2023年高考物理高频考点穿透卷专题08万有引力定律（含解析）

主要题型2023年2023年2023年2023年2023年行星或卫星的圆周运动全国卷乙T17全国卷丙T14全国卷ⅠT21全国卷ⅠT19万有引力与重力全国卷ⅡT18全国卷T21卫星的发射与变轨全国卷ⅠT20全国卷ⅡT20一.题型研究一〔一〕真题再现1．(2023·全国卷乙T17)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍．假设地球的自转周期变小，假设仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，那么地球自转周期的最小值约为()A．1h B．4hC．8h D．16h【答案】B三颗同步卫星A、B、C如下图分布那么有＝解得≈＝4h，选项B正确。【题型】选择题【难度】一般2．(2023·全国卷ⅠT21)我国发射的“嫦娥三号〞登月探测器靠近月球后，先在月球外表附近的近似圆轨道上绕月运行；然后经过一系列过程，在离月面4m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止)；最后关闭发动机，探测器自由下落．探测器的质量约为1.3×103kg，地球质量约为月球的81倍，地球半径约为月球的3.7倍，地球外表的重力加速度大小约为9.8m/sA．在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9m/sB．悬停时受到的反冲作用力约为2×103NC．从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒D．在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度【答案】BD【题型】多项选择题【难度】一般3．(2023·全国卷ⅠT19)太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动．当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文学称为“行星冲日〞．据报道，2023年各行星冲日时间分别是：1月6日木星冲日；4月9日火星冲日；5月11日土星冲日；8月29日海王星冲日；10月8日天王星冲日．地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示．那么以下判断正确的选项是()地球火星木星土星天王星海王星轨道半径(AU)1.01.55.29.51930A.各地外行星每年都会出现冲日现象B．在2023年内一定会出现木星冲日C．天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半D．地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短【答案】BD【解析】由题意可知地球的轨道半径r地＝1.0AU，公转周期T地＝1年．由开普勒第三定律＝k可知T行＝·T地＝年，根据相遇时转过的角度之差Δθ＝2nπ及ω＝可知相邻冲日时间间隔为t，那么t＝2π，即t＝＝，又T火＝年，T木＝年，T土＝年，T天＝年，T海＝年，代入上式得t>1年，应选项A错误；木星冲日时间间隔t木＝年<2年，所以选项B正确；由以上公式计算t土≠2t天，t海最小，选项C错误，选项D正确．【题型】多项选择题【难度】一般〔二〕试题猜测4．2023年“网易直播〞播出了在国际空间站观看地球的视频，让广阔网友大饱眼福。国际空间站〔InternationalSpaceStation〕是一艘围绕地球运转的载人宇宙飞船，轨道近地点距离地球外表379.7km，远地点距离地球外表403.8km。运行轨道近似圆周。网络直播画面显示了国际空间站上的摄像机拍摄到的地球实时画面。如果画面处于黑屏状态，那么说明国际空间站正处于夜晚，请问，大约最多经过多长时间后，国际空间站就会迎来日出〔地球半径约为R＝6.4×103kmA．24小时B．12小时C．1小时D．45分钟【答案】D【题型】选择题【难度】一般5．我国志愿者王跃曾与俄罗斯志愿者一起进行“火星­500”的实验活动。假设王跃登陆火星后，测得火星的半径是地球半径的，质量是地球质量的。地球外表的重力加速度是g，地球的半径为R，王跃在地面上能向上竖直跳起的最大高度是h，忽略自转的影响，以下说法正确的选项是()A．火星的平均密度为B．火星外表的重力加速度是C．火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比为D．王跃以与在地球上相同的初速度在火星上起跳后，能到达的最大高度是h【答案】AD【题型】多项选择题【难度】一般6．太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间,且三者几乎排成一条直线的现象,天文学中称为“行星冲日〞,假定有两个地外行星A和B,地球公转周期T0=1年,公转轨道半径为r0，A行星公转周期TA=2年,B行星公转轨道半径rB=4r0,那么以下说法错误的选项是()A.A星公转周期比B星公转周期小B.A星公转线速度比B星公转线速度大C.相邻两次A星冲日间隔比相邻两次B星冲日间隔时间长D.相邻两次A、B两星同时冲日时间间隔为2年【答案】CD【解析】根据开普勒第三定律，，代入，得TB=8年，据题意TA=2年，所以A星公转周期比B星公转周期小，故A正确；根据T＝2π，B星周期越大，B星轨道半径越大，由v=，B星的线速度小，所以A星公转线速度比B星公转线速度大，故B正确；A行星公转周期TA=2年，地球公转周期T0=1年，那么当A星与地球处于同一直线上时，再经过2年，A行行又与地球在同一直线上，所以相邻两次A星冲日间隔为2年；相邻两次B星冲日间隔为8年，所以相邻两次A星冲日间隔比相邻两次B星冲日间隔短，故C错误；假设某个时刻A、B两星冲日，根据AB选项的分析可知，经过8年，A、B两星再次同时冲日，故D错误．【题型】多项选择题【难度】一般一.题型研究一〔一〕真题再现7．(2023·全国卷ⅡT18)假设地球可视为质量均匀分布的球体．地球外表重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G.