2023届高考物理备考一轮总复习-万有引力与航天复习卷含解析

2023届高中物理高考备考一轮总复习

万有引力与航天烁合复习卷

一、单选题（共7题）

1.发现万有引力定律的科学家是（）

A.牛顿B.开普勒C.卡文迪什D.哥白尼

2.某人造地球卫星在距地面高度为力的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动。已知地球质量为M,地球半

径为凡卫星质量为，外引力常量为G。则卫星在圆形轨道上运行时（）

A.线速度大小丫=^^B.线速度大小v=在二

C.角速度大小。=/普D.角速度大小J普，

3.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）

A.某颗地球同步卫星可能始终在北京的正上方

B.不同的地球同步卫星，距离地面的高度可能不同

C.所有的地球同步卫星的向心加速度的大小一定相等

D.所有的地球同步卫星所受的万有引力大小一定相等

4.下列说法错误的是（）

A.托勒密提出“日心说”，揭开了近代自然科学革命的序幕

B.开普勒得出行星与太阳的连线在相同的时间扫过的面积相等

C.牛顿万有引力定律揭示了自然界物体之间普遍存在着一种基本相互作用：引力作用

D.卡文迪许用实验的方法测出了引力常数

5.2016年12月22日，我国成功发射了国内首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（以下简称"碳卫星”）。

如图所示，设'‘碳卫星''在半径为R的圆周轨道上运行，经过时间f,通过的弧长为s,已知引力常数为G,

下列说法正确的是（）

,———、

/、

R:碳卫星

■■■9

\地O球/

、、〜一

A.“碳卫星”内的物体处于平衡状态

B.“碳卫星”的运行速度大于7.9km/s

C.“碳卫星”的发射速度大于11.2km/s

CR

D.可算出地球质量为E

Gt2

6.北京时间2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号尸遥十二运载火箭，在酒

泉卫星发射中心点火发射。顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空，采用自主快速交会对接

模式成功对接于天和核心舱前向端口，与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱（船）组合体，己

知组合体离地面的距离约为400km,下列说法正确的是（）

A.组合体的运行速率大于7.9km/s

B.组合体的向心加速度大于9.8m/s2

C.组合体的运行周期大于地球同步卫星的周期

D.组合体的运行速率大于地球同步卫星的速率

7.我国火星探测器“天问一号”于2021年5月17日8时，实施第四次近火制动，进入周期为&2h的“中继

通信”轨道，已知火星质量为6.4xl（Tkg,引力常量G=6.67x10"N-m2/kg2。如果“中继通信”轨道近似为

圆形轨道，则该轨道半径约为（）

A.5.6x10,2mB.3.6xl0'°mC.9.8xlO6mD.4.6xl05m

二、多选题（共5题）

8.2020年7月23日12时4,长征五号遥四运载火箭将“天问一号”探测器在文昌航天发射场成功发射，经

过9个多月，超4.75亿公里路程，于2021年5月15日8时20分成功着陆火星。火星是太阳系八大行星

之一，假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知火星到太阳的距离大于地球到太阳的距离，下列说

法正确的是（）

A.探测器的发射速度应大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度

B.探测器的发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度

C.火星公转的线速度大于地球公转的线速度

D.火星公转的加速度小干地球公转的加速度

9.地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的7倍，地球半径R=6400km,地球大气层的厚度约为地球半

径的一半。研究表明，并不是所有行星都能有同步卫星，如果行星自转太快，就可能不会有同步卫星.而

且卫星不能在大气层内飞行。根据上述条件，在地球质量和半径都不变的前提下，下列哪些情况中地球不

会有同步卫星（重力加速度取g=10m/s2）（）

A.大气层厚度不变，地球自转周期减小到6垃小时

B.大气层厚度不变，地球自转周期减小到3小时

C.大气层厚度增加到6.6倍地球半径，地球自转周期不变

D.大气层厚度增加到2.5倍地球半径，地球自转周期减小到6小时

10.2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第

五十五颗导航卫星，暨北斗三号最后一颗全球组网卫星。假设卫星在离地面高为〃的圆轨道上绕地球运动，

地球的质量为半径为R，卫星的质量为万有引力常量为G。则下列选项中正确的是（）

Mm

A.卫星受到地球的引力为7

R+h

—Mm

B.卫星受到地球的引力为G3行

C.卫星在轨运行速度大于第一宇宙速度

D.卫星在轨运行速度小于第一宇宙速度

11.如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地轨道1,然后经点火使其在椭圆轨道2上运行，

最后再次点火将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于A点，轨道2、3相切于B点。则当卫星分别在1、

