专题（29）高热考点强化训练 万有引力与航天的“新情景”问题（解析版）-2021年高考物理一轮复习考点全攻关

2021年高考物理一轮复习考点全攻关专题（29）高热考点强化训练万有引力与航天的“新情景”问题（解析版）选择题（共16小题，每题6分，满分96分）1.2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描述F随h变化关系的图像是【答案】D【解析】根据万有引力定律可得：，h越大，F越大，故选项D符合题意。2．1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G。则A． B．C． D．【答案】B【解析】“东方红一号”从近地点到远地点万有引力做负功，动能减小，所以，过近地点圆周运动的速度为，由于“东方红一号”在椭圆上运动，所以，故B正确。3．2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为、半径为，探测器的质量为，引力常量为，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为的匀速圆周运动时，探测器的A．周期为 B．动能为C．角速度为 D．向心加速度为【答案】C【解析】由万有引力提供向心力可得，可得，故A正确；解得，由于，故B错误；解得，故C错误；解得，故D错误。综上分析，答案为A。4．北斗卫星导航系统空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止同步轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星，以及27颗相同高度的中轨道卫星。中轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间相隔120°均匀分布，如图所示。已知同步轨道、中轨道、倾斜同步轨道卫星距地面的高度分别约为6R、4R、6R（R为地球半径），则A．静止同步轨道卫星和倾斜同步轨道卫星的周期不同B．3个轨道面上的中轨道卫星角速度的值均相同C．同步轨道卫星与中轨道卫星周期的比值约为D．倾斜同步轨道卫星与中轨道卫星角速度的比值约为【答案】BC该图中MEO卫星的周期为(图中数据为卫星近地点、远地点离地面的高度)()A．3hB．8hC．15hD．20h【答案】A解析GEO是地球同步轨道，则周期为TG＝24h；根据开普勒第三定律可知，eq\f(T\o\al(M2,),T\o\al(G2,))＝eq\f(r\o\al(M3,),r\o\al(G3,))，则TM＝eq\r(\f(r\o\al(M3,),r\o\al(G3,)))TG＝eq\r(\f(4200＋6400,36000＋6400)3)×24h＝3h，故选A.6．过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51pegb”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51pegb”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的eq\f(1,20)，该中心恒星与太阳的质量比约为()A.eq\f(1,10) B．1 C．5 D．10【答案】B解析行星绕中心恒星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，则eq\f(M1,M2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r1,r2)))eq\s\up12(3)·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(T2,T1)))eq\s\up12(2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,20)))eq\s\up12(3)×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(365,4)))eq\s\up12(2)≈1，选项B正确。7.20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空的全新领域。现有一艘远离星球在太空中直线飞行的宇宙飞船，为了测量自身质量，启动推进器，测出飞船在短时间Δt内速度的改变为Δv，和飞船受到的推力F（其它星球对它的引力可忽略）。