2023年高三物理二轮练习06 万有引力与航天

2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

专题06万有引力与航天

专练目标______________________________专练内容______________________________

目标1高考真题（IT—4T）

目标2近地太空探测的航天问题（5T—8T）

目标3与探月有关的航天问题（9T-12T）

目标4与火星探测有关的航天问题（13T—16T）

目标5与其他深空探测有关的航天问题（17T-20T）

【典例专练】

一、高考真题

1.（2022年全国卷）2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约40Okm的"天宫二

号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞

行的“天宫二号"中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（）

A.所受地球引力的大小近似为零

B.所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零

C.所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等

D.在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小

2.（2022年广东卷）"祝融号"火星车需要"休眠"以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公

转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运

动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是（）

A.火星公转的线速度比地球的大B.火星公转的角速度比地球的大

C.火星公转的半径比地球的小D.火星公转的加速度比地球的小

3.（2022年辽宁卷）如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地图上容易测得地球一水星

连线与地球一太阳连线夹角α,地球一金星连线与地球一太阳连线夹角耳，两角最大值分别为a.、Λ,o则

)

A.水星的公转周期比金星的大

B.水星的公转向心加速度比金星的大

C.水星与金星的公转轨道半径之比为Sina，“:sin"

D.水星与金星的公转线速度之比为JSinan,:JsinQ,

4.（2022年湖南卷）如图，火星与地球近似在同一平面内，绕太阳沿同一方向做匀速圆周运动，火星的轨

道半径大约是地球的1∙5倍。地球上的观测者在大多数的时间内观测到火星相对于恒星背景由西向东运动，

称为顺行；有时观测到火星由东向西运动，称为逆行。当火星、地球、太阳三者在同一直线上，且太阳和

火星位于地球两侧时，称为火星冲日。忽略地球自转，只考虑太阳对行星的引力，下列说法正确的是（）

火星

恒星背景/,/银疑

东西∖∖⅛∕1/

、、，✓

一«

A.火星的公转周期大约是地球的卮倍

B.在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为顺行

C.在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为逆行

D.在冲日处，火星相对于地球的速度最小

二、近地太空探测的航天问题

5.2021年1月，"天通一号"03星发射成功。发射过程简化如图所示：火箭先把卫星送上轨道1（椭圆轨道,

尸、0是远地点和近地点）后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道2（圆轨道）；卫星最后变轨到轨道3（同步圆

轨道）。轨道1、2相切与尸点，轨道2、3相交于ΛAN两点。忽略卫星质量变化。（）

P

卫星在三个轨道上机械能

A.E3>E2>EI

B.卫星在三个轨道上的周期T3>T2>T/

C.卫星在轨道1上的。点线速度大于轨道3的线速度

D.卫星由轨道1变轨至轨道2,必须在P点朝速度同方向喷气

6.2021年7月我国成功将全球首颗民用晨昏轨道气象卫星一一“风云三号05星”送入预定圆轨道，轨道周

期约为1.7h,被命名为"黎明星"，使我国成为国际上唯一同时拥有晨昏、上午、下午三条轨道气象卫星组网

观测能力的国家，如图所示。某时刻"黎明星"正好经过赤道上产城市正上方，则下列说法正确的是（）

A."黎明星"做匀速圆周运动的速度大于7.9km∕s

B.同步卫星的轨道半径约为"黎明星"的10倍

C.该时刻后"黎明星"经过408h能经过P城市正上方

D."黎明星”的向心加速度小于赤道上物体随地球自转的向心加速度

7.2021年10月16日、神舟十三号载人飞船顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，假设神

