2021届高三高考物理二轮复习专题强化练习：万有引力与航天

1、2020届高三高考物理二轮复习专题强化练习：万有引力与航天学校：姓劣：班级：考号：一、多选题1. 2021年1月3 口，“嫦娥四号"成为了全人类第一个在月球背而成功实施软着陆的探测 器。为了减小凹凸不平的月而可能造成的不利影响，“嫦娥四号"采取了近乎垂直的着陆 方式。已知:测得“嫦娥四号”近月环绕周期为T.月球半径为R,引力常量为G,下列说法正 确的是A. “嫦娥四号”着陆前的时间内处于失重状态B. “嫦娥四号“着陆前近月环绕月球做圆周运动的速度为7.9kni/sC. 月球表而重力加速度g = 2R/T2D. 月球的密度为p = /GT2.2. 利用引力常量G和下列某一组数

2、据，能计算出地球质量的是A. 地球的半径及重力加速度（不考虑地球自转）B. 人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C. 月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D. 地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间距离3. 2021年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km,绕二者连线上的某点每秒 转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量 并利用牛顿力学知识，可以估算岀这一时刻两颗中子星（）A. 质量之积B.质虽之和C.速率之和D.各自的自转角速度二、单选题4. 石墨烯

3、是目前世界上已知的强度最髙的材料，它的发现使“太空电梯'的制造成为可能，人类将有望通过“太空电梯"进入太空。设想在地球赤道平面内有一垂直于地面 延伸到太空的电梯，电梯始终相对地而静止。如图所示，假设某物体B乘坐太空电梯到 达了图示的位置并停在此处，与同髙度运行的卫星A地球冋步卫星C相比较，下列说A法正确的是地球赤道面/'、/ C/面步卫星A.物体B的角速度大于卫星A的角速度B.物体B的线速度大于卫星A的线速度C.物体B的线速度大于卫星C的线速度D.若物体B突然脫离电梯，B将做近心运动5. 开普勒第三立律对行星绕恒星的匀速圆周运动同样成立，即它的运行周期了的平方与轨道半

4、径的三次方的比为常数，设 j = K、则常数K的大小（）rA.只与行星的质量有关B.与恒星的质疑与行星的质量有关C.只与恒星的质量有关D.与恒星的质虽及行星的速度有关6一物体静置在平均密度为。的球形天体表而的赤道上.已知万有引力常量为G,若由于天体自转使物体对天体表而压力恰好为零，则天体自转周期为A.B.3GC.D.7. 中国国家航天局目前汁划于2021年发射嫦娥工程第二阶段的月球车嫦娥四号二中 国探月计划总工程师昊伟仁近期透露，此台月球车很可能在离地球较远的月球背而着陆, 假设运载火箭先将°嫦娥四号"月球探测骼成功送入太空，由地月转移轨道进入100千米 环月轨道后成功变轨

5、到近月点为15千米的椭圆轨道，在从15千米髙度降至月球表而成功实现登月。则关于"嫦娥四号''登月过程的说法正确的是（）A. "嫦娥四号"由地月转移轨道需要减速才能进入100千米环月轨道B. “嫦娥四号”在近月点为15千米的椭圆轨道上并点的速度都大于英在100千米圆轨道 上的速度C. “嫦娥四号”在100千米圆轨道上运动的周期小于其在近月点为15千米的椭圆轨道上 运动的周期D. 从15千米髙度降至月球表而过程中，“嫦娥四号“处于失重状态8. 2021年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫

6、二号原来的轨道（可视为圆轨道）运行.与天宫 二号单独运行时相比，组合体运行的：（ ）A. 周期变大B.速率变大C.动能变大D.向心加速度变大9. 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“高分四号"卫星，“高分四 号”是我国首颗地球同步轨道高分辨率光学成像卫星，也是目前世界上空间分辨率最高、 幅宽最大的地球同步轨道遥感卫星。它的发射和应用将使我国天基对地遥感观测能力显 著提升。关于“髙分四号"，下列说法正确的是（）A. “高分四号”卫星的空间分辨率很高，若它距地球更近一些，效果会好一些B. “高分四号“卫星绕地球做圆周运动的线速度小于地球的第一宇宙速度7.9knV

