高中物理人教版第六章万有引力与航天单元测试 高质作品

山东省临沂市2023学年高一下学期期末教学质量抽测考试物理模拟题组——万有引力与航天1.（单选）同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星（）A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的2.我国第一颗绕月探测卫星﹣﹣嫦娥一号于2023年10月24日成功发射．如图所示，嫦娥一号进入地月转移轨道段后，关闭发动机，在万有引力作用下，嫦娥一号通过P点时的运动速度最小．嫦娥一号到达月球附近后进入环月轨道段．若地球质量为M，月球质量为m，地心与月球中心距离为R，嫦娥一号绕月球运动的轨道半径为r，G为万有引力常量，则下列说法正确的是（）A．P点距离地心的距离为RB．P点距离地心的距离为RC．嫦娥一号绕月运动的线速度为D．嫦娥一号绕月运动的周期为2πR3.（单选）星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为该星球的第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=v1．已知某星球的半径为r，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为（）A．B．C．D．gr

4.（2023•河西区二模）科学家们推测，太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上．从地球上看，它永远在太阳的背面，人类一直未能发现它．可以说是“隐居”着地球的“孪生兄弟”．由以上信息我们可以推知（）A．这颗行星的密度等于地球的密度B．这颗行星的自转周期与地球相等C．这颗行星的质量等于地球的质量D．这颗行星的公转周期与地球相等5.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗人造地球卫星，下列说法正确的是（）

A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度

C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c

D．a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将减小

6.(多选)2023年12月2日，牵动亿万中国心的嫦娥三号探测器顺利发射。嫦娥三号要求一次性进入近地点210公里、远地点约36．8万公里的地月转移轨道，如图所示，经过一系列的轨道修正后，在P点实施一次近月制动进入环月圆形轨道I。再经过系列调控使之进人准备“落月”的椭圆轨道II。嫦娥三号在地月转移轨道上被月球引力捕获后逐渐向月球靠近，绕月运行时只考虑月球引力作用。下列关于嫦娥三号的说法正确的是（

）A．发射“嫦娥三号”的速度必须达到第二宇宙速度B．沿轨道I运行至P点的速度小于沿轨道II运行至P点的速度C．沿轨道I运行至P点的加速度等于沿轨道II运行至P点的加速度D、沿轨道I运行的周期小于沿轨道II运行的周期7.如图所示,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有(

)A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B.在轨道Ⅱ上经过A的速度大于在轨道Ⅰ上经过A的速度C.在轨道Ⅱ上运动的周期大于在轨道Ⅰ上运动的周期D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度8.（多选）马航客机失联牵动全世界人的心，现初步确定失事地点位于南纬31°52′东经115°52′的澳大利亚西南城市珀斯附近的海域，有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，每天上午同一时刻在该区域的正上方海面照像，则（

