专题5 万有引力与航天 —2022届新高考物理2年真题与1年全真模拟训练卷（word版含答案）

2022年高考2年真题与1年全真模拟训练卷（新高考地区专用）
专题5
万有引力与航天
2021年高考真题
1．（2021·山东高考真题）从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的9倍，半径约为月球的2倍，“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月球车的2倍。在着陆前，“祝融”和“玉兔”都会经历一个由着陆平台支撑的悬停过程。悬停时，“祝融”与“玉兔”所受陆平台的作用力大小之比为（　　）
A．9∶1
B．9∶2
C．36∶1
D．72∶1
2．（2021·浙江高考真题）空间站在地球外层的稀薄大气中绕行，因气体阻力的影响，轨道高度会发生变化。空间站安装有发动机，可对轨道进行修正。图中给出了国际空间站在2020.02-2020.08期间离地高度随时间变化的曲线，则空间站（　　）
A．绕地运行速度约为
B．绕地运行速度约为
C．在4月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
D．在5月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
3．（2021·广东高考真题）2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是（　　）
A．核心舱的质量和绕地半径
B．核心舱的质量和绕地周期
C．核心舱的绕地角速度和绕地周期
D．核心舱的绕地线速度和绕地半径
4．（2021·浙江高考真题）嫦娥五号探测器是我国首个实施月面采样返回的航天器，由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成。为等待月面采集的样品，轨道器与返回器的组合体环月做圆周运动。已知引力常量G=6.67×10-11N?m2/kg2地球质量m=6.0×1024kg，月球质量m2=7.3×1022kg，月地距离r1=3.8×105km，月球半径r2=1.7×103km。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200km处做环月匀速圆周运动时，其环绕速度约为（　　）
A．16m/s
B．1.1×102m/s
C．1.6×103m/s
D．1.4×104m/s
5．（2021·全国高考真题）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为（太阳到地球的距离为）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为（　　）
A．
B．
C．
D．
6．（2021·河北高考真题）“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日，假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日，已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为（　　）
A．
B．
C．
D．
7．（2021·全国高考真题）2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m。已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（　　）
A．6×105m
B．6×106m
C．6×107m
D．6×108m
8．（2020·海南高考真题）2020年5月5日，长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场成功首飞，将新一代载人飞船试验船送入太空，若试验船绕地球做匀速圆周运动，周期为T，离地高度为h，已知地球半径为R，万有引力常量为G，则（
）
A．试验船的运行速度为
B．地球的第一宇宙速度为
C．地球的质量为
D．地球表面的重力加速度为
9．（2020·山东高考真题）我国将在今年择机执行“天问1号”火星探测任务。质量为m的着陆器在着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为t0、速度由v0减速到零的过程。已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小为g，忽略火星大气阻力。若该减速过程可视为一个竖直向下的匀减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为（　　）
A．
B．
C．
D．