2、3轨道正常运行时，下列说法中正确的是（）

B

A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

B.卫星在轨道3上经8点的速率大于在轨道2上经8点的速率

C.卫星在轨道2上运行时经过B点时的速率小于在轨道1上的速率

D.卫星在轨道2上运行时，经过A点的加速度大于在轨道1上经过A点时的加速度

12.2019年11月5日我国成功发射第49颗北斗导航卫星，标志着北斗三号系统3颗地球同步轨道卫星全

部发射完毕。人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，在发射地球同步卫星的过程中，卫

星从圆轨道I的A点先变轨到桶圆轨道H,然后在B点变轨进入地球同步轨道IH,则（）

、in同步轨道

A.卫星在同步轨道III上的运行速度小于7.9km/s

B.卫星在轨道稳定运行时，经过A点时的速率比过B点时小

C.若卫星在I、II、III轨道上运行的周期分别为r、72、△，则Ti〈乃＜73

D.现欲将卫星由轨道H变轨进入轨道III,则需在B点通过点火加速来实现

三、解答题（共4题）

13.随着“嫦娥”系列成功奔月和回收，我国宇航员登月步伐将进一步加快。假设宇航员驾驶宇宙飞船到达

月球，他在月球表面做了一个实验：在离月球表面高度为力处，将一小球以初速度%水平抛出，测得水平

射程为X。已知月球的半径为R,万有引力常量为G。不考虑月球自转的影响。求：

（1）月球表面的重力加速度大小g。；

（2）月球的质量M；

（3）月球的第一宇宙速度丫。

14.空间站是--种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。如图

所示，某空间站在轨道半径为R的近地圆轨道I上围绕地球运行，一宇宙飞船与空间站对接检修后再与空

间站分离，分离时宇宙飞船依靠自身动力装置在很短的距离内加速，进入椭圆轨道II运行。已知椭圆轨道

的远地点到地球球心的距离为3.5凡地球质量为M,万有引力常量为G,求：

（1）空间站围绕地球运行的周期；

（2）分离后，飞船在椭圆轨道上至少运动多长时间才有机会和空间站进行第二次对接？

15.我国在2018年12月8日发射的“嫦娥四号''测控器在被月球捕获、落月过程中，其中一阶段在绕月

的圆轨道上做匀速圆周运动，若“嫦娥四号''在环月圆轨道绕行n圈所用时间为r,如图所示。已知月球半

径为R，月球表面处重力加速度为gn,引力常量为Go试求:

(1)月球的质量M,

(2)“嫦娥四号”环绕月球的轨道半径/•«

16.宇宙中有一星球，其半径为R,自转周期为T,引力常量为G,该天体的质量为若一宇航员来到

位于赤道的一斜坡前，将一小球自斜坡底端正上方的。点以初速度w水平抛出，如图所示，小球垂直击

中了斜坡，落点为P点，求

(1)该星球赤道地面处的重力加速度⑶；

(2)则P点距水平地面的高度从

参考答案

1.A

【详解】

发现万有引力定律的科学家是牛顿。

故选A,

2.B

【详解】

根据

GMm,=m」一=m(D2(R+h)

(R+h)2R+h

可得线速度大小

7R+h

角速度大小

GM

Y(R+〃)3

故选Bo

3.C

【详解】

A.某颗地球同步卫星只能定点在赤道上空，不可能始终在北京的正上方，选项A错误；

B.根据

—Mm4乃?

6下=皿亍r

可知，所有的同步卫星的周期都相同，则轨道半径相同，即不同的地球同步卫星，距离地面的高度一定相

同，选项B错误；

C.根据

4万丁

°F

可知，所有的地球同步卫星的轨道半径和周期都相同，则向心加速度的大小一定相等，选项C正确；

D.所有的地球同步卫星的质量不一定相同，则所受的万有引力大小不一定相等，选项D错误。

故选C。

4.A

【详解】

A.哥白尼提出“日心说”，揭开了近代自然科学革命的序幕。故A错误，符合题意；

B.开普勒得出行星行星运动的三大定律，得到行星与太阳的连线在相同的时间扫过的面积相等-开普勒第

二定律。故B正确，不符合题意；

C.牛顿发现了万有引力定律，揭示了自然界物体之间普遍存在着一种基本相互作用：引力作用。故C正

确，不符合题意；

D.卡文迪许用扭秤实验测出了引力常数。故D正确，不符合题意。

故选A«

5.D

【详解】

A.“碳卫星”绕地球运行，做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，故不是平衡状态，处于失重状态，A

错误；

B.v=7.9km/s为第一宇宙速度，是最大的运行速度，"碳卫星'’轨道半径比地球半径大，因此其运行速度

应小于7.9km/s,B错误;

