最新高考物理二轮复习专题练习卷---天体运动(含答案解析)

1、 最新高考物理二轮复习专题练习卷-天体运动1.金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为 a 、a 、a ，它们沿轨道运行的速率分别为 v 、v 、v 。已知它们的轨道半径 r 金地火金地火金r r ，由此可以判定地火aa a aba a a金地火火球金cv v vdv v v地火金火地金mmr2解析 金星、地球和火星绕太阳公转时万有引力提供向心力，则有gma，解得 ammmr2g ，结合题中 r r r ，可 得 a a a ，选项 a 正确，b 错误；同理，有 gr2金地火金地火vgmr2m ，解得 v，再结合题中 r r r ，可得 v v v ，选项

2、c、d 均错r金地火金地火误。答案 a2.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径 60 倍的情况下，需要验证a地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1/602b月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1/602c自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/6d苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/60解析 若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律万mmr2有引力定律，则应满足 gma，即加速度 a 与距离 r 的平方成反比，由题中数据知，选项 b 正确，其余选项错误。答案 b3.(多选)已知人造航天器在月球

3、表面附近绕月球做匀速圆周运动，经过时间 t(t 小于航天器的绕行周期)，航天器运动的弧长为s，航天器与月球的中心连线扫过角度为，万有引力第 1 页 共 13 页 常量为 g，则a航天器的轨道半径为s2tb航天器的环绕周期为s3c月球的质量为gt 232d月球的密度为4gt2s解析 根据几何关系得：r ，故 a 错误；经过时间 t，航天器与月球的中心连线扫过t t 22t角度为 ，则： ，得：t ，故 b 正确；由万有引力充当向心力而做圆周运动，所gmmr24t4 rs322 3以：mr ，所以：m，故 c 正确；人造航天器在月球表面附近绕月球gt2 gt 2243m32做匀速圆周运动，月球的半

4、径等于 r，则月球的体积：v r ，月球的密度为 ，3v 4gt2故 d 错误。故选 bc。答案 bc4.(多选)如图所示，a 是地球的同步卫星。另一卫星 b 的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为 h，a、b 绕行方向与地球自转方向相同，已知地球半径为 r，地球自转角速度为 ，地球表面的重力加速度为g，o 为地球中心。关于a、b 两卫星，下列叙述正确的是0a同步卫星 a 离地面的高度是 b 的 2 倍，必等于 2h(rh)3bb 的周期应为 t 2gr2bc某时刻 a、b 两卫星相距最近(o、b、a 在同一直线上)，当它们再一次相距最近，第 2 页 共 13 页 2gr2(rh)3则至少经过

5、时间 t03gr2rhda、b 两卫星的线速度之比为 g r 203mmr2gmr2gr2解析 对同步卫星，由万有引力提供向心力有 gmr ，而g，解得 r，200233gr2gr22可知其离地高度为 hrrr，同理，b 离地面高度 hr，则无法比较02mm4mmr22与 b 的高度关系，故 a 错误；对 b 有 g(rh)2m(rh) ，而 gmg，联立得 t t2bb(rh)32，故 b 正确；a、b 由相距最近到再次最近，b 比 a 多转一周即 t t2，gr202gr2(rh)32gr2(rh)3而 ，则 t，故 c 正确；由 vr，故 a 的线速度为 vatb03gr2rhr g r

6、 ，b 的线速度为 v (rh)，故 a、b 线速度之比为200b3gr2rhg r ，故 d 正确。20答案 bcd5.(多选)在星球表面发射探测器，当发射速度为 v 时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动；当发射速度达到 2v 时，可摆脱星球引力束缚脱离该星球。已知地球、火星两星球的质量比约为 101，半径比约为 21，下列说法正确的有a探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大b探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大c探测器分别脱离地球与火星所需要的发射速度相等d探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大mmr2vgmr2解析 探测器在星球表面做匀速圆周运动时，由gm ，得 v，则摆脱星