10．（2020·浙江高考真题）如图所示，卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行。a是极地轨道卫星，在地球两极上空约1000km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与a相等；c是地球同步卫星，则（
）
A．a、b的周期比c大
B．a、b的向心力一定相等
C．a、b的速度大小相等
D．a、b的向心加速度比c小
11．（2021·湖南高考真题）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。下列说法正确的是（　　）
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倍
B．核心舱在轨道上飞行的速度大于
C．核心舱在轨道上飞行的周期小于
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
12．（2020·江苏高考真题）甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有（　　）
A．由可知，甲的速度是乙的倍
B．由可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C．由可知，甲的向心力是乙的
D．由可知，甲的周期是乙的倍
2022年模拟训练
一、单选题
13．（2021·河南高三二模）牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中设想，物体抛出的速度很大时，就不会落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。如图所示，将物体从一座高山上的O点水平抛出，抛出速度一次比一次大，落地点一次比一次远，设图中A、B、C、D、E是从O点以不同的速度抛出的物体所对应的运动轨道。已知B是圆形轨道，C、D是椭圆轨道，在轨道E上运动的物体将会克服地球的引力，永远地离开地球。空气阻力和地球自转的影响不计，则下列说法正确的是（　　）
A．物体从O点抛出后，沿轨道A运动落到地面上，物体的运动不是平抛运动
B．在轨道B上运动的物体，抛出时的速度大小为11.2km/s
C．使轨道C、D上物体的运动轨道变为圆轨道，这个圆轨道可以过O点
D．在轨道E上运动的物体，抛出时的速度一定等于或大于16.7km/s
14．（2021·宁夏大学附属中学高三一模）2019年11月3日，我国首颗民用亚米级光学传输型立体测绘卫星——高分七号在太原卫星发射中心发射升空，该卫星可为我国绘出一幅误差在1米以内的立体地图。为研究方便，“高分七号”绕地球的运动可视为匀速圆周运动，设该卫星离地面的高度为，地球半径为，第一宇宙速度为。则该卫星的线速度的大小为（　　）
A．
B．
C．
D．
15．（2020·广西高三一模）火箭回收是美国民营航天企业SpaceX研发的新技术，大大降低了进入太空的成本，这给传统航天业带来颠覆性的改变。某国航天部门为了进行太空探索，计划发射火星的卫星M，其轨道半径约为火星半径的9倍；另一火星的近地轨道卫星N的轨道半径可以认为等于火星半径。则M与N的周期之比约为（　　）
A．27∶1
B．81∶1
C．9∶1
D．3∶1
16．（2021·四川省仪陇宏德中学高三其他模拟）宇宙空间存在一些离其他恒星较远的三星系统，其中有一种三星系统如图所示，三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为L。忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动，引力常量为G。下列说法正确的是（　　
）
A．每颗星做圆周运动的线速度为
B．每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关
C．若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则周期变为原来的2倍
D．若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则线速度变为原来的2倍
17．（2021·四川省仪陇宏德中学高三其他模拟）某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，春分那天（太阳光直射赤道）在日落12小时内有时间该观察者看不见此卫星。已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g，地球自转周期为T，卫星的绕地方向与地球转动方向相同，不考虑大气对光的折射。下列说法中正确的是（　　）
A．同步卫星离地高度为
B．同步卫星加速度小于赤道上物体向心加速度
C．
D．同步卫星的加速度大于近地卫星的加速度
二、多选题