舟十三号载人飞船在距地面高度为〃的轨道做圆周运动，已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,

引力常量为G,下列说法正确的是（）

A.神舟十三号载人飞船的线速度大于地球第一宇宙速度

B.神舟十三号载人飞船运行的周期为T=

神舟十三号载人飞船轨道处的重力加速度为

C.(Λ+Λ)2

地球的平均密度0=谆而

8.2022年4月16日O时44分，神舟十三号与空间站天和核心舱分离，正式踏上回家之路，分离过程简化

如图所示，脱离前天和核心舱处于半径为｛的圆轨道I上，从P点脱离后神舟十三号飞船沿椭圆轨道II返

回半径为々的近地圆轨道山上，然后再多次调整轨道，绕行5圈后顺利着落在东风着落场。已知轨道∏与轨

道I、m两圆轨道相切于P、。点两点且恰好对应椭圆的长轴两端点，引力常量为G,地球质最为〃，则下

列说法正确的是（）

飞船从P点运动至。点的最短时间为±立

B.飞船在轨道川上的向心加速度小于在轨道I上的向心加速度

C.飞船在轨道I上的机械能大于在轨道III上的机械能

D.飞船在轨道I与地心连线和在轨道In与地心连线在相同时间内扫过的面积相等

二、与探月有关的航天问题

9.如图所示，"鹊桥"中继星处于地月拉格朗日点心上时，会和月球、地球两个大天体保持相对静止的状态。

设地球的质量为M,"鹊桥"中继星的质量为加，地月间距为乙拉格朗日心点与月球间距为d，地球、月球

和"鹊桥"中继星均可视为质点，忽略太阳对"鹊桥"中继星的引力，忽略"鹊桥"中继星对月球的影响。贝广鹊桥"

中继星处于心点上时.，下列选项正确的是（）

A.地球对月球的引力与"鹊桥"中继星对月球的引力相等

B.月球与地球质量之比为"+,F''-

C."鹊桥"中继星与月球的向心加速度之比/?："+If

D."鹊桥"中继星与月球的线速度之比为Jiλ√m

10.2022年10月12日，天宫课堂第三课在中国空间站开讲，在空间站微重力环境下，展示毛细效应实验

最细吸管开启"倍速模式"，水球"变懒"、扳手"掉头"等实验。随着我国登月计划的实施，我国宇航员登上月

球将不是梦想：假如我国宇航员登上月球并在月球表面附近以初速度%竖直向上抛出一个小球，经时间t

后回到出发点。已知月球的半径为凡引力常量为G,则下列说法正确的是（）

A.月球的质量为会对B.月球表面的重力加速度为为

Gtt

C.宇航员在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的绕行周期为HD.宇航员在月球表面获得序的速

度就可能离开月球表面围绕月球做圆周运动

IL"嫦娥五号"探测器着落月球前的运动轨道示意图如图所示，"嫦娥五号"沿轨道I运动到P点时点火减速,

之后沿轨道11运动，再次运动到尸点时点火减速，之后沿近月（到月球表面的距离不计）轨道IH运动。月

球的半径为/?,轨道∏上的远月点。到月心的距离为3R,"嫦娥五号”在轨道∏上运行的周期为7,引力常

量为G。下列说法正确的是（）

A.月球的质量为得U

B.月球的质量为四叱£

GT2

C.月球表面的重力加速度大小为空四

T2

D.月球表面的重力加速度大小为®3

12.2020年12月17日"嫦娥五号"首次地外天体采样返回任务圆满完成。在采样返回过程中，"嫦娥五号"

要面对取样、上升、对接和高速再入等四个主要技术难题，要进行多次变轨飞行。"嫦娥五号"绕月球飞行的

三条轨道示意图如图所示，轨道1是贴近月球表面的圆形轨道，轨道2和轨道3是变轨后的椭圆轨道，并

且都与轨道1相切于Z点。N点是轨道2的近月点，B点是轨道2的远月点，“嫦娥五号"在轨道1上的运行

速率约为不计变轨中“嫦娥五号”的质量变化，不考虑其他天体的影响，下列说法中正确的是（）

1.7km∕so

A.“嫦娥五号”在轨道2经过A点时的加速度等于在轨道1经过A点时的加速度

B.“嫦娥五号”在轨道2经过B点时的速率可能大于1.7km∕s

C.“嫦娥五号"在轨道3上运行的最大速率大于其在轨道2上运行的最大速率

D.“嫦娥五号”在轨道3所具有的机械能大于在轨道2所具有的机械能

三、与火星探测有关的航天问题

13.两千多年前，我国古代伟大诗人屈原在其传奇诗篇《天问》中发出疑问：“日月安属？列星安陈？”两千

多年后，中国人秉承着屈原的质疑精神和探索精神启动了行星探测任务，我们的目标，是星辰大海。我国

的火星探测器"天问一号"从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙

所示的调相轨道和停泊轨道，贝『‘天问一号"（）

甲乙

A.从P到。的运动过程中，太阳引力对其做正功

B.发射速度介于7.9km∕s与11.2km∕s之间

C.从尸点转移到Q点的时间大于6个月

D.天问一号在调相轨道的运行周期小于在停泊轨道的运行周期

14.2021年10月火星上的祝融号航天器"失联"一个月。追究其原因是2021年10月29日出现了"火星合日"