7、r第 3 页 共 13 页 2gm球引力时的发射速度 2v，与探测器的质量无关，选项 a 错误；设火星的质量为10mm 5gmmrm，半径为 r，则地球的质量为 10m，半径为 2r，地球对探测器的引力 f g，(2r)22r21mmr2比火星对探测器的引力 f g大，选项 b 正确；探测器脱离地球时的发射速度 v 212g10m2r10gm2gm，脱离火星时的发射速度v ，v v ，选项c 错误；探测器rr221脱离星球的过程中克服引力做功，势能逐渐增大，选项d 正确。答案 bd6.环境监测卫星是专门用于环境和灾害监测的对地观测卫星，利用三颗轨道相同的监测卫星可组成一个监测系统，它们的轨道与

8、地球赤道在同一平面内，当卫星高度合适时，该系统的监测范围可恰好覆盖地球的全部赤道表面且无重叠区域。已知地球半径为 r，地球表面重力加速度为 g，关于该系统下列说法正确的是a卫星的运行速度大于 7.9 km/sg2b卫星的加速度为2rgc卫星的周期为 4d这三颗卫星的质量必须相等解析 v7.9 km/s 是卫星最大的环绕速度，环境监测卫星的运行速度一定小于 7.9 km/s，故 a 错误；三颗卫星监测范围恰好覆盖地球的全部赤道表面且无重叠区域，说明它们刚好r位于等边三角形的三个顶点上，如图所示，根据几何关系可得轨道半径r2r，由sin 30gmmr2g4gmm42于mg，而 gmr g，解得卫星

9、的加速度为 g ，故 b 错误；根据mr ，2r2t22rg结合 gmr g，解得卫星的周期为t4，故 c 正确；这三颗卫星在该轨道上运行及2相对位置关系与它们的质量无关，故d 错误。第 4 页 共 13 页 答案 c7.如图，一颗在椭圆轨道上运行的地球卫星，通过轨道上的近地点 p 时，短暂点火加速后进入同步转移轨道。当卫星到达同步转移轨道的远地点 q 时，再次变轨，进入同步轨道。下列说法正确的是a卫星在轨道的 p 点进入轨道机械能增加b卫星在轨道经过 q 点时和在轨道经过 q 点时速度相同c卫星在轨道经过 q 点时和在轨道经过 q 点时加速度相同d由于不同卫星的质量不同，因此它们的同步轨道高

10、度不同解析 卫星在轨道上通过点 p 时，点火加速，使其所需向心力大于万有引力，做离心运动，才能进入轨道，所以卫星在轨道的 p 点进入轨道机械能增加，故 a 项正确。假设卫星从轨道返回轨道，卫星在轨道经过 q 点时，点火减速，使其所需向心力小于万有引力，做向心运动，才能进入轨道，所以卫星在轨道经过 q 点时和在轨道经过 q 点时速度不同，故 b 项错误。卫星在轨道经过 q 点时和在轨道经过 q 点时，所受万有引3gmt242力相同，根据牛顿第二定律，产生的加速度相同，故 c 项正确。对同步卫星得：r则同步轨道高度与卫星的质量无关，故 d 项错误。答案 ac8.我国嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、

11、着陆器、上升器四个部分组成。根据计划，嫦娥五号探测器将实现月球软着陆及采样返回，其中采样返回是上升器携带样品从月球表面第 5 页 共 13 页 升空，先在近月圆轨道上运行，从 p 点经调整轨道在 q 点与较高轨道上的轨道器对接，最后由轨道器携带样品返回地球，如图所示。已知 p、q 分别是轨道与轨道、的切点，下列关于此过程中说法正确的是a轨道器在轨道上的加速度必定大于上升器在轨道上的加速度b上升器应在轨道上的 p 点通过减速进入轨道c上升器与轨道器对接后，组合体速度比上升器在p 点的速度小d若上升器和轨道器均在轨道运行，上升器在后，只要上升器向前加速，就可追上轨道器gmm解析 在轨道上运行的飞行