飞船在某次航行中，当它飞近一个孤立的星球时，飞船能以速度v，在离星球的较高轨道上绕星球做周期为T的匀速圆周运动。已知星球的半径为R，引力常量用G表示。则宇宙飞船和星球的质量分别是A．， B．，C．， D．，【答案】D【解析】直线推进时，根据动量定理可得，解得飞船的质量为，绕孤立星球运动时，根据公式，又，解得，D正确。8．下面是地球、火星的有关情况比较。根据以上信息，关于地球及火星（行星的运动可看做圆周运动），下列推测正确的是A．地球公转的线速度小于火星公转的线速度B．地球公转的向心加速度大于火星公转的向心加速度C．地球的自转角速度小于火星的自转角速度学科-网D．地球表面的重力加速度大于火星表面的重力加速度【答案】B解析设太阳质量为M，行星质量为m，行星轨道半径为r，行星绕太阳做圆周运动，万有引力提供向心力。A、由牛顿第二定律得：，解得行星的线速度：，由于地球的公转半径小于火星的公转半径，则地球公转的线速度大于火星公转的线速度，故A错误。B、由牛顿第二定律得：，解得行星的向心加速度：，由于地球的公转半径小于火星的公转半径，地球公转的向心加速度大于火星公转的向心加速度，故B正确。C、自转角速度，由于地球自转周期小于火星的自转周期，地球的自转角速度大于火星的自转角速度，故C错误；D、星球对其表面物体的万有引力等于物体受到的重力，则，，由于不知道地球与火星的质量m间的关系以及它们的半径关系，无法比较重力加速度的大小，故D错误。9．2017年9月25日至9月28日期间，微信启动新界面，其画面视角从人类起源的非洲(左)变成华夏大地中国(右)。新照片由我国新一代静止轨道卫星“风云四号”拍摄，见证着科学家15年的辛苦和努力，下列说法正确的是()A．“风云四号”可能经过无锡正上空B．“风云四号”的向心加速度大于月球的向心加速度C．与“风云四号”同轨道的卫星运动的动能都相等D．“风云四号”的运行速度大于7.9km/s【答案】B解析由题可知，“风云四号”卫星是地球同步卫星，而同步卫星只能在赤道正上空，且高度保持不变，故A错误；根据Geq\f(Mm,r2)＝man，得an＝eq\f(GM,r2)，其中G为引力常量，M为地球质量，r为轨道半径，因“风云四号”卫星的轨道半径小于月球的轨道半径，故“风云四号”的向心加速度大于月球的向心加速度，故B正确；与“风云四号”同轨道的卫星都是同步卫星，故线速度大小一定相同，但不知道各个卫星的质量是否相等，根据Ek＝eq\f(1,2)mv2知动能不一定相等，故C错误；7.9km/s是卫星围绕地球表面运行的最大线速度，它的轨道半径等于地球半径，而“风云四号”的轨道半径大于地球半径，根据v＝eq\r(\f(GM,r))可知，其线速度小于7.9km/s，故D错误。10.我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动。与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是()A．周期 B．角速度C．线速度 D．向心加速度【答案】A解析由万有引力定律和牛顿第二定律有Geq\f(Mm,r2)＝mrω2＝meq\f(4π2,T2)r＝meq\f(v2,r)＝ma，可得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，v＝eq\r(\f(GM,r))，a＝eq\f(GM,r2)，又由题意可知，“高分四号”的轨道半径r1大于“高分五号”的轨道半径r2，故可知“高分五号”的周期较小，选项A正确。11.由中国科学院、中国工程院两院院士评出的2012年中国十大科技进展新闻，于2013年1月19日揭晓，“神九”载人飞船与“天宫一号”成功对接和“蛟龙”号下潜突破7000米分别排在第一、第二。若地球半径为R，把地球看作质量分布均匀的球体。“蛟龙”下潜深度为d，“天宫一号”轨道距离地面高度为h，“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的加速度之比为()A.eq\f(R－d,R＋h) B.eq\f(（R－d）2,（R＋h）2)C.eq\f(（R－d）（R＋h）2,R3) D.eq\f(（R－d）（R＋h）,R2)【答案】C解析令地球的密度为ρ，则在地球表面，重力和地球的万有引力大小相等，有g＝Geq\f(M,R2)。由于地球的质量为M＝ρ×eq\f(4,3)πR3，所以重力加速度的表达式可写成g＝eq\f(GM,R2)＝eq\f(\f(4,3)G·ρπR3,R2)＝eq\f(4,3)πGρR。