高考物理二轮总复习专题能力训练4万有引力与航天

专题能力训练4万有引力与航天(时间:45分钟满分:98分)选择题(本题共14小题,每小题7分,共98分。在每小题给出的四个选项中,1~8题只有一个选项符合题目要求,9~14题有多个选项符合题目要求。全部选对的得7分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)1.(2021·江苏无锡一模)在“金星凌日”的精彩天象中,观察到太阳表面上有颗小黑点缓慢走过,持续时间达六个半小时,那便是金星。下列说法正确的是()A.观测“金星凌日”时可将太阳看成质点B.地球在金星与太阳之间C.金星绕太阳公转一周的时间小于365天D.相同时间内,金星与太阳连线扫过的面积等于地球与太阳连线扫过的面积2.如图所示,某行星半径为R,外围有一圈厚度为d的卫星群,设卫星群中的某“点”绕行星的运动速度为v,该“点”到行星中心的距离为r。已知该行星的第一宇宙速度为v0,下列图像可能的是()3.(2022·重庆高考模拟)2022年4月16日9时56分,神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功。设距地球无限远处的引力势能为零,地球质量为M,地球半径为R,地球表面重力加速度大小为g,质量为m的物体在距地心r处的引力势能为Ep=GMmr(G为引力常量,r≥R),不考虑地球自转和其他天体的影响,神舟十三号载人飞船返回舱质量为m0,从距地面高nR(n<1)轨道返回地面过程中质量不变,则返回舱返回地面过程中,引力势能减少量为(A.nm0gRB.nC.mD.n4.(2021·河南洛阳第一中学月考)某高中的航天兴趣小组查询相关资料获取到以下信息:①忽略地球自转时,与地心距离r处的引力场强度a随r变化的曲线如图所示,R为地球的半径,在0~R范围内是过原点的直线,在R~∞范围内是遵从“平方反比”的曲线,即在此区间内,引力场强度a与r的二次方成反比,引力场某点的强度等于质点在该点受到的万有引力除以质点的质量;②轨道高度h=R处有一卫星A绕地球做匀速圆周运动的周期为T;③引力常量为G。则在忽略自转时,下列说法正确的是()A.可以推断出地球的平均密度ρ=3B.可以推断出地表的重力加速度g=16C.深度为R4的深井底部的重力加速度大小等于卫星AD.深度为3R4的深井底部的重力加速度大小等于卫星5.我国第五颗北斗导航卫星是一颗地球同步轨道卫星。如图所示,假若第五颗北斗导航卫星先沿椭圆轨道Ⅰ飞行,后在远地点P处由椭圆轨道Ⅰ变轨进入地球同步圆轨道Ⅱ。下列说法正确的是()A.卫星在轨道Ⅱ运行时的速度大于7.9km/sB.卫星在轨道Ⅱ运行时的向心加速度比在赤道上相对地球静止的物体的向心加速度大C.卫星在轨道Ⅱ运行时不受地球引力作用D.卫星在椭圆轨道Ⅰ上的P点处减速进入轨道Ⅱ6.卫星在抢险救灾中能发挥重要作用。第一代、第二代海事卫星只使用地球同步卫星,不能覆盖地球上的高纬度地区,第三代海事卫星采用地球同步卫星和中轨道卫星结合的方案,它由4颗同步卫星与12颗中轨道卫星构成。中轨道卫星高度为10354km,分布在几个轨道平面上(与赤道平面有一定的夹角),在这个高度上,卫星沿轨道旋转一周的时间为6h。则下列判断正确的是()A.中轨道卫星的角速度小于地球同步卫星B.中轨道卫星的线速度小于地球同步卫星C.如果某一时刻中轨道卫星、地球同步卫星与地球的球心在同一直线上,那么经过6h它们仍在同一直线上D.在中轨道卫星经过地面某点的正上方24h后,该卫星仍在地面该点的正上方7.(2022·黑龙江哈尔滨六中期中)海王星外围有一圈厚度为d的发光带(发光的物质),简化为如图甲所示模型,R为海王星的球体半径。为了确定发光带是海王星的组成部分还是环绕该行星的卫星群,某科学家做了精确地观测并发现发光带绕海王星中心O的运行速度与到海王星中心的距离r的关系如图乙所示(图中所标v0为已知),则下列说法正确的是()甲乙A.发光带是海王星的组成部分B.海王星自转的周期为2C.海王星表面的重力加速度为vD.海王星的平均密度为38.(2021·重庆江津中学高三模拟)2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射,标志着北斗全球卫星导航系统的星座部署全部完成。