高考物理二轮复习万有引力定律与航天（练）原卷版

2023年高考物理二轮复习讲练测

专题04万有引力定律与航天（精练）

一、单项选择题

I.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4点正上方，恰好绕地球运行〃

圈。已知地球半径为地轴R,自转周期为厂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（）

IJ

D.I4〃-2)

3.“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的夕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，则天间一号（）

A.发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间

B.从尸点转移到Q点的时间小于6个月

C.右环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相朝L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4的圆形轨道上绕地球运行的周期为r,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点变轨由半径为的圆形

轨道进入椭圆轨道，近地点3到地心距离为弓。设卫星由A到B运动的时间为/,地球自转周期为4，不计空

气阻力，则（）

3

A.f

一Qi+4"EH

24V2zj

C.卫星在图中椭圆轨道由4到6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2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

地球匕实现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,地球半径为七地球同步卫星的轨道半径为6.6兄忽略地球自转及“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/s

B.“人造月亮”绕地球公转的周期线为12」（坐典小时

\（6.67（）

C.“人造月亮''绕地球公转的角速度为

D.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”的最大线速度为停

6.2021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，•取对数，得到怆丁-1g，•图像如图所示，其中。为已知量，引力常量为G,则火星的质量为（）

7.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P点沿水平方向以一定初速度抛H一个小球，测

得小球经时间/落到斜坡上距离尸点为乙的另一点Q,斜面的倾角为%已知该星球半径为氏，引力常量为G,

则（）

Q

B.北斗G5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G5的周期

D.北斗G5的角速度大于碳卫星的角速度

10.假设天体是一半径为及、质量分布均匀的球体。己知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。如图，

。为地面上的点，用d表示离地面深度，〃表示离地面高度，则各点的重力加速度4随d、〃变化的图像正确的

是（）

二、多项选择题

11.建造•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!，这使得人

O

们有望在赤道上建造垂直于水平面的“太空电梯”。图乙中厂为航天员到地心的距离，R为地球半径，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，•的关系，图线8表示航天员由于地球自转而产生的向

心加速度大小与，♦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取地球自转

角速度o=7.3xl（）Trad/s，地球半径R=6.4x10'km。下列说法正确的有（）

图甲

A.随着，•增大，航天员受到电梯舲的弹力减小

B.航天员在处的线速度小于第一宇宙速度

C.图中“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，舱内质最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一水星连线与地球一太阳连

线夹角a,地球一金星连线与地球一太阳连线夹角夕，两角最大值分别为%,、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sin%,:sin4

D.水星与金星的公转线速度之比为Jsina,“：Jsin几

13.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（）

火星

一♦--、、

Z、

恒星背景//'施疑

东西H

、Z

、、…一/

nr

A.火星的公转周期大约是地球的［卷倍

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点倍

B.火星的第一宇宙速度是月球的厢倍

c.火星的重力加速度大小是月球表面的近倍

P

D.火星对“祝融号”引力的大小是月球对“玉兔二号”引力的筝倍

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S2的位置变化进行了持续观测，记录到的S?的椭圆轨道如图所示。图中。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。的距离约为120AU

（太阳到地球的距离为1AU）,S?的运行周期约为16年。假设S2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（）

Q

A.S〉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.S?在P点与。点的速度大小之比

D.S?在P点与。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白。下列说法正确的是（）

16

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（当;倍

B.核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9kn"s

C.核心舱在轨道上飞行的周期小干24h

D.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g=10m/s2,地球半径R=6400km,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。=5m/s2垂宜地面上升时，此人再一次用同一体重计称得视重为95ON,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450N

D.此时距地面的高度约为2130km

18.2021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L12倍，运行周

期为丁,根据观测记录可知，A观测B的最大张角0=60。，如图所示，设地球的半径为R,则下列说法正确的

是（）

A

A.组合体B的运行轨道半径为1.06/?

B.卫星A与组合体B的加速度之比为1：4

C.卫星A与组合体B运行的角速度之比为|：拉

D.某时刻卫星A和组合体B相距最近，再经过了时间，它们乂相距最近

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。着该卫星在距地球表面高度为力的轨道上做

匀速圆周运动的周期为7；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舞

B.地球表面的重力加速度大小为与铲

c.地球的第一宇宙速度为半襟5

D.地球的平均密度为加时？3

GTR3

20.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△，它们的轨道半径分别为心、RR，且RA〈RB；C为B的卫星，绕B做逆时针匀速圆周运动，周期为

乃，且乃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MR=47r“）

2

8GT1

C.若知道C的轨道半径，则可求HlC的质量

巩

D.三星A、B、C相邻两次共线的时间间隔为4=

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〃?的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，在近日点速度为刃，在远日点速度为1%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心请根据开普勒第三定律』二k）及向心力相关知识，证明恒星对行星的作用

力尸与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•样。地球绕太阳公转的周期为刀，绕此恒星公转的周期为

乃，求宁。

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3如题图1所示，机械臂一端固定在空间站上的。点，另一端抓住质量

为〃?的货物，在机械臂的操控下，货物先绕。点做半径为2L、角速度为。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4点由静止开始做匀加速直线运动，经时间/到达B点，A、8间的距离为却

（1）求货物做匀速圆周运动时受到合力提供的向心力大小％;

（2）求货物运动到B点时机械臂对其做功的瞬时功率P。

（3）在机械臂作用卜，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「，货物与空间站中心的距离为"，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冗：工。

空间站,

.二里4、

货物、、\

机械臂2L/­\\

1.地球；：

产方。1

图1图2

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近经过一段时间轨道高度下降了已知引力常量为G,地球质量为M,

地球半径为R,“天宫”质量为〃“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4=-平，其中M为地球质量，，〃为物体质量，「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n；

（2）以尢限远为零势能点，“大富”止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&7（凶《向时损失的机械能为AE,忽略卜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。。

24.嫦娥五号探月器成功登陆月球并取回月壤，成为中国的骄做。登月取壤过程可简化：着陆器与.上升器组合