知识点五 万有引力与航天-2022年高考物理分类题库

知识点五万有引力与航天1.(2022·全国乙卷)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400km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,航天员可以自由地飘浮,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【解析】选C。在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中,航天员所受地球引力提供向心力,飞船对其作用力近似为零,故选项A、B错误,C正确;航天员在地球表面上所受引力的大小F1=GMmR2,航天员随飞船运动所需向心力的大小等于地球引力的大小,即F2=GMmr2,因为r>R,所以在地球表面上所受引力的大小F1大于其随飞船运动所需向心力的大小F22.(2022·广东选择考)“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【解析】选D。由题意可知,火星的公转周期大于地球的公转周期,根据GMmr2=m4π2T2r可得T=2πr3GM,可知火星的公转半径大于地球的公转半径,故C错误;根据GMmr2=mv2r可得v=GMr,结合C选项,可知火星公转的线速度小于地球公转的线速度,故A错误;根据ω=2πT可知火星公转的角速度小于地球公转的角速度,故B错误;3.(2022·河北选择考)2008年,我国天文学家利用国家天文台兴隆观测基地的2.16米望远镜,发现了一颗绕恒星HD173416运动的系外行星HD173416b,2019年,该恒星和行星被国际天文学联合会分别命名为“羲和”和“望舒”,天文观测得到恒星羲和的质量是太阳质量的2倍,若将望舒与地球的公转均视为匀速圆周运动,且公转的轨道半径相等。则望舒与地球公转速度大小的比值为 ()A.22B.2C.2 D.2【解析】选C。地球绕太阳公转和行星望舒绕恒星羲和的匀速圆周运动都是由万有引力提供向心力,由GMmr2=mv2r解得公转的线速度大小为v=GMr,其中中心天体的质量之比为2∶1,公转的轨道半径相等,则望舒与地球公转速度大小的比值为4.(2022·浙江6月选考)神舟十三号飞船采用“快速返回技术”,在近地轨道上,返回舱脱离天和核心舱,在圆轨道环绕并择机返回地面。则 ()A.天和核心舱所处的圆轨道距地面高度越高,环绕速度越大B.返回舱中的宇航员处于失重状态,不受地球的引力C.质量不同的返回舱与天和核心舱可以在同一轨道运行D.返回舱穿越大气层返回地面过程中,机械能守恒【解析】选C。根据GMmr2=mv2r,可得v=GMr,可知圆轨道距地面高度越高,环绕速度越小;而只要速度相同了就可以在同一轨道运行,与返回舱和天和核心舱的质量无关,故A错误,C正确;返回舱中的宇航员处于失重状态,仍然受到地球引力作用,地球的引力提供宇航员绕地球运动的向心力,故B错误;返回舱穿越大气层返回地面过程中,有空气阻力做功产生热量,5.(2022·湖北选择考)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【解析】选C。组合体在天上只受万有引力的作用,则组合体中的货物处于失重状态,A错误;由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动,而第一宇宙速度为最大的环绕速度,则组合体的速度大小不可能大于第一宇宙速度,B错误;已知同步卫星的周期为24h,则根据角速度和周期的关系有ω=2πT,由于T同>T组合体,则组合体的角速度大小比地球同步卫星的大,C正确;由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动,有GMmr2=m4π2T2r,整理有T=2πr3GM,由于T同>T组合体,则r同>r组合体,且同步卫星和组合体在天上有ma=GMmr6.(2022·山东等级考)“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.(gR2T22C.(gR2T24n【解析】选C。地球表面的重力加速度为g,根据牛顿第二定律得GMmR2=mg,解得GM=gR2,根据题意可知,卫星的运行周期为T'=Tn,根据牛顿第二定律,万有引力提供卫星运动的向心力,则有GMm(R+h)2=m4π2T'2(7.(多选)(2022·辽宁选择考)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α,地球—金星连线与地球—太阳连线夹角β,两角最大值分别为αm、βm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sinαm∶sinβmD.水星与金星的公转线速度之比为sinαm【解析】选B、C。根据万有引力提供向心力有GMmR2=m4π2T2R=ma,可得T=2πR3GM,a=GMR2,因为水星的公转半径比金星小,故可知水星的公转周期比金星的小;水星的公转