7、sC. “高分四号“卫星的向心加速度小于静止在赤道上物体的向心加速度D. “髙分四号”卫星的向心力与英它同步卫星的向心力的大小相等10. 据美国宇航局消息，在距离地球40光年的地方发现了三颗可能适合人类居住的类地行星，假设某天我们可以穿越空间到达某一类地行星，测量以初速度10m/s竖直上抛 一个小球可到达的最大高度只有lm,而其球体半径只有地球的一半，则英平均密度和 地球的平均密度之比为（g取10m/s2）（）A. 5:2B. 2:5C. 1:10D. 10:111. 两个靠近的天体称为双星，它们以两者连线上某点O为圆心做匀速圆周运动，其质 量分别为"心加2,如图所示，以下说法正确的

8、是（）A. 线速度与质量成反比B. 线速度与质量成正比C. 向心力与质量的乘积成反比D. 轨道半径与质量成正比三、解答题12. 神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体，探寻黑洞的方案之一是观测双 星系统的运动规律。天文学家观测河外星系大麦哲伦云时，发现了 LMCX-3双星系统, 它由可见星A和不可见的暗星B构成，两星视为质点，不考虑其他天体的影响。A、B 囤绕两者连线上的0点做匀速圆周运动，它们之间的距离保持不变，如图所示。引力常 量为G,由观测能够得到可见星A的速率v和运行周期T。(1) 可见星A所受暗星B的引力可等效为位于0点处质虽:为川的星体(视为质点) 对它的引力，设A和B的质量

9、分别为如、加2,试求肘的表达式(用如、M表示)：(2) 求暗星B的质量加2与可见星A的速率V、运行周期T和质量rm之间的关系式：(3) 恒星演化到末期，如果英质量大于太阳质量m的2倍，它将有可能成为黑洞。若可 见星A的速率v = 2.7xlO5m/s,运行周期丁=4.7兀xl04s»质量加】=6阿,试通过估算来判断暗星B有可能是黑洞吗？(G = 6.67xlONm2/kg2 ,= 2.0x 1030kg )参考答案1. ACD【分析】由题意可知考查万有引力规律应用，根据万有引力公式、牛顿第二泄律计算可得。【详解】A. “嫦娥四号"着陆前做圆周运动，万有引力提供向心力，“嫦娥

10、四号"处于失重状态，故A 正确：B. “嫦娥四号“着陆前近月环绕月球做圆周运动的速度为因月球表而处的加速度和月球半径均小于地球，所以近月环绕月球做圆周运动的速度为小于7.9km/s,故 B 错误：C. 设月球表而重力加速度g,由牛顿第二泄律可得mg = mR 可得g = 算，故C正确：D. 万有引力提供向心力，(2/r fG = mR R1 T )联立可得p = 【点睛】 "嫦娥四号"着陆前做圆周运动，万有引力提供向心力，处于失重状态。根据万有引力提供向 心力列式，可以计算岀中心天体的质量，若已知中心天体的半径，可以求出其密度。2. ABC【详解】A. 根据地球表

11、而物体重力等于万有引力可得:GMm所以，地球质量:故A可计算;B. 由万有引力做向心力可得:GMm.=m = mR9R2 R T2故可根拯力T求得/?,进而求得地球质量，故B可计算;CD 根据万有引力做向心力可得:GMm 4/r故可根据八厂求得中心天体的质量M,运动天体的质量加的质虽:无法求解，故C可计算,D不可计算。本题选不能计算出的,故选：ABCo3BC【详解】AB.双中子星做匀速圆周运动的频率12Hz （周期r = y = -s）,由万有引力等于向心力，可得°¥小=%斤（2好尸,G竺竺=加2“（2”/）2门+y=c：400km联立解得/ni+/, =（w）ZG选项B正

