高考物理一轮复习质量检测卷5（解析版）

专题05万有引力与航天

质量检测卷

第I卷（选择题，共48分）

一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1〜8题

只有一项符合题目要求，第9〜12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全

的得2分，有选错的得0分）

1.（2021•山东省等级考试模拟卷）2019年10月28日发生了天王星冲日现象，即太阳、地球、天王星处于同

一直线，此时是观察天土星的最佳时间。已知日地距离为几，天王星和地球的公转周期分别为7和-），则

天王星与太阳的距离为（）

1R。

【答案】A

【解析】由开普勒第三定律可碟《可得/?=拒?0,故A正确，B、C、D错误,

2.（2021•江苏七市第二次调研）2020年1月我国成功发射了“吉林一号"卫星，卫星轨道可看成距地面高度为

650km的圆，地球半径为6400km,第一宇宙速度为7.9km/s.则该卫星的运行速度约为（）

A.11.2km/sB.7.9km/s

C.7.5km/sD.3.1km/s

【答案】C

【解析】近地卫星环绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则有嘤=〃♦，则有第一宇宙

速度丫=绊=7.9km/s,“吉林一号”卫星环绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则有G

MmM

口尺+/?口2=〃5+/联立解得M=7.5km/s,故C正确，A、B、D错误.

3.（2021•天津市普通高中学业水平等级考试，2）北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球

