高考物理二轮复习精讲精练专题04 万有引力定律与航天（精练）（原卷版）

专题04万有引力定律与航天（精练）一、单项选择题1．2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是（

）A．组合体中的货物处于超重状态B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小2．“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为地轴R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．“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，则天问一号（）A．发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间B．从P点转移到Q点的时间小于6个月C．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小D．在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度4．某卫星在赤道上空轨道半径为SKIPIF1<0的圆形轨道上绕地球运行的周期为T，卫星运动方向与地球自转方向相同，赤道上某城市的人每三天恰好五次看到卫星掠过其正上方。假设某时刻，该卫星在A点变轨由半径为SKIPIF1<0的圆形轨道进入椭圆轨道，近地点B到地心距离为SKIPIF1<0。设卫星由A到B运动的时间为t，地球自转周期为SKIPIF1<0，不计空气阻力，则（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．卫星在图中椭圆轨道由A到B时，机械能增大D．卫星由图中圆轨道进入椭圆轨道过程中，机械能不变5．根据新华网转载的科技日报的报道，成都计划在2020年发射3颗“人造月亮”卫星，这个“人造月亮”实质是由位于距地面高度为h处的三面镜子组成，“3面巨大的反射镜将等分360度的轨道平面”，可将太阳光反射到地球上，实现24小时固定照亮成都全市，每年将为成都市节约12亿元的电费。已知，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，地球同步卫星的轨道半径为6.6R，忽略地球自转及“人造月亮”间的引力作用，关于“人造月亮”，下列说法正确的是（）A．“人造月亮”运行速度大于7.9km/sB．“人造月亮”绕地球公转的周期约为12SKIPIF1<0小时C．“人造月亮”绕地球公转的角速度为SKIPIF1<0D．为保证地球在任意位置都能被“人造月亮”反射的太阳光照亮，则“人造月亮”的最大线速度为SKIPIF1<06．2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下中国人的印迹。探测器调整轨道过程中，绕火星的运动均视为匀速圆周运动，分别对其运行周期T和对应的轨道半径r取对数，得到SKIPIF1<0图像如图所示，其中a为已知量，引力常量为G，则火星的质量为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<07．如图所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上SKIPIF1<0点沿水平方向以一定初速度抛出一个小球，测得小球经时间SKIPIF1<0落到斜坡上距离SKIPIF1<0点为SKIPIF1<0的另一点SKIPIF1<0，斜面的倾角为SKIPIF1<0，已知该星球半径为SKIPIF1<0，引力常量为SKIPIF1<0，则（）A．该星球的第一宇宙速度为SKIPIF1<0B．该星球表面的重力加速度大小为SKIPIF1<0C．小球的初速度大小为SKIPIF1<0D．人造卫星绕该星球表面做匀速圆周运动的最小周期为SKIPIF1<08．下表为地球与火星的数据比较表，地球与火星绕太阳的运动视做圆周运动，根据表中信息，下列说法正确的是（）与太阳的平均距离（亿km）赤道半径（km）公转周期自转周期质量（地球视为1）体积（地球视为1）赤道平面与公转轨道平面夹角地球1.4966.3781年23小时56分11SKIPIF1<0火星2.2793.3951.9年24小时37分0.110.15SKIPIF1<0A．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小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D．地球表面的重力加速度大于火星表面的重力加速度9．2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心发射升空，卫星顺利进入预定轨道。目前，在地球周围有许多人造地球卫星，如北斗SKIPIF1<0为地球静止轨道卫星，距地面高度约为SKIPIF1<0，碳卫星（全球二氧化碳监测科学实验卫星）距地面高度约为SKIPIF1<0，量子科学实验卫星距地面高度约为SKIPIF1<0。