于星球对小球的吸引力，则有：
得：
因为
则有：
(3)重力提供向心力，故
该星球的第一宇宙速度
高考物理万有引力与航天解题技巧及练习题及解析
一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天
1．如图所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q，斜面的倾角为α，已知该星球半径为R，万有引力常量为G，求：
(1)该星球表面的重力加速度；
（1）在近地轨道Ⅰ上运行时，飞船的动能是多少？
（2）若飞船在转移轨道Ⅱ上运动过程中，只有引力做功，引力势能和动能相互转化．已知飞船在椭圆轨道Ⅱ上运行中，经过 点时的速率为 ，则经过 点时的速率 多大？
（3）若在近地圆轨道Ⅰ上运行时，飞船上的发射装置短暂工作，将小探测器射出，并使它能脱离地球引力范围（即探测器可以到达离地心无穷远处），则探测器离开飞船时的速度 （相对于地心）至少是多少？（探测器离开地球的过程中只有引力做功，动能转化为引力势能）
（1）该星球表面的重力加速
（2）该星球的第一宇宙速度v；
【答案】（1） ；（2）
【解析】
试题分析：（1）根据平抛运动知识： ，解得 ．
（2）物体绕星球表面做匀速圆周运动时万有引力提供向心力，则有：
又因为 ，联立解得 ．
考点：万有引力定律及其应用、平抛运动
【名师点睛】处理平抛运动的思路就是分解．重力加速度a是天体运动研究和天体表面宏观物体运动研究联系的物理量．
即：
则飞船的动能为 ；
（2）飞船在转移轨道上运动过程中，只有引力做功，引力势能和动能相互转化．由能量守恒可知动能的减少量等于势能的増加量：
若飞船在椭圆轨道上运行，经过 点时速率为 ，则经过 点时速率为：
；
（3）若近地圆轨道运行时，飞船上的发射装置短暂工作，将小探测器射出，并使它能脱离地球引力范围（即探测器离地心的距离无穷远），动能全部用来克服引力做功转化为势能
6．阅读如下资料，并根据资料中有关信息回答问题
(1)以下是地球和太阳的有关数据
(2)己知物体绕地球表面做匀速圆周运动的速度为v＝7.9km/s，万有引力常量G＝6.67×l0－11m3kg－1s－2，光速C＝3×108ms－1；
(3)大约200年前法国数学家兼天文学家拉普拉斯曾预言一个密度如地球，直径为太阳250倍的发光星体由于其引力作用将不允许任何光线离开它，其逃逸速度大于真空中的光速（逃逸速度为第一宇宙速度的 倍），这一奇怪的星体就叫作黑洞．
双星的轨道半径
双星运动的周期．
【答案】 ； ；
【解析】
设行星转动的角速度为 ，周期为T．
如图，
对星球 ，由向心力公式可得：
同理对星 ，有：
两式相除得： 即轨道半径与质量成反比
又因为
所以得：
有上式得到：
因为 ，所以有：
答： 双星的轨道半径分别是 ；
双星的运行周期是
点睛：双星靠相互间的万有引力提供向心力，抓住角速度相等，向心力相等求出轨道半径之比，进一步计算轨道半径大小；根据万有引力提供向心力计算出周期．
解;(1)“飞行列车”以最大加速度a=0.8m/s2加速到最大速度v1m=1000m/s通过的距离
因为 所以列车加速到v1m后保持一段匀速运动，最后以相同大小的加速度匀减速到站停下，用时最短．
加速和减速阶段用时相等
匀速阶段用时为
所以最短运行时间
(2)列车功率为P，以最大速度vm匀速运行时，牵引力等于阻力f，此时有
【答案】(1)3250m（2）1/1000（3）
【解析】
【分析】“飞行列车”先做匀加速直线运动后做匀速直线运动，最后做匀减速直线运动，由运动学公式求出北京直接到达昆明的最短运行时间；匀速运行时，牵引力等于阻力f，列车所受阻力正比于空气密度、列车迎风面积及列车相对空气运动速率的平方，由功率公式得 ，可求出在“飞行列车”的真空轨道中空气的密度 与磁悬浮列车运行环境中空气密度 的比值；由牛顿第二定律求出车内乘客对座椅压力的大小．
若设计一条线路让“飞行列车”沿赤道穿过非洲大陆，如图2所示，甲站在非洲大陆的东海岸，乙站在非洲大陆的西海岸，分别将列车停靠在站台、从甲站驶向乙站 以最大速度 、从乙站驶向甲站 以最大速度 三种情况中，车内乘客对座椅压力的大小记为 、 、 ，请通过必要的计算将 、 、 按大小排序 已知地球赤道长度约为 ，一天的时间取
【答案】(1) ；(2)0；(3)
【解析】
【详解】
解：(1)空间站在万有引力作用下做匀速圆周运动，则有：
解得：
(2)宇航员相对太空舱静止，即随太空舱一起绕地球做匀速圆周运动，轨道半径与速度和太空舱相同，此时宇航员受万有引力和太空舱的支持力，合力提供向心力
设宇航员质量为 ，所受支持力为 ，则有：
解得：
（1）求月球表面的自由落体加速度大小g月；
（2）若不考虑月球自转的影响，求月球的质量M和月球的“第一宇宙速度”大小v．
【答案】（1） （2） ；
【解析】
【分析】
（1）根据自由落体的位移时间规律可以直接求出月球表面的重力加速度；
（2）根据月球表面重力和万有引力相等，利用求出的重力加速度和月球半径可以求出月球的质量M； 飞行器近月飞行时，飞行器所受月球万有引力提供月球的向心力，从而求出“第一宇宙速度”大小．
若“飞行列车”在北京和昆明 距离取为 之间运行，假设列车加速及减速运动时，保持加速度大小为最大值，且功率足够大，求从北京直接到达昆明的最短运行时间t．
列车高速运行时阻力主要来自于空气，因此我们采用以下简化模型进行估算：设列车所受阻力正比于空气密度、列车迎风面积及列车相对空气运动速率的平方；“飞行列车”与上海磁悬浮列车都采用电磁驱动，可认为二者达到最大速度时功率相同，且外形相同 在上述简化条件下，求在“飞行列车”的真空轨道中空气的密度 与磁悬浮列车运行环境中空气密度 的比值．
【解析】
(1)物体绕地球表面做匀速圆周运动
解得： ＝6×1024kg
(2)在地球表面
解得：
同理在太阳表面
(3)第一宇宙速度
第二宇宙速度
解得：
【点睛】本题考查了万有引力定律定律及圆周运动向心力公式的直接应用，要注意任何物体（包括光子）都不能脱离黑洞的束缚，那么黑洞表面脱离的速度应大于光速．
7．如图所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，经时间t落地，落地时速度与水平地面间的夹角为α，已知该星球半径为R，万有引力常量为G，求：
根据牛顿第三定律，宇航员对太空舱的压力大小等于太空舱对宇航员的支持力，故宇航员对太空舱的压力大小等于零
(3)在空间站轨道由 修正到 的过程中，根据动能定理有：
而：
联立上述方程解得：