静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星（）

A.周期大B.线速度大C.角速度大D.加速度大

【答案】A

【解析】近地轨道卫星的轨道半径稍大于地球半径，由万有引力提供向心力，可得华解得线速

度'=抹，由于地球静止轨道卫星的轨道半径大于近地轨道卫星的轨道半径，所以地球静止轨道卫星的

线速度较小，选项B错误；由万有引力提供向心力，可得稣="〃.伶y解得周期丁=2兀岛，所以

地球静止轨道卫星的周期较大，选项A正确；由/=半，可知地球静止轨道卫星的角速度较小，选项C错

识；由万有引力提供向心力，可得呼=,〃口,解得加速度《=靖，所以地球静止轨道卫星的加速度较小,

选项D错误。

4.（2021•山东烟台市高考诊断一模）随着航天技术的发展，人类已经有能力到太空去探索未知天体。假设某宇

宙飞船绕一行星表面附近做匀速圆周运动，已知运行周期为八宇航员在离该行星表面附近人处自由释放一

小球，测得其落到行星表面的时间为/，则这颗行星的半径为（）

27r

A7FB诉

8居2

rhPn

8兀»2hR

【答案】B

【解析】由自由落体运动位移公式得力=*/2①

某宇宙飞船绕一行星表面附近做匀速圆周运动，向心力由万有引力提供，有

G^-=mco2R=〃?§）2火②

行星表面附近，万有引力等于重力，有

G^-=mg（3）

LT1

由①②③式解得氏=修。选项B正确。

5.（202（）•福建三明市5月质检）关于地球同步卫星下列说法正确的是（）

①地球同步卫星和地球同步，因此同步卫星的高度和线速度大小是一定的

②地球同步卫星绕地球的角速度虽被确定，但高度和速度可以选择，高度增加，速度增大，高度降低，速

度减小

③在赤道上空运行的地球同步卫星一定相对地面静止不动

④为了避免同步通信卫星在轨道上相撞，必须让它们运行在不同轨道上

A.①③B.②④

C.①④D.②③

【答案】A

【解析】地球同步卫星相对地面一定静止，③正确；由于地球自西向东自转，同步卫星也绕地球自西向

东转动，由于卫星轨道的圆心在地心，因此地球同步卫星一定在赤道的正上方，且运动周期为24h,根据

万有引力定律和牛顿第二定律写”=阳（季）2/，可知，轨道半径是确定的，而根据牛=〃/，线速度大小

也是确定的，①正确，②错误：由于所有的同步卫星转动方向相同，运动速度大小相同，因此不会相撞，®

错误。因此A正确，B、C、D错误。

6.（20211月河北学业水平选择性考试模拟演练，3）假定“嫦娥五号”轨道舱绕月飞行时，轨道是贴近月球表

面的圆形轨道。已知地球密度为月球密度的左倍，地球同步卫星的轨道半径为地球半径的〃倍，则轨道舱

绕月飞行的周期与地球同步卫星周期的比值为（）

【答案】A

【解析】嫦娥五号绕月飞行时，月球对其产生的万有引力提供向心力，

党产=〃鄂F，地球同步卫星围绕地球运动时，万有引力提供向心力吟答=〃?'簧w地；又因为知=

〃土咒且地球密度为月球密度的k倍；所以装=密.急;=故A正确。

7.（2021•山东泰安市一轮检测）2019年1月3日“嫦娥四号''月球探测器成功软着陆在月球背面的南极一艾特肯

盆地冯卡门撞击坑，成为人类历史上第一个在月球背面成功实施软着陆的人类探测器。假设月球半径为R,

月球表面的重力加速度为go,如图所示，“嫦娥四号”飞船沿距月球表面高度为3H的圆形轨道I运动，到认轨

道的4点，点火变轨进入椭圆轨道H,到达轨道II的近月点8再次点火进入近月轨道HI绕月球做圆周运动。

关于“嫦娥四号''飞船的运动，下列说法正确的是（）

A.飞船沿轨道I做圆周运动时，速度为2屈

B.W船沿轨道I做圆周运动时，速度为

C.飞船过4点时，在凯道I上的动能等于在轨道II上的动能

D.飞船过力点时，在轨道I上的动能大于在轨道H上的动能

【答案】D

【解析】飞船在轨道I上，根据万有引力提供向心力有」G1Mm=〃3左，在月球表面，万有引力等于重力得

（4R）24R

岑=〃?go,解得丫=零，故A、B错误；“嫦娥四号”飞船在圆形轨道I运动，到达轨道的4点，点火减

速进入椭圆轨道n,所以在轨道I上力点速率大于在轨道n上力点的速率，则有在轨道I上力点的动能大于在

轨道n上4点的动能，故c错误，D正确。

8.（2020•山东青岛市一模）2018年12月8日，在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭将嫦娥四号发射;

2019年1月3日，嫦娥四号成功登陆月球背面，人类首次实现了月球背面软着陆。如图7,嫦娥四号在绕

月球椭圆轨道上无动力飞向月球，到达近月轨道上尸点时的速度为血，经过短暂“太空刹车”，进入近月轨

道绕月球运动。已知月球半径为K,嫦娥四号的质量为机，在近月轨道上运行周期为r,引力常量为G,不

计嫦娥四号的质量变化，卜.列说法正确的是（）

A.嫦娥四号在椭圆轨道上运行时的机械能与在近月轨道上运行时的机械能相等

B月球的平均密度〃=藤

C.嫦娥四号着陆后在月面上受到的重力大小为誓

D.“太空刹车”过程中火箭发动机对嫦娥四号做的功为51M一m爸了1°生

2P

【答案】B

【解析】嫦娥四号在椭圆轨道上P点时要制动减速，机械能减小，则嫦娥四号在椭圆轨道上运行时的机

械能比在近月轨道上运行时的机械能大，选项A错误；由于嘤=〃?（与户R,〃=产，解得尸蔑，选项

铲尺3

BE确：嫦娥四号着陆后在月面上受到的重力大小为〃区=琛=皿季）2&=3等，选项C错误；根据动能

定理，“太空刹车”过程中火箭发动机对嫦娥四号做的功为"=/滋一/卢=/日一上（平）2=/M一缥肥,

选项D错误。

9.（2021•江苏南京市六校联合体2月联考）我国在酒泉发射中心成功发射了神舟卜一号载人飞船，并随后与天

宫二号对接形成组合体。如图所示，圆轨道1为天宫二号的运行轨道，圆领道2为神舟十一号开始的运行

轨道，半径为H,神舟十一号经过时间/,通过的弧长为已知引力常量为G,则（）

地球

A.天宫二号内的物体处于平衡状态

B.神舟十一号要完成与天宫二号对接必须适时加速

C.发射神舟H••一号时的速率一定大于7.9km/s

D.可算出地球质最为石标

【答案】BC

【解析】天宫二号内的物体随天宫二号一起围绕地球做圆周运动，即合力方向改变，因此大处于平衡状

态，故A错误；当神舟十一号加速时，它会做离心运动，进而从轨道2上升至轨道1,再与天宫二号对接,

故B正确；7.9km/s为第一宇宙速度，是最大的运行速度。神舟十一号的轨道半径比地球半径大，因此其

发射速度应当大于7.9km/s,故C正确；神舟十一号的线速度为根据万有引力提供向心力可得堂

=切］，联立解得河=兴，即地球质量为法，故D错误。

AGZ-

10.（2020・山东荷泽质检）1916年，爱因斯坦建立广义相对论后预言了引力波的存在，2017年引力波被间接观

测到。科学家们其实是通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在。如图14所示，某双星系统

A、8绕其连线上的。点做匀速圆周运动，彳星的轨道半径大于3星的轨道半径，双星系统的总质量为忆

双星之间的距离为3其运行周期为r,则下列说法正确的是（）

'@A

A/的质量一定大于8的质量

B.J的线速度一定大于B的线速度

C.L一定，〃越小，7越小

D."一定，£越小，7越小

【答案】BD

【解析】双星系统力、A绕其连线上的O点做匀速圆周运动，角速度大小相等，根据题述，力星的轨道半径

2

大于B星的轨道半径，山mAcorA—可知力的质量一定小于B的质量，选项A错误；由v=（“可知，

力的线速度一定大于8的线速度，选项B正确：对力星，由牛顿第二定律有粤竺=〃卬浮口，对4星，由

L~

牛顿第二定律有普罗=〃痴修，而—%M=mA+mH,3=半，联立解得7=2兀岛,由此可知，L

一定，M越小，r越大；M一定，£越小，7越小，选项C错误，D正确。

11.（2021•湖北武汉市武昌区1月调研）加图所示，〃为放在赤道二相对地球静止的物体，随地球自转做匀速

圆周运动，力为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半径），c为地球的同步卫

星。下列关于。、6、c的说法中正确的是（）

A.力卫星转动线速度大于7.9km/s

Bo、b、c,做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为%＞恁＞4

C。、从c做匀速圆周运动的周期关系为r＞〃＞北

D.在仄c中，6的速度大

【答案】D

【解析】b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，根据万有引力定律有隼=〃??，解得v=

竽，代入数据得v=7.9km/s,故A错误；地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度，所以g=