C.v=7.9m/s为第一宇宙速度，是最小的地面发射速度，“碳卫星”轨道半径比地球半径大，因此其发射速

度应大于7.9km/s,但要小于U.2km/s,C错误；

D.“碳卫星”的线速度

S

v=­

t

根据万有引力提供向心力

GMmv2

、=m­

R-R

解得地球质量

“rRs'R

M=——=-

GGt72

D正确。

故选D。

6.D

【详解】

A.由题意可知，万有引力提供向心力，根据公式有

cMmv2

G—z-=m—

rr

即

八匣

已知组合体离地面的距离约为400km,故可得运行轨道半径大于地球的半径，则组合体的运行速率小于

7.9km/s,A错误；

B.由题意可知，万有引力提供向心力，根据公式有

「Mm

G—r=mg

r

即

GM

已知组合体离地面的距离约为400km,故可得运行轨道半径大于地球的半径，则组合体的向心加速度小于

9.8m/s2,B错误；

C.由题意可知，万有引力提供向心力，根据公式有

「Mm2T2

G—丁=a(——)r

r2T

即

T=三

VGA/

已知组合体离地面的距离约为400km,比同步卫星距离地面的距离要小，故组合体的运行周期小于地球同

步卫星的周期，C错误；

D.由题意可知，万有引力提供向心力，根据公式有

-Mmv2

G——=m—

r~r

即

已知组合体离地面的距离约为400km,比同步卫星距离地面的距离要小，故组合体的运行速率期大于地球

同步卫星的运行速率，D正确。

故选Do

7.C

【详解】

由万有引力提供向心力

「Mm4乃2

G-=m^r

则

解得

r«9.8xl06m

故C正确。

故选C。

8.BD

【详解】

AB.探测器要发射到火星，则需要逃逸出地球的引力场，由于火星在太阳的引力场中，所以探测器的发射

速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，故B正确，A错误；

CD.根据万有引力提供向心力，则有

_Mmv2

G——=m—=nui

rr

可得

由于火星的轨道半径大于地球轨道半径，则火星公转的线速度小于地球公转的线速度，火星公转的加速度

小干地球公转的加速度，故D正确，C错误。

故选BD。

9.CD

【详解】

根据万有引力提供卫星的向心力可得：

GMm4/

解得卫星的周期

T=27T.I-----

\GM

对地球同步卫星有『7R,所以

1—27rAi--------=\11,2.7tA----24h

VGM\GM

AB.若大气层厚度不变，卫星的最小轨道半径

所以大气层厚度不变，要保留同步卫星的话，地球自转周期最多减小到2.4小时，才能保留同步卫星，故

AB错误；

C.大气层厚度增加到6.6倍地球半径，即轨道半径为

/=R+6.6R=7.6R>7R

若地球自转周期不变，此时地球同步卫星处在大气层内部，不能存留，故C正确：

D.大气层厚度增加到2.5倍地球半径，此时地球同步卫星的轨道半径最小为

r"=R+2.5R=35R

其对应的地球同步卫星的最小周期为

地球自转周期做多减小到8小时，才能保留同步卫星，故D正确。

故选CDo

10.BD

【详解】

AB.由万有引力公式得卫星受到地球得引力为

r心Mm

F-G-------------r

(R+/l)2

故B正确，A错误；

CD.第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，所以卫星在轨道运行的速度小于第一宇宙速度,

故D正确，C错误。

故选BDo

11.BC

【详解】

A.根据高轨低速，卫星在轨道3上的速率小于于在轨道I上的速率，故A错误；

B.由轨道2进入轨道3需要点火加速，所以卫星在轨道3上经B点的速率大于在轨道2上经8点的速率，

故B正确；

C.根据高轨低速，卫星在轨道2上运行时经过8点时的速率小于在轨道1上的速率，故C正确；

D.卫星在轨道2上运行时，经过A点是万有引力产生的加速度，在轨道1上经过A点时的加速度也是万

有引力产生的，两个轨道的A点卫星受到的万有引力相同，故加速度相同，故D错误。

故选BCo

12.ACD

【详解】

A.由万有引力提供向心力有

„Mmv2

G—丁=m—

R2R

得

则轨道半径越大，线速度越小，卫星在同步轨道HI上的运行速度小于7.9km/s,故A正确；

B.由开普勒第二定律可知近地点速度快，远地点速度慢，故B错误；

C.由开普勒第三定律

戈一

了一

可知轨道大的周期大，故C正确；

D.卫星由轨道H变轨进入轨道HI,是由向心运动变为圆周运动，则需在8点通过点火加速来实现，故D

正确。

故选ACDo

13.(1)淬；⑵之瓦f2；(3)voy/2hR

xGx"x

【详解】

(1)在月球上水平抛出小球，在竖直方向有

,1，

h=28°r

水平方向有

x=vot

联立解得

纪竽

(2)在月球表面忽略月球自转，万有引力等于重力，即

_Mm

6下=叫

解得

*斗

Gx2

(3)对贴近月球表面附近的卫星，万有引力提供向心力，则有

K

解得月球的第一宇宙速度

X

14.(1)T=27r,—;(2)54乃、旦

1\GM\GM

【详解】

(1)设空间站在轨道I上运行周期为T”万有引力提供空间站做圆周运动的向心力，贝I：

「Mm2TT

G——=m（­Y2R

R-7；

解得

Tr^~

T.=2TTJ-----

'VGM

(2)航天飞船所在椭圆轨道的半长轴：

,3.5/?+/?9n

L==A

24

设航天飞船在轨道II上运动的周期为72,由开普勒第三定律：

(弓)2_/)3

（刀）（R）

解得

27

T,=—7]

281

要完成对接，飞船和空间站须同时到达椭圆轨道的近地点，故所需时间:

/=2771

解得：

Z=54^-J---

NGM

5⑴陪⑵小陪

【详解】

(1)月球表面处引力等于重力

-Mm

6方=呻

得

M=^

G

(2)“嫦娥四号”做匀速圆周运动，有