12、器，所受万有引力产生向心加速度，即ma，解得 ar2gm，则轨道半径越大，加速度越小，故a 错误；上升器在轨道上的 p 点加速，万有引r2力不能提供足够的向心力而进入轨道，可知上升器在轨道上 p 点的速度小于在轨道上gmrp 点的速度，故 b 错误；由轨道运行速度与轨道半径关系v可知，上升器与轨道器对接后，组合体速度比上升器在 p 点的速度小，故 c 正确；若上升器在轨道加速，则会做离心运动，不可能追上轨道器实现对接，故d 错误。答案 c9.将地球和水星绕太阳的运转看成两个不同的匀速圆周运动，太阳为匀速圆周运动的中心。地球和太阳的连线与地球和水星的连线的夹角叫做地球对水星的观察视角，如图所示。

13、已知地球对水星的最大观察视角为 ，则下列说法正确的是第 6 页 共 13 页 t1a地球与水星的周期之比为 地tcos 3水1b地球与水星的角速度之比为 地sin 3水vc地球与水星的线速度之比为 sin 地v水ad地球与水星的向心加速度之比为 sin 地4a水r解析 设水星、地球运行的轨道半径分别为 r 和 r ，根据几何关系可知 sin ，水r水地地rrt133根据开普勒第三定律有 ，联立解得地球与水星的周期之比为 地，故 a 错水地tttsin 223水地水2tt误；由 得地球与水星的角速度之比为 sin ，故 b 错误；地球与水星的线地水3t水地v rar 22速度之比为 地 sin

14、，故 c 正确；地球与水星的向心加速度之比为 sin2地地地地地v r水ar 水水水水水，d 错误。答案 c10.假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4 200 km 的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为 6 400 km，地球同步卫星距地面高为 36 000 km，宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动，每当两者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻两者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为a4 次b6 次c7 次d8 次解析 根据圆周运动的规律，分析一昼夜同步卫星与宇宙飞船相距最近的次数，即卫星第 7 页

15、共 13 页 gmmr242发射信号的次数，也为接收站接收到的信号次数，设宇宙飞船的周期为 t，由m r，t2r3gmt26 4004 200(24 h)2 6 40036 000得 t2，则() ，解得 t3 h。设两者由相隔最远至第一次相32 2127隔最近的时间为 t ，有( )t ，解得 t h。再设两者相邻两次相距最近的时间间t t11102 224724 ht隔为 t ，有( )t 2，解得t h。由n16.5 知，接收站接收信号的次数t tt22220为 7 次。答案 c11.(多选)2017 年 10 月 16 日，美国激光干涉引力波天文台等机构联合宣布首次发现双中子星并合引力

16、波事件，如图为某双星系统 a、b 绕其连线上的 o 点做匀速圆周运动的示意图，若 a 星的轨道半径大于 b 星的轨道半径，双星的总质量为 m，双星间的距离为 l，其运动周期为 t，则aa 的质量一定大于 b 的质量ba 的线速度一定大于 b 的线速度cl 一定，m 越大，t 越大dm 一定，l 越大，t 越大解析 设双星质量分别为 m 、m ，轨道半径分别为r 、r ，角速度相等且为 ，根据ababm mm m万有引力定律可知：g a bm r ，g a bm r ，距离关系为：r r l，联立解22ll22aabbabm r得： a b，因为 r r ，所以 a 的质量一定小于 b 的质量，

17、故a 错误；根据线速度与角m rabba速度的关系有：v r 、v r ，因为角速度相等，半径 r r ，所以 a 的线速度大于aabbab2l3b 的线速度，故 b 正确；又因为 t ，联立以上可得周期为：t2，所以g(m m )ab第 8 页 共 13 页 总质量 m 一定，两星间距离 l 越大，周期 t 越大，故 c 错误，d 正确。答案 bd12.(多选)宇航员站在某一星球上，将一个小球距离星球表面 h 高度处由静止释放使其做自由落体运动，经过 t 时间后小球到达星球表面，已知该星球的半径为 r，引力常量为 g，则下列选项正确的是2hr2gt2a该星球的质量为hb该星球表面的重力加速度