若它们均可视为绕地球做圆周运动，则（）A．量子科学实验卫星的加速度小于碳卫星的加速度B．北斗SKIPIF1<0的线速度大于碳卫星的线速度C．量子科学实验卫星的周期小于北斗SKIPIF1<0的周期D．北斗SKIPIF1<0的角速度大于碳卫星的角速度10．假设天体是一半径为R、质量分布均匀的球体。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。如图，O为地面上的点，用d表示离地面深度，h表示离地面高度，则各点的重力加速度g随d、h变化的图像正确的是（）A． B．C． D．多项选择题11．建造一条能通向太空的电梯（如图甲所示），是人们长期的梦想。材料的力学强度是材料众多性能中被人类极为看重的一种性能，目前已发现的高强度材料碳纳米管的抗拉强度是钢的100倍，密度是其SKIPIF1<0，这使得人们有望在赤道上建造垂直于水平面的“太空电梯”。图乙中r为航天员到地心的距离，R为地球半径，SKIPIF1<0图像中的图线A表示地球引力对航天员产生的加速度大小与r的关系，图线B表示航天员由于地球自转而产生的向心加速度大小与r的关系，关于相对地面静止在不同高度的航天员，地面附近重力加速度g取SKIPIF1<0，地球自转角速度SKIPIF1<0，地球半径SKIPIF1<0。下列说法正确的有（）A．随着r增大，航天员受到电梯舱的弹力减小B．航天员在r=R处的线速度小于第一宇宙速度C．图中SKIPIF1<0为地球同步卫星的轨道半径D．电梯舱停在距地面高度为6.6R的站点时，舱内质量60kg的航天员对水平地板的压力为零12．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—水星连线与地球—太阳连线夹角SKIPIF1<0，地球—金星连线与地球—太阳连线夹角SKIPIF1<0，两角最大值分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0。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SKIPIF1<0D．水星与金星的公转线速度之比为SKIPIF1<013．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（）A．火星的公转周期大约是地球的SKIPIF1<0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14．2021年5月15日“祝融号”火星车成功着陆火星表面，是我国航天事业发展中具有里程碑意义的进展。此前我国“玉兔二号”月球车首次实现月球背面软着陆，若“祝融号”的质量是“玉兔二号”的K倍，火星的质量是月球的N倍，火星的半径是月球的P倍，火星与月球均视为球体，则（）A．火星的平均密度是月球的SKIPIF1<0倍B．火星的第一宇宙速度是月球的SKIPIF1<0倍C．火星的重力加速度大小是月球表面的SKIPIF1<0倍D．火星对“祝融号”引力的大小是月球对“玉兔二号”引力的SKIPIF1<0倍15．两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星SKIPIF1<0的位置变化进行了持续观测，记录到的SKIPIF1<0的椭圆轨道如图所示。图中O为椭圆的一个焦点，椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、Q分别为轨道的远银心点和近银心点，Q与O的距离约为SKIPIF1<0（太阳到地球的距离为SKIPIF1<0），SKIPIF1<0的运行周期约为16年。假设SKIPIF1<0的运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，可以推出（）A．SKIPIF1<0与银河系中心致密天体的质量之比B．银河系中心致密天体与太阳的质量之比C．SKIPIF1<0在P点与Q点的速度大小之比D．SKIPIF1<0在P点与Q点的加速度大小之比16．2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的SKIPIF1<0。下列说法正确的是（）A．核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的SKIPIF1<0倍B．核心舱在轨道上飞行的速度大于SKIPIF1<0C．核心舱在轨道上飞行的周期小于SKIPIF1<0D．后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小17．科学家提出了一项未来计划：建造太空升降机——把连接绳的一端与地球的卫星连接，另一端固定在地面上，通过升降机宇航员能快速到达卫星。已知地球表面的重力加速度SKIPIF1<0，地球半径SKIPIF1<0，地球自转周期为24h。