生，根据。=r①2知，《〉恁，根据。=警知即＞生，HPah＞ac＞aa,故B错误；卫星。为同步卫星，所以

产

中，根据y=罕,可知力的速度

5,根据I兀而知。为即fX，故C错误；在爪

比c的速度大，故D正确。

12.（多选）（2021•河北张家口市4月模拟）如图所示，赤道上空的卫星A距地面高度为R,质量为m的物体B

静止在地球表面的赤道上，卫星，绕行方向与地球自转方向相同。已知地球半径也为心地球自转角速度

为皿，地球的质量为M，引力常量为G。若某时刻卫星力恰在物体8的正上力，下列说法正确的是（）

A.物体B受到地球的引力为m&成

B.卫星力的线速度为察

C.卫星A再次到达物体B上方的时间为-

GM

D二星/与物体8的向心加速度之比为恐

【答案】BD

【解析】物体8受到地球的引力应为万有引力尸=言，不等于向心力〃昧或，故A错误；对卫星人根

据万有引力提供向心力，可得G的”广〃£，因此卫星力的线速度v=绊，故B正确；由G/廿尸

乙ZKIZK\21\）

郃）7

小欣（2我）知，卫星力的角速度为。尸此时力和8恰好相距最近，当他们下次相距最近时间满足

一①o"=2兀，因此联立解得/=—勺一，故C错误；依题得，卫星/的向心加速度为卬=祟，物体8

\GM4代

的一、而

的何心加速度劭=。兄兄因此向心加速度之比为既二怒’故D正确。

第n卷(非选择题，共62分)

13.(2020・吉林“五地六校”合作体联考)(14分)一艘宇宙飞船绕着某行星做匀速圆周运动，已知运动的轨道

半径为八周期为r,引力常量为G,行星半径为凡求：

(1)牙星的质量人才；

(2)号星表面的重力加速度g：

(3)号星的第一宇宙速度也

［答案］(2席著Q年

【解析】(1)设宇宙S船的质量为〃7,根据万有引力定律*=〃冷)年，解得河=客

(2)在行星表面有：G^^=〃?g

解得g=*=霖

(3)在行星表面有：

解得v=爷£

14.(2020•太原高三上学期期末)(14分)经过逾6个月的飞行，质量为40kg的洞察号火星探测器终于在北京

时间2018年11月27日03：56任火星安全着陆。着陆器到达距火星表面高度800m时速度为60m/s,之

后在着陆器底部的火箭助推器作用卜开始做匀减速直线运动；当高度卜降到距火星表面100m时速度减为

10m/s.该过程探测器沿竖直方向运动，不计探测器质量的变化仪火星表面的大气阻力，一知火星的质量和

半径分别为地球的十分之一和二分之一，地球表面的重力加速度为g=10m/s2。求：

(1)火星表面重力加速度的大小；

(2)火箭助推器对洞察号作用力的大小。

【答案】(l)4m/s2(2)260N

【解析】(1)设火星表面的重力加速度为g火，

则对火星表面质量为m的物体有彩％火，

对地球表面质量为小的物体有差

又以火=白"地，’•火=》地，

1U4

解得g火=0.4g=4m/s2o

(2)探测器速度由60m/s减为10m/s过程中下降的高度：/?="一〃2=700m,以竖直向下为正方向，设该过

程的加速度为。，则该一v?=2a/?

设探测器质量为〃?o,火箭助推器的作用力大小为F,

由牛顿第二定律：〃?喏火一尸=

解得F=260N。

15.(2021•河南省郑州市一模)(14分广玉兔号”月球车与月球表面的第一次接触实现了中国人“奔月”的伟大梦

想。“玉兔号''月球车在月球表面做了一个自由下落试验，测得物体从静止自由下落〃高度的时间为3已知

月球半径为R,自转周期为八引力常量为G。求：

(1)月球表面的重力加速度；

(2)月球的质量和月球的第一宇宙速度：

(3)月球同步卫星离月球表面的高度。

皿噂喏授⑶悟R

【解析】(1)由自由落体运动规律有：/?=*凡

-r㈤2h

可得：g=R"。

(2)在月球表面的物体受到的重力近似等于其受到的万有引力，即叫g=5鬻，

所以M=7冠,

V?

月球的第一宇宙速度为近月卫星的运行速度，根据重力提供向心力有加g=

2m年'

所以V|=7g^=

（3）月球同步卫星绕月球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，察々=〃〃等及+〃），

（R