的天象。"火星合日"是指火星、太阳、地球三者之间形成一条直线时，从地球的方位观察，火星位于太阳的

的正后方，火星被太阳完全遮蔽的现象，如图所示、已知地球、火星绕太阳运动的方向相同，若把火星和

地球绕太阳运行的轨道视为圆，地球的公转周期与火星的公转周期之比约为1：2。由此可知（）

火火

OI

\

\

A.火星公转的线速度约为地球公转线速度的去

B.火星的公转半径约为地球公转半径的2√Σ

C.下一次祝融号航天器"失联"时间大约是2023年10月

D.火星的向心加速度约为地球向心加速度的靠

15."天问一号"火星探测器需要通过霍曼转移轨道从地球发射到火星，地球轨道和火星轨道近似看成圆形轨

道，霍曼转移轨道是一个在近日点M和远日点尸分别与地球轨道、火星轨道相切的椭圆轨道（如图所示）。

"天问一号"在近日点短暂点火后进入霍曼转移轨道，接着沿着这个轨道运行直至抵达远日点，然后再次点火

进入火星轨道。已知引力常量为G,太阳质量为“，地球轨道和火星轨道半径分别为，•和R,地球、火星、

"天问一号"运行方向都为逆时针方向。若只考虑太阳对"天问一号"的作用力，下列说法正确的是（）

△

霍X

理

地

转

移

道

轨

轨

道

∖M/

轨吟，

A.两次点火喷射方向都与速度方向相同

B.两次点火之间的时间间隔为工

2

C."天问一号"在地球轨道上的线速度大于在火星轨道上的线速度

D."天问一号"在霍曼转移轨道上P点的加速度比在火星轨道上尸点的加速度小

16.在火星表面上用探测器做了一次竖直方向的运动实验，探测器从火星表面先竖直向上做初速度为O的

匀加速直线运动，内部一质量为机的物体受到竖直向上的支持力是其重力的1.8倍，关闭发动装置，探测

器接着做竖直上抛运动到达最高点，最后自由落体回到火星表面。已知上升过程的最大速度为％，与火星

表面的最大距离为/7,万有引力常量为G,下列说法正确的是（）

A.探测器在上升的过程中，先处于失重状态后处于超重状态

B.探测器在下降过程中的平均速度大小为（%

C.若火星的质量为则火星的半径为半色

3%

D.若火星的半径为七则火星的第一宇宙速度为冷倍

四、与其他深空探测有关的航天问题

17.中国日报2022年9月9日电（记者张宇浩）当地时间7日，美国国家航空航天局的"苔丝"（TESS）任

务宣布发现两颗系外行星，距离地球约100光年，其中一颗或适合生命存活。这两颗系外行星被归类为"超

级地球"，即质量比地球大，但比冰巨星小。它们绕着一颗“活跃度较低"的红矮星运行。第一颗行星，LP890-9b,

其半径是地球的1.3倍，每2.7天绕恒星一周。另一颗行星LP890-9c的半径是地球的1.4倍，大约3.9天绕恒

星一周，绕行期间处于恒星宜居带内。研究人员表示，LP890-9c距离恒星很近，接收到的辐射热量却很低,

若有充足的大气层，行星表面或存在液态水。若将两颗行星和地球均视为球体，假设LP890-9c与地球密度

相等，地球绕太阳和两颗行星绕红矮星的运动均看做匀速圆周运动。下列说法正确的是（）

A.LP890-9C表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为I1，？

B.LP890-9c的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比为141

C.LP890-9b与LP890-9c绕恒星公转的轨道半径之比为立产：£^

D.LP890-9b与LP890-9c绕恒星公转的线速度之比为江：上

18.2022年9月27日的“木星冲日"是观测木星的一次好机会。木星冲日就是指木星、地球和太阳依次排列

大致形成一条直线时的天象。已知木星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳近似做匀速圆周运动，

木星质量约为地球质量的318倍，木星半径约为地球半径的11倍，木星到太阳的距离大约是地球到太阳距

离的5倍，则下列说法正确的是（）

A.木星运行的加速度比地球运行的加速度大

B.木星表面的重力加速度比地球表面的重力加速度小

C.在木星表面附近发射飞行器的速度至少为7.9km∕s

D.上一次"木星冲日”的时间大约在2021年8月份

19.仙王座VV是一对双星系统，分别由一颗红超巨星W