18．（2021·四川省乐至中学高三零模）嫦娥工程分为三期，简称“绕、落、回”三步走。嫦娥探测器在历经主动减速、快速调整、悬停避障、缓速下降等阶段后，着陆器、上升器组合体最后稳稳地落于月面。如图所示为我国嫦娥工程第二阶段的登月探测器“嫦娥三号”卫星的飞行轨道示意图。则
A．登月探测器在环月轨道2（椭圆轨道）上绕行时P点处速度最大
B．登月探测器在环月轨道1（圆轨道）的速度比月球上的第一宇宙速度小
C．登月探测器在接近月面过程喷火以减速，该过程机械能增加
D．登月探测器在环月轨道1上P点的速度大于在环月轨道2上P点的速度
19．嫦娥四号是2018年12月8日2时23分，在西昌卫星发射中心发射成功。在飞行约40万公里、耗时近110小时之后，嫦娥四号探测器成功完成太空刹车，并被月球的引力捕获。假设“嫦娥四号”探月卫星沿近似于圆形的轨道绕月飞行。设卫星距月球表面的高度为h，做匀速圆周运动的周期为T。已知月球半径为R，引力常量为G。下列正确的是（　　）
A．月球的质量
B．月球表面的重力加速度
C．月球的密度
D．月球的第一宇宙速度
20．（2021·黑龙江哈尔滨三中高三模拟）2021
年
5
月
15
日，天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体成功着陆于火星，这标志着我国首次火星探测任务火星车着陆火星取得圆满成功。假设火星为质量分布均匀的球体，已知火星质量是地球质量的
a
倍，火星半径是地球半径的
b倍，地球表面的重力加速度为
g，质量均匀的球壳对其内部物体的引力为零，
则（　　）
A．火星表面重力加速度为
B．火星表面重力加速度为
C．火星表面正下方距表面距离为火星半径处的重力加速度为
D．火星表面正下方距表面距离为火星半径处的重力加速度为
参考答案
1．B
【解析】悬停时所受平台的作用力等于万有引力，根据
可得
故选B。
2．D
【解析】AB．卫星贴近地面做匀速圆周运动的线速度大小设为v1，此速度为第一宇宙速度，即v1=7.9km/s；地球半径约为6400km，则空间站离地高度在418km~421km之间。由
，
解得
空间站距离地面的最小高度约为h=418km＜R=6400km，则
所以空间站绕地运行速度
故AB错误；
C．在4月份轨道半径出现明显的变大，则可知，机械能不守恒，故C错误；
D．在5月份轨道半径基本不变，故可视为机械能守恒，故D正确。
故选D。
3．D
【解析】根据核心舱做圆周运动的向心力由地球的万有引力提供，可得
可得
可知已知核心舱的质量和绕地半径、已知核心舱的质量和绕地周期以及已知核心舱的角速度和绕地周期，都不能求解地球的质量；若已知核心舱的绕地线速度和绕地半径可求解地球的质量。
故选D。
4．C
【解析】根据
可得
故选C。
5．B
【解析】可以近似把S2看成匀速圆周运动，由图可知，S2绕黑洞的周期T=16年，地球的公转周期T0=1年，S2绕黑洞做圆周运动的半径r与地球绕太阳做圆周运动的半径R关系是
地球绕太阳的向心力由太阳对地球的引力提供，由向心力公式可知
解得太阳的质量为
同理S2绕黑洞的向心力由黑洞对它的万有引力提供，由向心力公式可知
解得黑洞的质量为
综上可得
故选B。
6．D
【解析】绕中心天体做圆周运动，根据万有引力提供向心力，可得
则
，
由于一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则飞船的轨道半径
则
故选D。
7．C
【解析】忽略火星自转则
①
可知
设与为1.8×105s的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为，由万引力提供向心力可知
②
设近火点到火星中心为
③
设远火点到火星中心为
④
由开普勒第三定律可知
⑤
由以上分析可得
故选C。
8．B
【解析】A．试验船的运行速度为，故A错误；
B．近地轨道卫星的速度等于第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力有
根据试验船受到的万有引力提供向心力有
联立两式解得第一宇宙速度
故B正确；
C．根据试验船受到的万有引力提供向心力有
解得
故C错误；
D．地球重力加速度等于近地轨道卫星向心加速度，根据万有引力提供向心力有
根据试验船受到的万有引力提供向心力有
联立两式解得重力加速度
故D错误。
故选B。
9．B
【解析】忽略星球的自转，万有引力等于重力
则
解得
着陆器做匀减速直线运动，根据运动学公式可知
解得
匀减速过程，根据牛顿第二定律得
解得着陆器受到的制动力大小为
ACD错误，B正确。
故选B。
10．C
【解析】A．万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律：
解得：，轨道半径越大，周期越大，根据题意可知、的周期比小，故A错误；
BD．万有引力提供向心力：
解得：，、的轨道半径相同，所以向心加速度大小相同，方向不同，的轨道半径最大，向心加速度最小，故BD错误；