）A.该卫星可能是通过地球两极上方的轨道B.该卫星平面可能与南纬31°52′所确定的平面共面C.该卫星平面一定与东经115°52′所确定的平面共面D.地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍9.如图所示，是同一轨道平面上的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是A．根据，可知B．根据万有引力定律，可知C．角速度D．向心加速度10.（单选）“嫦娥一号”探月卫星绕地运行一段时间后，离开地球飞向月球．如图所示是绕地飞行的三条轨道，1轨道是近地圆形轨道，2和3是变轨后的椭圆轨道．A点是2轨道的近地点，B点是2轨道的远地点，卫星在轨道1的运行速率为s，则下列说法中正确的是（）A．卫星在2轨道经过A点时的速率一定大于km/sB．卫星在2轨道经过B点时的速率一定大于km/sC．卫星在3轨道所具有的机械能小于在2轨道所具有的机械能D．卫星在3轨道所具有的最大速率小于在2轨道所具有的最大速率11.(多选)图中的甲是地球赤道上的一个物体,乙是“神舟十号”宇宙飞船(周期约90min),丙是地球的同步卫星,它们运行的轨道示意图如图所示,它们都绕地心做匀速圆周运动。下列有关说法中正确的是()A.它们运动的向心加速度大小关系是a乙>a丙>a甲B.它们运动的线速度大小关系是v乙<v丙<v甲C.已知甲运动的周期T甲=24h,可计算出地球的密度ρ=D.已知乙运动的周期T乙及轨道半径r乙,可计算出地球质量M=12.（多选）假设一个小型宇宙飞船沿人造地球卫星的轨道在高空中绕地球做匀速圆周运动，如果飞船沿其速度相反的方向抛出一个质量不可忽略的物体A，则下列说法正确的是（）A．A与飞船都可能沿原轨道运动B．A与飞船都不可能沿原轨道运动C．A运动的轨道半径可能减小，也可能增加D．A可能沿地球半径方向竖直下落，而飞船运行的轨道半径将增大13.（单选）在不远的将来，中国宇航员将登上月球，某同学为宇航员设计了测量一颗绕月卫星做匀速圆周运动最小周期的方法．在月球表面上以不太大的初速度v0竖直向上抛出一个物体，物体上升的最大高度为h．已知月球半径为R，则如果发射一颗绕月运行的卫星，其做匀速圆周运动的最小周期为（）A．B．C．D．14.（单选）一颗月球卫星在距月球表面高为h的圆形轨道运行，已知月球半径为R，月球表面的重力加速度大小为g月，引力常量为G，由此可知（）A．月球的质量为B．月球表面附近的环绕速度大小为C．月球卫星在轨道运行时的向心加速度大小为g月D．月球卫星在轨道上运行的周期为2π15.（多选）地球绕太阳作圆周运动的半径为r1、周期为T1；月球绕地球作圆周运动的半径为r2、周期为T2．万有引力常量为G，不计周围其它天体的影响，则根据题中给定条件（）A．=B．能求出地球的质量C．能求出太阳与地球之间的万有引力D.能求出地球与月球之间的万有引力16.（单选）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．下列说法正确的是（）A．太阳对各小行星的引力相同B．各小行星绕太阳运动的周期均小于一年C．小行星带内侧小行星的向心加速度大于外侧小行星的向心加速度值D．小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值17.如图所示，A为置于地球赤道上的物体，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，C为绕地球做圆周运动的卫星，P为B、C两卫星轨道的交点。已知A、B、C绕地心运动的周期相同。相对于地心，下列说法中正确的是

A．卫星C的运行速度大于物体A的速度

B．物体A和卫星C具有相同大小的加速度

C．卫星B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相等

D．卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点加速度大小相等18.地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a；假设月球绕地球作匀速圆周运动，轨道半径为r1，向心加速度为a1．已知万有引力常量为G，地球半径为R．下列说法中正确的是（）A．地球质量M=B．地球质量M=C．地球赤道表面处的重力加速度g=aD．加速度之比=19.“嫦娥三号”探月工程在2023年下半年完成．假设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0．飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动，到达轨道的A点，点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道Ⅱ的近月点B再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动．下列判断正确的是（）A．飞船在轨道Ⅲ上的运行速率v=B．飞船在轨道Ⅰ绕月球运动一周所需的时间为2πC．飞船在A点点火变轨后，动能增大D．飞船在Ⅱ轨道上由A点运动到B点的过程中，动能增大20.（单选）－5rad/s，地面的重力加速度为m/s2，在地球表面发射卫星的第一宇宙速度为×103m/s，第三宇宙速度为×103m/s，月球到地球中心的距离为×108m．假设地球上有一棵苹果树长到了接近月球那么高，则当苹果脱离苹果树后，将()A．落向地面

B．成为地球的同步“苹果卫星”C．成为地球的“苹果月亮”

D．飞向茫茫宇宙21.太阳系中的行星受到太阳的引力绕太阳公转，但它们公转的周期却各不相同。若把地球和水星绕太阳的运动轨迹都近似看作圆周，根据观测得知，地球绕太阳公转的周期大于水星绕太阳公转的周期，则由此可以判定（

）A．地球的线速度大于水星的线速度B．地球的质量小于水星的质量

C．地球的向心加速度小于水星的向心加速度D．地球到太阳的距离小于水星到太阳的距离年5月10日天文爱好者迎来了“土星冲日”的美丽天象。“土星冲日”是指土星和太阳正好分处地球的两侧，三者几乎成一条直线。该天象每378天发生一次，土星和地球绕太阳公转的方向相同，公转轨迹都近似为圆，地球绕太阳公转周期和半径以及引力常量均已知，根据以上信息可求出A．土星质量B．地球质量C．土星公转周期D．土星和地球绕太阳公转速度之比23.某物体在地面上受到地球对它的万有引力为F．若此物体受到的引力减小到F/4，则该物体距离地面的高度应为（R为地球半径）(