18、为2t22hrtc该星球表面的第一宇宙速度为3hd该星球的密度为 2rgt2122ht2解析 根据自由落体运动公式 h gt ，解得星球表面的重力加速度 g ，星球表面2mmr2gr 2hr2 2的物体受到的重力等于万有引力，即 gmg，解得质量为 m，故 a 正确，ggt2b 错误；根据万有引力提供向心力可得 gmmm ，联立以上解得第一宇宙速度为 vv2hrt2，r2rmmr2m3h故 c 正确；在星球表面有 gmg，星球的密度为 4 ，联立以上解得 3r3，2rt g2故 d 正确。所以 acd 正确，b 错误。答案 acd13.2018 年 2 月 2 日，我国成功将电磁监测试验卫星“

19、张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面处的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响。根据以上数据可以计算出卫星的第 9 页 共 13 页 a密度 b向心力的大小c离地高度 d线速度的大小mm(rh)22t解析 卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，则有gm( ) (rh)，无法2mmr2计算得到卫星的质量，更无法确定其密度及向心力大小，a、b 项错误；又 g0m g，03gr t2r，c 项正确；由 v (rh)，可计算出卫星的线速度的大小，2

20、2联立两式可得 hd 项正确。42t答案 cd14(多选)2015 年 12 月 23 日俄罗斯新型货运飞船“进步 ms01”与国际空间站成功对接，送去约 2.4 吨补给物资。如图所示，货运飞船在轨道上做圆周运动，周期为 t ，国际1空间站在轨道上做圆周运动，周期为 t ，下列说法正确的是2t ta如果某时刻货运飞船和国际空间站相距最近，两者运行方向相同，则经过1 22(t t )21时间两者相距最远b货运飞船在轨道上的 a 点或轨道上的 b 点点火加速都可以完成和国际空间站的对接c如果货运飞船从轨道经过变轨飞行进入轨道，则货运飞船动能减少、引力势能增加、机械能增加d国际空间站在接收货物后，由

21、于质量变大，与地球间万有引力变大，则轨道变低解析 货运飞船和国际空间站从相距最近到相距最远，在同向运行时货运飞船比国际空2 2间站多转半圈，即 t t，解得t2(t t )t t1 2 ，故选项a 正确；货运飞船从低轨道a 点tt1221第 10 页 共 13 页 加速做离心运动，到达空间站轨道追上空间站可完成对接，如果货运飞船从 b 点加速做离心运动则到达更高轨道，无法与空间站gmr对接，故选项 b 错误；由于 v，轨道半径越大，速度越小，动能减少，从低轨道到高轨道万有引力做负功，引力势能增加，货运飞船从轨道经过变轨飞行进入轨道需要变轨加速，发动机对货运飞船做正功，货运飞船机械能增加，故选项

22、 c 正确；国际空间站在接收货物后质量变大，但运行速度不变，继续做圆周运动，轨道半径不变，故选项 d 错误。答案 ac15.(多选)我国的“天链一号”是地球同步轨道卫星，可为载人航天器及中低轨道卫星提供数据通讯。如图为“天链一号”a、赤道平面内的低轨道卫星 b、地球的位置关系示意图：o为地心，地球相对卫星 a、b 的张角分别为 和 ( 图中未标出)，卫星 a 的轨道半径是 b122的 4 倍。已知卫星 a、b 绕地球同向运行，卫星 a 的周期为 t，在运行过程中由于地球的遮挡，卫星 b 会进入与卫星 a 通讯的盲区。卫星间的通讯信号视为沿直线传播，信号传输时间可忽略。下列分析正确的是a张角 和 满足 sin 4sin 1221b卫星 b 的周期为t8 c卫星 b 每次在盲区运行的时间为 1142t d