12、确A错误:C. 由v = 2jrfr可得 + v2 = 2jrfi + 2 兀/片=27rfr选项C正确：D. 不能得岀各自自转的角速度，选项D错误。【点睛】此题以最新科学发现为情景，考查天体运动、万有引力左律等。4. D【详解】A. 设卫星的质量为川、轨道半径为、地球质量为M.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力，则得：Mm -> 丁 = mrco"解得:则知，A的角速度大于C的角速度。而B与C的角速度相等，所以A的角速度大于B的角速度，故A错误。B. B的角速度小于A的角速度，由：，相等，知B的线速度小于A的线速度，故B错误。C. B与C的角速度相等，由

13、:知B的线速度小于C的线速度，故C错误。D.地球上的物体所受到的万有引力一部分提供其跟随地球做匀速圆周运动的向心力，所以当 物体B脱离电梯后，万有引力大于其需要的向心力，将做近心运动，故D正确。5. C【详解】由G 啤=加芝厂可知厶=则式中的K只与恒星的质量有关，与行星质量r2 T2r3 GM以及行星的速度均无关，故ABD错误，C正确：6. D【详解】当圧力为零时,R,又联立解得所以ABC错误：D正确.7. A【详解】A. “嫦娥四号“由地月转移轨道实施近月制动才能进入100千米环月圆轨道上，A正确：B. 由卫星变轨条件可知近月点为15千米的椭圆轨道上远月点的速度小于圆轨道上的速度，B错误；C

14、. 由开普勒第三沱律可得“嫦娥四号”在100千米圆轨道上运动的周期大于其在椭圆轨道上 运动的周期，c错误：D. 从15千米髙度降至月球表面过程“嫦娥四号”需要减速下降，处于超重状态，D错误。 故选A。8. C【详解】对于绕地球运行的航天器，地球对它的外有引力提供向心力，则(=mlL = mLr = ma,由公式可知，半径不变，周期不变，速率不变，向心加速 r2r T2度不变.由于质量增加，所以动能增大，故C正确，ABD错误.9. B【详解】A. “高分四号”卫星是地球同步卫星，轨道半径是个泄值，不能降低，故A错误；B. 第一宇宙速度是人造地球卫星运行的最大环绕速度，所以“髙分四号”卫星绕地球做

15、圆周 运动的线速度小于地球的第一宇宙速度79km/s,故B正确：C. “高分四号“卫星和地球上的物体角速度相同，根据可知，“高分四号“卫星的半径 大，则向心加速度大。故c错误；D. 向心力尸=空仪，由于不知道“髙分四号"卫星与其它同步卫星的质量关系，所以不r能判断向心力大小，故D错误：故选B。10. D【详解】根据人=単和&=字可得，垃，即卩士兀疋=沁,行星平均密度2gR2Gh3 2Gh蔬吩.在地球表面以初速度10 nVs竖直上抛-个小球可到达的最大高度勺也=卫一= 5m.据此可得，该类地行星和地球的平均密度之比为10:1 2g堆A. 5:2与计算结果10:1不相符，故A错误

16、；B. 2:5与计算结果10:1不相符,故B错误;C. 1:10与计算结果10:1不相符，故C错误：D. 10:1与计算结果10:1相符，故D正确：11. A【详解】在双星问题中它们的角速度相等，设两星之间的距离为厶，则有:F = G -=ma)r=m2CDr2L可知向心力与质量的乘积成正比：由式子可得：即轨道半径和质量成反比。根据 n可知，线速度与轨道半径成正比，故线速度与质量成反比：故选项A正确，BCD错误；故选A。12. (1)=一 ； =<(3)估算过程见解析，星B有可能是黑洞(/?! + m2 )(7?7| + 叫)2兀 J【详解】(1)设A、B圆轨道半径分别为门、门,由题意知，A、B做匀速圆周运动的角速度相同，设其为由牛顿运动泄律，有Fa = nico2r, Fe = m2&)2r2,仕=他设A. B之间的距离为厂又由上述各式得Fa=G1mm*1由万有引力左律，有将代入得令比较可得(2)由牛顿第二圧律，有又可见星A的轨道半径VT七由式解得加2'_ vV =(“+订 2兀G，