)A．R

B．2R

C．4R

D．8R24.（多选）如图所示为一卫星绕地球运行的轨道示意图，O点为地球球心，已知引力常量为G，地球质量为M，，，下列说法正确的是（）A．卫星在A点的速率B．卫星在B点的速率C．卫星在A点的加速度D．卫星在B点的加速度25.关于万有引力定律，以下说法正确的是（）A．牛顿在前人研究基础上总结出万有引力定律，并计算出了引力常数为GB．德国天文学家开普勒对他导师第谷观测的行星数据进行了多年研究，得出了万有引力定律C．英国物理学家卡文迪许测出引力常数为G，并直接测出了地球的质量D．月﹣﹣地检验表明地面物体和月球受地球的引力，与太阳行星间的引力遵从相同的规律26.某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时行星的速率vb为()．A．

B．C．

D．27.(10分)2023年9月24日，“曼加里安”号火星车成功进入火星轨道，印度成为了首个第一次尝试探索火星就成功的国家．火星表面特征非常接近地球，适合人类居住．已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度g，地球的质量为火星质量的10倍，地球的半径为火星半径的2倍，求：①火星表面的重力加速度g火；②求火星的第一宇宙速度。28.（计算）（2023秋•微山县校级月考）甲、乙两颗人造地球卫星在同一轨道平面上的不同高度处同向运行，甲距地面高度为地球半径的倍，乙甲距地面高度为地球半径的5倍，两卫星在某一时刻正好位于地球表面某处的正上空，试求：（1）两卫星运行的速度之比；（2）乙卫星至少经过多少周期时，两卫星间的距离达到最大？29.“嫦娥三号”探测器在落月过程中，悬停在月面某一高度，利用敏感器对着陆区进行观测，以避开障碍物，选择着陆点，这时它的质量为×103kg，反推发动机提供的推力为×103N。为了防止扬起月尘，探测器在以自由落体方式走完最后4m之后，平稳“站"上月面。求：(1)月球表面的重力加速度g月；(2)探测器自由落体阶段所用的时间。

年12月14日，北京飞行控制中心传来好消息，嫦娥三号探测器平稳落月。嫦娥三号接近月球表面过程可简化为三个阶段：一、距离月球表面一定的高度以v=s的速度环绕运行，此时，打开七千五百牛顿变推力发动机减速，下降到距月球表面H＝100米高处时悬停，寻找合适落月点；二、找到落月点后继续下降，距月球表面h＝4m时速度再次减为0；三、此后，关闭所有发动机，使它做自由落体运动落到月球表面。已知嫦娥三号着陆时的质量为1200kg，月球表面重力加速度g'为s2，月球半径为R，引力常量G，（计算保留2位有效数字）求：（1）月球的质量（用g'、R、G字母表示）（2）从悬停在100米处到落至月球表面，发动机对嫦娥三号做的功？（3）从v=s到悬停，若用10分钟时间，设轨迹为直线，则减速过程的平均加速度为多大？若减速接近悬停点的最后一段，以平均加速度在垂直月面的方向下落，求此时发动机的平均推力为多大？试卷答案考点：同步卫星．分析：了解同步卫星的含义，即同步卫星的周期必须与地球相同．物体做匀速圆周运动，它所受的合力提供向心力，也就是合力要指向轨道平面的中心．通过万有引力提供向心力，列出等式通过已知量确定未知量解答：解：它若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的．所以同步卫星只能在赤道的正上方．因为同步卫星要和地球自转同步，即ω相同，根据F==mω2r，因为ω是一定值，所以r也是一定值，所以同步卫星离地心的距离是一定的．故D正确，ABC错误；故选：D．点评：地球质量一定、自转速度一定，同步卫星要与地球的自转实现同步，就必须要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度．1.：解：A、据题知嫦娥一号通过P点时地球和月球对卫星的万有引力大小相等，设P点到地心和月心的距离分别为r1和r2．则有，又r1+r2=R，解得：r1=R，故A正确，B错误．C、嫦娥一号绕月运动时，由月球的万有引力提供向心力，则有：，解得线速度v=，T=，故C、D错误．故选：A．3.解：设地球的质量为M，半径为r，绕其飞行的卫星质量m，由万有引力提供向心力得：=m①在地球表面=mg②第一宇宙速度时R=r联立①②知v=利用类比的关系知某星体第一宇宙速度为v1=第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=v1；即v2==；故选：B．人造卫星的加速度、周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用解：研究行星绕太阳做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式：得出：T=2π．表达式里M为太阳的质量，R为运动的轨道半径．已知太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上，说明第十颗行星和地球的轨道半径相等，所以第十颗行星的公转周期等于地球的公转周期，但无法判断自转周期之间的关系，也无法判断这颗行星的质量与地球的质量的关系，则也不能比较密度之间的关系，故D正确，ABC错误．故选：D人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．A、根据，，知b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度．故A错误．