据悉,北斗三号由3颗地球静止同步轨道(GEO)卫星、3颗倾斜地球同步轨道(IGEO)卫星和24颗中圆地球轨道(MEO)卫星组成。已知MEO卫星的轨道高度大约为2万千米,轨道周期是12小时;IGEO卫星的轨道周期是24小时。下列说法错误的是()A.三类卫星中,MEO卫星的加速度最大B.三类卫星中,MEO卫星的运行速度最大C.GEO卫星和IGEO卫星的轨道高度不同D.MEO卫星具有在轨备份的功能,即某颗IGEO卫星失效时,其功能可由某颗MEO卫星来替代。那么,MEO卫星必须经过加速过程才能完成轨道调整9.假如某志愿者登上火星后将一小球从高为h的地方由静止释放,不计空气阻力,测得经过时间t小球落在火星表面,已知火星的半径为R,引力常量为G,不考虑火星自转,则下列说法正确的是()A.火星的第一宇宙速度为2B.火星的质量为2C.火星的平均密度为3D.环绕火星表面运行的卫星的周期为πt210.如图所示,飞船在距月球表面h处绕月球做匀速圆周运动,周期为T,飞船可采用两种登月方式:①在A点向前短时喷气,使飞船沿椭圆轨道运动,与月球相切地到达月球上的B点;②在A点沿半径向月球外侧短时喷气,使飞船沿椭圆轨道运动,与月球相切地到达月球上的C点。已知∠BOC=90°,月球半径为R,则下列说法正确的是()A.飞船从A到C运动过程中速度逐渐增大B.飞船在椭圆轨道经过A、B两点的速度之比为RC.飞船从A到C运动时间等于TD.飞船从A到B运动时间等于T11.2020年6月23日,我国在西昌卫星发射中心成功发射北斗系统第55颗导航卫星,至此北斗全球卫星导航系统星座部署全面完成。北斗导航系统第41颗卫星为地球同步轨道卫星,第49颗卫星为倾斜地球同步轨道卫星。倾斜地球同步轨道卫星的轨道半径约为4.2×107m,运行周期都等于地球的自转周期24h。倾斜地球同步轨道平面与地球赤道平面成一定夹角,如图所示。已知引力常量G=6.67×1011N·m2/kg2,下列说法正确的是()A.根据题目数据可估算出地球的质量B.同步轨道卫星可能经过北京上空C.倾斜地球同步轨道卫星一天2次经过赤道正上方同一位置D.倾斜地球同步轨道卫星的运行速度大于第一宇宙速度12.极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极(轨道可视为圆轨道)。如图所示,某时刻某极地卫星在地球北纬30°A点的正上方按图示方向运行,经过12h后第二次出现在A点的正上方。则下列说法正确的是()A.该卫星一定贴近地表飞行B.该卫星的周期的最大值为18hC.该卫星运行的线速度比同步卫星的线速度大D.该卫星每隔12h经过A点的正上方一次13.火星表面特征非常接近地球,我国宇航员王跃与俄罗斯宇航员一起进行了“模拟登火星”实验活动。已知火星的半径是地球半径的12,质量是地球质量的19,自转周期与地球的自转周期也基本相同。地球表面重力加速度是g,若王跃在地面上能竖直向上跳起的最大高度是h。在忽略自转影响的条件下,下述分析正确的是(A.王跃在火星表面受到的万有引力是他在地球表面所受万有引力的4B.火星表面的重力加速度是29C.火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2D.王跃以相同的初速度在火星上竖直起跳时,能上升的最大高度是914.(2019·全国卷Ⅰ)在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上,把物体P轻放在弹簧上端,P由静止向下运动,物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧,改用物体Q完成同样的过程,其ax关系如图中虚线所示。假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N半径的3倍,则()A.M与N的密度相等B.Q的质量是P质量的3倍C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