根据题意有，质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，故在深度为d的地球内部，受到地球的万有引力即为半径等于(R－d)的球体在其表面产生的万有引力，故“蛟龙号”的重力加速度g′＝eq\f(4,3)πGρ(R－d)。所以有eq\f(g′,g)＝eq\f(R－d,R)。根据万有引力提供向心力Geq\f(Mm,（R＋h）2)＝ma，“天宫一号”的加速度为a＝eq\f(GM,（R＋h）2)，所以eq\f(a,g)＝eq\f(R2,（R＋h）2)，eq\f(g′,a)＝eq\f(（R－d）（R＋h）2,R3)，故C正确，A、B、D错误。12.(多选)其实地月系统是双星模型，为了寻找航天器相对地球和月球不动的位置，科学家们作出了不懈努力．如图所示，1767年欧拉推导出L1、L2、L3三个位置，1772年拉格朗日又推导出L4、L5两个位置．现在科学家把L1、L2、L3、L4、L5统称地月系中的拉格朗日点．中国“嫦娥四号”探测器成功登陆月球背面，并通过处于拉格朗日区的“嫦娥四号”中继卫星“鹊桥”把信息返回地球，引起众多师生对拉格朗日点的热议．下列说法正确的是()A．在拉格朗日点航天器的受力不再遵循万有引力定律B．在不同的拉格朗日点航天器随地月系统运动的周期均相同C．“嫦娥四号”中继卫星“鹊桥”应选择L1点开展工程任务实验D．“嫦娥四号”中继卫星“鹊桥”应选择L2点开展工程任务实验【答案】BD解析在拉格朗日点的航天器仍然受万有引力，在地球和月球的万有引力作用下绕地月双星系统的中心做匀速圆周运动，A错误；因在拉格朗日点的航天器相对地球和月球的位置不变，说明它们的角速度一样，因此周期也一样，B正确；“嫦娥四号”探测器登陆的是月球的背面，“鹊桥”要把探测器在月球背面采集的信息传回地球，L2在月球的背面，因此应选在L2点，所以C错误，D正确．13．(多选)“马航失联”事件发生后，中国在派出水面和空中力量的同时，在第一时间紧急调动了21颗卫星参与搜寻。“调动”卫星的措施之一就是减小卫星环绕地球运动的轨道半径，降低卫星运行的高度，以有利于发现地面(或海洋)目标。下面说法正确的是()A．轨道半径减小后，卫星的环绕速度减小B．轨道半径减小后，卫星的环绕速度增大C．轨道半径减小后，卫星的环绕周期减小D．轨道半径减小后，卫星的环绕周期增大【答案】BC14.双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动。研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化。若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为A． B．C． D．【答案】B解析双星间的万有引力提供向心力。设原来双星间的距离为L，质量分别为M、m，圆周运动的圆心距质量为m的恒星距离为r。对质量为m的恒星有，对质量为M的恒星有，得，即，则当总质量为k（M+m），间距为L′=nL时，，选项B正确。答案：。15.2013年12月10日21时20分，“嫦娥三号”发动机成功点火，开始实施变轨控制，由距月面平均高度100km的环月轨道成功进入近月点高15km、远月点高100km的椭圆轨道。关于“嫦娥三号”，下列说法正确的是A．“嫦娥三号”的发射速度大于7.9km/sB．“嫦娥三号”在环月轨道上的运行周期大于在椭圆轨道上的运行周期C．“嫦娥三号”变轨前沿圆轨道运行的加速度大于变轨后通过椭圆轨道远月点时的加速度D．“嫦娥三号”变轨前需要先点火加速学&科网【答案】解析7.9km/s是人造卫星的最小发射速度，要想往月球发射人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s，A对；“嫦娥三号”距月面越近运行周期越小，B对；飞船变轨前沿圆轨道运动时只有万有引力产生加速度，变轨后通过椭圆轨道远月点时也是只有万有引力产生加速度，所以两种情况下的加速度相等，C错；“嫦娥三号”变轨前需要先点火减速，才能做近心运动，D错。16.2019年初，《流浪地球》的热映激起了人们对天体运动的广泛关注。木星的质量是地球的317.89倍，已知木星的一颗卫星甲的轨道半径和地球的卫星乙的轨道半径相同，且它们均做匀速圆周运动，则下列说法正确的是A．卫星甲的周期可能大于卫星乙的周期B．卫星甲的线速度可能小于卫星乙的线速度C．卫星甲的向心加速