地球的密度为()A. B.C. D.【答案】B【题型】选择题【难度】一般8．〔2023·全国卷T21〕假设地球是一半径为R.质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为()A．B． C． D．【答案】A【解析】在地球外表，又，所以，因为球壳对球内物体的引力为零，所以在深为d的矿井内，得，所以。【题型】选择题【难度】较难〔二〕试题猜测9．据报道，天文学家新发现了太阳系外的一颗行星．这颗行星的体积是地球的a倍，质量是地球的b倍．近地卫星绕地球运动的周期约为T，引力常量为G．那么该行星的平均密度为()A.B.C.D.【答案】D【题型】选择题【难度】一般10．地质勘探发现某地区外表的重力加速度发生了较大的变化，疑心地下有空腔区域．进一步探测发现在地面P点的正下方有一球形空腔区域储藏有天然气，如下图．假设该地区岩石均匀分布且密度为ρ，天然气的密度远小于ρ，可忽略不计．如果没有该空腔，地球外表正常的重力加速度大小为g；由于空腔的存在，现测得P点处的重力加速度大小为kg(k＜1)．引力常量为G，球形空腔的球心深度为d，那么此球形空腔的体积是()A. B.C. D.【答案】D【解析】如果将近地表的球形空腔填满密度为ρ的岩石，那么该地区重力加速度便回到正常值，因此，如果将空腔填满，地面质量为m的物体的重力为mg，没有填岩石时是kmg，故空腔填满后引起的引力为(1－k)mg；由万有引力定律，有：(1－k)mg＝，解得：V＝，D对．【题型】选择题【难度】一般11．近几年来我国在深海与太空探测方面有了重大的开展。2015年1月5日“蛟龙号〞载人潜水器在西南印度洋“龙旅〞热液区完成两次下潜科考任务，2016年8月16日1时40分，我国将世界首颗量子科学实验卫星(简称“量子卫星〞)发射升空。把地球看做质量分布均匀的球体且质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。假设地球半径为“蛟龙号〞下潜深度为d，量子卫星轨道距离地面高度为h，“蛟龙号〞所在处与“量子卫星〞所处的加速度之比为()A.B.C.D.【答案】C【题型】选择题【难度】较难一.题型研究一〔一〕真题再现12．(2023·全国卷ⅠT20)2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．以下说法正确的选项是()A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用【答案】BC【解析】第一宇宙速度和第二宇宙速度为发射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致需要的向心力Fn＝m减小，做向心运动，向心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B、C正确；航天员在太空中受地球引力，地球引力全部提供航天员做圆周运动的向心力，选项D错误．【题型】多项选择题【难度】一般13．(2023·全国卷ⅡT20)目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。假设卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，那么以下判断正确的选项是()A.卫星的动能逐渐减小B.由于地球引力做正功，引力势能一定减小C.由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小【答案】BD【题型】多项选择题【难度】一般〔二〕试题猜测14．2016年10月19日凌晨3点，航天员景海鹏和陈冬驾驶的神州十一号飞船与天宫二号空间实验室在离地面393km的近圆形轨道上成功实现了太空之吻。假设对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，那么下面说法不正确的选项是〔〕A．实现对接后，组合体运行速度大于第一宇宙速度B．航天员景海鹏和陈冬能在天宫二号中自由飞翔，说明他们不受地球引力作用C．如不加干预，在运行一段时间后，组合体的动能可能会增加D．如不加干预，组合体的轨道高度将缓慢升高【答案】ABD【题型】多项选择题【难度】一般15．某次军事演习中，西安卫星测控中心调动海洋、风云、高分、遥感4个型号近10颗卫星，为地面军事演习提供技术支持。特别是“高分一号〞突破了空间分辨率、多光谱与大覆盖面积相结合的大量关键技术。如图为“高分一号〞与北斗导航系统两颗卫星在空中某一面内运动的示意图。“北斗〞系统中两颗卫星“G1”和“G3”以及“高分一号〞均可认为绕地心O做匀速圆周运动。卫星“G1”和“G3”为同步卫星，某时刻两颗同步卫星分别位于轨道上的A、BA．同步卫星“G1”和“G3B．如果有3颗同步卫星均匀分布，其通讯范围就可以覆盖地球南北纬55度的区域C．卫星“G1”由位置A运动到位置BD．“高分一号〞卫星所在高度有稀薄气体，其运行后，高度会降低，机械能回减小【答案】BD【题型】多项选择题【难度】一般16．据新华社北京3月21日电，记者21日从中国载人航天工程办公室了解到，已在轨工作1630天的天宫一号目标飞行器在完成与三艘神舟飞船交会对接和各项试验任务后，由于超期服役两年半时间，其功能已于近日失效，正式终止了数据效劳。根据预测，天宫一号的飞行轨道将在今后数月内逐步降低，并最终再入大气层烧毁。假设天宫一号服役期间的轨道可视为圆且距地面h〔h≈343km〕，运行周期为T，地球的半径为R，以下关于天宫一号的说法正确的选项是()A.因为天宫一号的轨道距地面很近，其线速度小于同步卫星的线速度B.女航天员王亚平曾在天宫一号中漂浮着进行太空授课，那时她不受地球的引力作用C.天宫一号再入外层稀薄大气一小段时间内，克服气体阻力做的功小于引力势能的减小量D.由题中信息可知地球的质量为【答案】C，解得：，故D错误．【题型】选择题【难度】一般滚动训练【全国百强校】某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0〜20Ω，连接电路的实物图如图甲所示。甲(1)该学生接线中错误和不标准的做法是______