B、根据，a=，知b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度．故B正确．

C、c加速，万有引力不够提供向心力，做离心运动，会离开原来的轨道，b减速，万有引力大于所需要的向心力，做近心运动，也会离开原来的轨道．所以不会追上．故C错误．

D、a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，万有引力做正功，动能增大，速度增大．故D错误．故选B．8.【知识点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．D5【答案解析】AD解析：A、卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供圆周运动向心力，故地心必在轨道平面内，故该卫星的轨道可能通过两极的上方，故A正确；

B、若卫星平面与南纬31°52′所确定的平面共面，则地心不在轨道平面内，万有引力指向地心，故不能满足万有引力提供圆周运动向心力的要求，故B错误；

C、由于地球自转作用，该卫星平面一定与东经115°52′所确定的平面不共面，故C错误；

D、由于卫星每天上午同一时刻在该区域的正上方海面照像，故知地球自转一周，则该卫星绕地球做圆周运动N周，即地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍，故D正确；

故选：AD．【思路点拨】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供圆周运动向心力，故卫星轨道平面必与地心共面，且地心为轨道圆心，据此分析即可考点：万有引力定律及其应用．专题：万有引力定律的应用专题．分析：当卫星的速度变大，使万有引力不够提供向心力时，卫星会做离心运动，轨道变高，卫星在经过A点时，要做离心运动才能沿2轨道运动．当卫星的速度减小，使万有引力大于向心力时，卫星做近心运动，轨道变低，卫星经过B速度变小．卫星的运动的轨道高度越高，需要的能量越大，具有的机械能越大．卫星在轨道2经过A点要加速做离心运动才能进入轨道3．解答：解：A、卫星在经过A点时，要做离心运动才能沿2轨道运动，卫星在1轨道上的速度为s，故在2轨道上经过A点的速度一定大于s．故A正确．B、假设有一圆轨道经过B点，根据，可知此轨道上的速度小于s，卫星在B点速度减小，才会做近心运动进入2轨道运动．故卫星在2轨道经过B点时的速率一定小于s，故B错误．C、卫星的运动的轨道高度越高，需要的能量越大，具有的机械能越大，所以卫星在3轨道所具有的机械能一定大于2轨道所具有的机械能，故C错误．D、根据开普勒第二定律可知近月点速度大于远月点速度，故比较卫星在轨道3经过A点和轨道2经过A点的速度即可，又因为卫星在轨道2经过A点要加速做离心运动才能进入轨道3，故卫星在3轨道所具有的最大速率大于2轨道所具有的最大速率．故D错误．故选：A．点评：本题要掌握离心运动的条件和近心运动的条件，能够根据这两个条件判断速度的大小．还要知道卫星的运动的轨道高度越高，需要的能量越大，具有的机械能越大．10.12.解：抛出物体的过程中，系统的动量守恒，因为物体是沿飞船向后抛出，由动量守恒得飞船的速度增大，动能增大，将做离心运动，上升到高轨道．而抛出后物体的速度方向有几种可能：若抛出后物体的速度方向与飞船方向相同，则物体的速度减小，将做近心运动．若抛出后物体的速度为零，则会在万有引力的作用下竖直下落．若物体的速度方向与飞船方向相反，其大小可能等于飞船原来的速度，此时仍将在原轨道运行，也可能大于飞船原来的速度，此时也将上升到高轨道．故ACD正确，B错误．故选：ACD．13.解：根据竖直上抛运动规律可知，物体竖直上抛运动的最大高度h=，可得月球表面的重力加速度g=又卫星周期最小时靠近月球表面运动，重力提供圆周运动向心力有：mg=m可得月球卫星的最小周期T=2π=，故ACD错误，B正确．故选：B．14.解：“嫦娥一号”卫星绕月做匀速圆周运动，由月球的万有引力提供向心力，则得：G=m（R+h）=m=ma在月球表面上，万有引力等于重力，则有：m′g月=G，得GM=g月R2，由上解得：M=v=a=T=2π故A正确，BCD错误；故选：A．15.解：A、因为地球绕太阳运动，月球绕地球运动，两者中心天体不同，故表达式表达式=不成立，故A错误；B、由题意知，根据万有引力提供向心力有：=m可得中心天体的质量，已知月球运动的半径和周期，可以计算出地球的质量M，故B正确；C、地球绕太阳作圆周运动的半径为r1、周期为T1，太阳与地球之间的万有引力提供圆周运动的向心力．所以能求出太阳与地球之间的万有引力，故C正确；D、因为无法计算出月球的质量，故无法求出地球与月球间的万有引力，故D错误．故选：BC．16.解：A、由于各小行星的质量不同，所以太阳对各小行星的引力可能不同，故A错误；B、根据万有引力提供向心力得：=T=2π离太阳越远，周期越大，所以各小行星绕太阳运动的周期大于地球的公转周期，故B错误；C、根据万有引力提供向心力得：=maa=，所以小行星带内侧小行星的向心加速度大于外侧小行星的向心加速度值，故C正确；D、根据万有引力提供向心力得：=mv=所以小行星带内各小行星圆周运动的线速度值小于地球公转的线速度值，故D错误．故选：C．考点：万有引力定律及其应用；向心力．专题：万有引力定律的应用专题．分析：运用万有引力提供向心力列出等式和运用圆周运动的物理量之间的关系列出等式解决问题．解答：解：A、根据万有引力充当向心力：知质量M=，A正确B错误C、地球表面物体的加速度大小与到地轴的距离有关，不是定值，C错误D、加速度a=Rω2，不与半径的平方成正比，D错误故选：A点评：根据万有引力充当向心力和黄金代换公式能够解决全部天体问题．18.考点：人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．.专题：人造卫星问题．分析：飞船做圆周运动，根据万有引力等于向心力，列出等式表示出线速度和周期，再根据万有引力等于重力求解．根据牛顿第二定律比较经过A点的加速度大小．从轨道Ⅱ上A点进入轨道Ⅰ需加速，使得万有引力等于向心力．在轨道Ⅱ上运行时，根据万有引力做功情况判断A、B两点的速度大小．解答：解：A、设月球的质量为M，飞船的质量为m，飞船绕月运动速度为v，由万有引力提供向心力：，r=4R，又：GM=g0R2，解得：v=，故A错误．B、根据万有引力提供向心力，得T=2π，又根据月球表面物体万有引力等于重力得：GM=g0R2，所以飞船在轨道Ⅰ绕月球运动一周所需的时间为T=2π，故B错误．C、飞船在A点处点火时，是通过向行进方向喷火，做减速运动，向心进入椭圆轨道，所以点火瞬间是动能减小的，故C错误．D、飞船在Ⅱ轨道上由A点运动到B点的过程中，万有引力做正功，动能增大，故D正确．故选：D．点评：主要考查圆周运动中各种向心力公式的变换．要能根据万有引力提供向心力，选择恰当的向心力的表达式．19.20.【知识点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用．D5【答案解析】D解析：地球自转的角速度为×10-5