专题能力训练4万有引力与航天1.C解析:观测“金星凌日”时,如果将太阳看成质点,无法看到“金星凌日”现象,故A错误;发生“金星凌日”现象时,金星位于地球和太阳之间,故B错误;根据开普勒第三定律可知r金3T金2=r地3T地22.D解析:卫星群绕行星做匀速圆周运动,满足万有引力提供卫星圆周运动的向心力,有Gm行mr2=mv2r,解得线速度v=Gm行r,v2=Gm行r,Gm行为一常量,则v与1r成正比,v1r图像为幂函数,3.B解析:返回舱返回地面过程中,引力势能减少量为ΔEp=GMm0R+nRGMm0R,而mg=GMmR2,联立解得4.D解析:对卫星A有GMmr2=m4π2T2r,且r=2R,可得ρ=M43πR3=3πr3GT2R3=24πGT2,故A错误;对卫星A有an=5.B解析:7.9km/s即第一宇宙速度,是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度。而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,根据v的表达式可以发现同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度,故A错误;同步卫星的角速度与赤道上物体的角速度相等,根据a=rω2,同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,故B正确;北斗导航卫星绕地球做匀速圆周运动时所受重力作用提供向心力,处于失重状态,故C错误;卫星在椭圆轨道Ⅰ上的P点处加速实现提供的力小于需要的向心力,进入轨道Ⅱ,故D错误。6.D解析:ω=2πT,地球同步卫星的周期为24小时,而本题中中轨道卫星为6小时,所以中轨道卫星的角速度大于地球同步卫星,A错误。根据万有引力提供向心力得GMmr2=mω2r,解得ω=GMr3,故中轨道卫星的轨道半径小于同步卫星;根据v=ωr7.C解析:若发光带是海王星的组成部分,则其角速度与行星自转角速度相同,应有v=ωr,v与r应成正比,与题图不符,因此该发光带不是海王星的组成部分,选项A错误。根据题意无法计算海王星自转的周期,选项B错误。当r=R时,有mg=mv02R,得行星表面的重力加速度g=v02R,选项C正确。在海王星表面,重力等于万有引力,故mg=GMmR2,海王星的平均密度为8.C解析:三类卫星中,MEO卫星的轨道半径最小,根据GMmr2=ma可知,加速度最大,选项A正确;根据GMmr2=mv2r,解得v=GMr9.CD解析:根据h=12gt2得火星表面的重力加速度g=2ht2,在火星表面的近地卫星的速度即第一宇宙速度设为v,则mg=mv2R,解得v=gR,所以火星的第一宇宙速度v=2hRt2,选项A错误;由mg=GMmR2得,M=gR2G=2h10.AD解析:飞船从A到C运动过程中万有引力做正功,根据动能定理可知飞船速度逐渐增大,故A正确;根据开普勒“面积定律”可知,飞船在椭圆轨道经过A、B两点很短时间内扫过的面积相等,则有vAΔt(R+h)=vBΔtR,解得vAvB=RR+h,故B错误;飞船在距月球表面h处绕月球做匀速圆周运动的周期为T,飞船从A到C运动过程中万有引力做正功,且轨道半径逐渐减小,运动的时间小于T4,故C错误;飞船从A到B是椭圆运动,轨道半长轴为r=2R+h2,根据开普勒第三定律可得r11.AC解析:对倾斜地球同步轨道卫星,根据Gm地mr2=m2πT212.BC解析:地球在12h的时间内转了180°,要使卫星第二次出现在A点的正上方,则时间应该满足23T+nT=12h,解得T=363n+2h(n=0,1,2,3,…),当n=0时,周期有最大值T=18h,故B正确;当n的取值不同,则周期不同,根据GMmr2=m2πT2r,轨道半径也有不同的取值,故A错误;根据T=3613.ACD解析:王跃在火星表面受到的引力为F=GM火m是他在地球表面所受万有引力的49g火=GM火r火B错误;v火=gC正确;根据公式v2=2gh得王跃以相同的初速度在火星上起跳时,可跳起的最大高度是9h14.AC解析:物体轻放在弹簧上端时,弹簧的弹力为零,此时的加速度即为星球表面的重力加速度,星球M表面的重力加速度为3a0,星球N表面的重力加速度为a0,根据黄金代换公式可得g=GMr2=Gρ·43πr3r2=Gρ·4