某宇航员在地球表面用体重计称得体重为800N，站在升降机中，某时刻某高度升降机以加速度SKIPIF1<0垂直地面上升时，此人再一次用同一体重计称得视重为950N，忽略地球公转的影响，根据以上数据可得（）A．为了减小连接绳的长度，可将连接卫星发射到近地轨道B．连接绳的长度C．升降机此时所受万有引力约为450ND．此时距地面的高度约为2130km18．2021年10月，神舟十三号载人飞船与空间站的天和核心舱成功对接，对接后成为一个太空组合体，开启了我国有宇航员长期驻留空间站的时代。某卫星A与组合体B的运行轨道在同一平面且绕行方向相同（二者运行轨道均可看作圆），可利用卫星A对组合体B进行观测。若A离地面的高度为地球半径的1.12倍，运行周期为T，根据观测记录可知，A观测B的最大张角SKIPIF1<0，如图所示，设地球的半径为R，则下列说法正确的是（）A．组合体B的运行轨道半径为1.06RB．卫星A与组合体B的加速度之比为1：4C．卫星A与组合体B运行的角速度之比为SKIPIF1<0D．某时刻卫星A和组合体B相距最近，再经过T时间，它们又相距最近19．2021年12月26日，我国在太原卫星发射中心用“长征四号”丙遥三十九运载火箭成功发射“资源一号”06星，该卫星将进一步推进我国陆地资源调查监测卫星业务系统化应用。若该卫星在距地球表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动的周期为T，地球的半径为R，引力常量为G，忽略地球的自转，则下列说法正确的是（）A．该卫星的线速度大小为SKIPIF1<0B．地球表面的重力加速度大小为SKIPIF1<0C．地球的第一宇宙速度为SKIPIF1<0D．地球的平均密度为SKIPIF1<020．中国“FAST”球面射电望远镜发现一个脉冲双星系统。科学家通过脉冲星计时观测得知该双星系统由一颗脉冲星与一颗白矮星组成。如图所示，假设在太空中有恒星A、B双星系统绕O点做逆时针匀速圆周运动，运动周期为T1，它们的轨道半径分别为RA、RB，且RA<RB；C为B的卫星，绕B做逆时针匀速圆周运动，周期为T2，且T2<T1。A与B之间的引力远大于C与B之间的引力。引力常量为G，则（）A．恒星A的质量大于恒星B的质量B．恒星B的质量为SKIPIF1<0C．若知道C的轨道半径，则可求出C的质量D．三星A、B、C相邻两次共线的时间间隔为SKIPIF1<0三、计算题21．利用物理模型对问题进行分析，是重要的科学思维方法。（1）某质量为m的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，在近日点速度为v1，在远日点速度为v2。求从近日点到远日点过程中太阳对行星所做的功W；（2）设行星与恒星的距离为r，请根据开普勒第三定律（SKIPIF1<0）及向心力相关知识，证明恒星对行星的作用力F与r的平方成反比；（3）宇宙中某恒星质量是太阳质量的2倍，单位时间内向外辐射的能量是太阳的16倍。设想地球“流浪”后绕此恒星公转，且在新公转轨道上的温度与“流浪”前一样。地球绕太阳公转的周期为T1，绕此恒星公转的周期为T2，求SKIPIF1<0。22．在轨空间站中物体处于完全失重状态，对空间站的影响可忽略，空间站上操控货物的机械臂可简化为两根相连的等长轻质臂杆，每根臂杆长为L，如题图1所示，机械臂一端固定在空间站上的O点，另一端抓住质量为m的货物，在机械臂的操控下，货物先绕O点做半径为SKIPIF1<0、角速度为SKIPIF1<0的匀速圆周运动，运动到A点停下，然后在机械臂操控下，货物从A点由静止开始做匀加速直线运动，经时间t到达B点，A、B间的距离为L。（1）求货物做匀速圆周运动时受到合力提供的向心力大小SKIPIF1<0；（2）求货物运动到B点时机械臂对其做功的瞬时功率P。（3）在机械臂作用下，货物、空间站和地球的位置如题图2所示，它们在同一直线上，货物与空间站同步做匀速圆周运动，已知空间站轨道半径为r，货物与空间站中心的距离为d，忽略空间站对货物的引力，求货物所受的机械臂作用力与所受的地球引力之比SKIPIF1<0。23．中国“天宫”载人空间站在距地面高400km左右的轨道上做匀速圆周运动，在此高度上有非常稀薄的大气，受气体阻力的影响，轨道高度1个月大概下降2km，“天宫”安装有发动机，可对轨道进行周期性修正。假设“天宫”正常运行轨道高度为h，经过一段时间t，轨道高度下降了SKIPIF1<0。已知引力常量为G，地球质量为M，地球半径为R，“天宫”质量为m，“天宫”垂直速度方向的有效横截面积为S。假设“天宫”附近空气分子是静止的，与“天宫”相遇后和“天宫”共速。若规定距地球无限远处为地球引力零势能点，则地球附近物体的引力势能可表示为SKIPIF1<0，其中M为地球质量，m为物体质量，r为物体到地心距离。求：（1）“天宫”正常在轨道上做圆周运动时的线速度大小v；（2）以无限远为零势能点，“天宫”正常在轨道上做圆周运动时的机械能E；（3）若“天宫”轨道高度下降SKIPIF1<0时损失的机械能为SKIPIF1<0，忽略下降过程中阻力大小变化，请估算“中国空间站”附近的空气密度SKIPIF1<0。24．嫦娥五号