C．万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律：
解得：，、的轨道半径相同，所以速度大小相同，方向不同，故C正确。
故选C．
11．AC
【解析】A．根据万有引力定律有
核心舱进入轨道后的万有引力与地面上万有引力之比为
所以A正确；
B．核心舱在轨道上飞行的速度小于7.9km/s，因为第一宇宙速度是最大的环绕速度，所以B错误；
C．根据
可知轨道半径越大周期越大，则其周期比同步卫星的周期小，小于24h，所以C正确；
D．卫星做圆周运动时万有引力提供向心力有
解得
则卫星的环绕速度与卫星的质量无关，所以变轨时需要点火减速或者点火加速，增加质量不会改变轨道半径，所以D错误；
故选AC。
12．CD
【解析】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，则
A．因为在不同轨道上g是不一样的，故不能根据得出甲乙速度的关系，卫星的运行线速度
代入数据可得
故A错误；
B．因为在不同轨道上两卫星的角速度不一样，故不能根据得出两卫星加速度的关系，卫星的运行加速度
代入数据可得
故B错误；
C．根据，两颗人造卫星质量相等，可得
故C正确；
D．两卫星均绕地球做圆周运动，根据开普勒第三定律，可得
故D正确。
故选CD。
13．C
【解析】A．物体从O点抛出后，沿轨道A运动落到地面上，不考虑空气阻力，物体只受重力作用，且水平抛出，所以物体的运动是平抛运动。故A错误；
B．B是圆形轨道，绕地球做匀速圆周运动，其抛出速度需要大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度。故B错误；
C．使轨道C、D上运动的物体在近地点减速，只要速度合适，就可以使物体的运动轨道变为过O点的圆轨道上运动，故C正确；
D．当物体抛出速度大于等于第二宇宙速度(11.2
km/s)，物体会脱离地球，当物体抛出速度大于等于第三宇宙速度(16.7km/s)，物体会脱离太阳系。故D错误。
故选C。
14．A
【解析】卫星在轨道上圆周运动时根据万有引力提供向心力可得
得
在地球表面圆周运动万有引力提供向心力得
得
故由上式整理用v0表示v可得
故选A。
15．A
【解析】根据题意可得M与N的轨道半径之比为
根据开普勒第三定律有
得
解得周期之比为
故A正确。
故选A。
16．C
【解析】A．任意两颗星之间的万有引力
每一颗星受到的合力为
由几何关系知：它们的轨道半径为
合力提供它们的向心力
联立解得
故A错误；
B．根据
得
故加速度与它们的质量有关，故B错误；
C．根据
解得
若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则周期变为原来的2倍，故C正确；
D．根据
可知，若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍，则线速度不变，故D错误；
故选C。
17．C
【解析】A．设地球同步卫星的轨道半径为r，其受到的地球万有引力提供向心力，即
对地面上的物体万有引力等于重力有
由以上两式可得：
所以同步卫星离地高度为
故A错误；
B．根据
因为同步卫星与赤道上物体转动角速度相同，同步卫星离地心距离较大，同步卫星加速度大于赤道上物体向心加速度，故B错误；
C．根据光的直线传播规律，日落12小时内有时间该观察者看不见此卫星图示如下图所示
同步卫星相对地心转过角度为
结合
计算得出
所以C选项是正确的；
D．根据
得
同步卫星的轨道半径比近地卫星轨道半径大，同步卫星的加速度小于近地卫星的加速度，故D错误。
故选C。
18．BD
【解析】A．登月探测器在环月轨道2（椭圆轨道）上绕行时，根据开普勒第二定律可知，远月P点处速度最小，选项A错误；
B．根据
可得
轨道1的轨道半径大于月球的半径，可知登月探测器在环月轨道1（圆轨道）的速度比月球上的第一宇宙速度小，选项B正确；
C．登月探测器在接近月面过程喷火以减速，该过程机械能减小，选项C错误；
D．登月探测器在环月轨道1上P点要制动减速才能进入环月轨道2，则登月探测器在环月轨道1上P点的速度大于在环月轨道2上P点的速度，选项D正确。
故选BD。
19．ABC
【解析】A．根据万有引力提供向心力
得出月球的质量
选项A正确；
B．在月球表面万有引力就是重力
得出月球表面的重力加速度大小为
选项B正确；
C．月球的平均密度为
选项C正确；
D．根据万有引力提供向心力
解得第一宇宙速度
选项D错误。
故选ABC。
20．AC
【解析】AB．在地球表面有
在火星表面有
联立解得火星表面重力加速度为
则A正确；B错误；
CD．设火星的密度为，火星的半径为
，由于质量均匀的球壳对其内部物体的引力为零，则在火星表面正下方距表面距离为火星半径处的重力加速度相当火星内部那部分产生的引力产生的，则火星内部那部分质量为
火星表面正下方距表面距离为火星半径处的重力加速度为，则有
联立解得
所以C正确；D错误；
故选AC。