rad/s，月球到地球中心的距离为×108

m．地球上有一棵苹果树长到了接近月球那么高，根据v=rω得苹果的线速度v=×104

m/s，第三宇宙速度为×103

m/s，由于苹果的线速度大于第三宇宙速度，所以苹果脱离苹果树后，将脱离太阳系的束缚，飞向茫茫宇宙．故选D．【思路点拨】根据v=rω，可得出苹果的线速度．把苹果的线速度与第三宇宙速度比较求解．解决本题的关键掌握万有引力提供向心力．同时知道宇宙速度的意义．

本题旨在考查万有引力定律及其应用、向心力。根据万有有引力提供向心力，得：，周期大，轨道半径大，即地球的轨道半径大于水星的轨道半径，又由，得：，则半径大的线速度小，即地球的线速度小于水星的线速度，故AD错误；根据，轨道半径大，向心加速度小，所以地球的向心加速度小于水星的向心加速度。由于水星和地球都是环绕天体，无法求出质量，故B错误，C正确。故选：C。万有引力定律及其应用；开普勒定律．D5A、B、行星受到的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律列方程后，行星的质量会约去，故无法求解行星的质量，AB均错误；C、“土星冲日”天象每378天发生一次，即每经过378天地球多转动一圈，根据（﹣）t=2π可以求解土星公转周期，C正确；D、知道土星和地球绕太阳的公转周期之比，根据开普勒第三定律，可以求解转动半径之比，根据v=可以进一步求解土星