优化集训10　万有引力与宇宙航行--2026物理学考专题练（含解析）

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2026物理学考专题练
优化集训10　万有引力与宇宙航行
基础巩固
1.下列叙述正确的是(　　)
A.英国物理学家牛顿用实验的方法测出了引力常量G
B.第谷接受了哥白尼日心说的观点,并根据开普勒对行星运动观察记录的数据,应用严密的数学运算和椭圆轨道假说,得出了开普勒行星运动定律
C.亚里士多德认为力是改变物体运动状态的原因
D.牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础
2.下列说法正确的是(　　)
A.万有引力定律只适用于两个质点间万有引力大小的计算
B.据表达式F=,当r趋近于零时,万有引力趋近于无穷大
C.在开普勒第三定律=k中,k是一个与中心天体有关的常量
D.两物体间的万有引力总是大小相等、方向相反,是一对平衡力
3.(2025江苏南通期中)如图所示,为地球沿椭圆轨道绕太阳运动过程中的五个位置,分别对应我国的五个节气,下列说法正确的是(　　)
A.夏至时地球公转的速度最大
B.冬至到夏至,地球公转的速度逐渐减小
C.从冬至到春分的时间大于地球公转周期的四分之一
D.从冬至到春分的时间等于春分到夏至的时间
4.(2025浙江宁波高一期末)2022年3月30日上午10时29分,我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭成功将天平二号A、B、C卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,若已知A、B、C卫星绕地球做近似圆周运动,距地高度分别是hA、hB和hc,且hA>hB>hC,环绕周期分别是TA、TB和TC,地球表面重力加速度为g,则以下说法正确的是(　　)
A.天平二号A卫星可能在地表上空沿某一经度线做匀速圆周运动
B.根据开普勒第三定律有
C.根据题中所给信息,可计算地球的质量
D.根据题中所给信息,无法算地球的密度
5.嫦娥五号探测器是我国首个实施无人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=6.67×10-11 N·m2/kg2,地球质量m1=6.0×1024 kg,月球质量m2=7.3×1022 kg,月地距离r1=3.8×105 km,月球半径r2=1.7×103 km。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200 km处做环月匀速圆周运动时,其环绕速度约为(　　)
A.16 m/s B.1.1×102 m/s
C.1.6×103 m/s D.1.4×104 m/s
6.神舟十一号载人飞船与天宫二号进行自动交会对接,如图所示,圆心轨道Ⅰ为天宫二号运行轨道,圆心轨道Ⅱ为神舟十一号运行轨道,则(　　)
A.神舟十一号在圆形轨道Ⅱ的运行速率大于7.9 km/s
B.天宫二号的运行周期小于神舟十一号的运行周期
C.天宫二号的运行速率小于神舟十一号的运行速率
D.天宫二号的向心加速度大于神舟十一号的向心加速度
7.(2025浙江绍兴期末)新华社3月20日报道,“鹊桥二号”中继卫星由长征八号遥三运载火箭在海南文昌航天发射场成功发射。本次与“鹊桥二号”一同发射的还有两颗通信技术实验星“天都一号”、“天都二号”,与“鹊桥二号”一起组成一个月球通信、导航和遥感网络。“鹊桥二号”、“天都一号”、“天都二号”绕月轨道近月点高度均为距月面200 km,远月点高度分别为16 000 km、4 000 km、9 000 km。设“鹊桥二号”、“天都一号”、“天都二号”绕月飞行的周期分别为T1、T2、T3,则下列关系中正确的是(　　)
A.T1>T3>T2
B.T1>T2>T3
C.T3>T1>T2
D.T2>T1>T3
8.我国高分六号卫星在酒泉卫星发射中心成功发射,它是一颗低轨光学遥感卫星,距离地面高度约为864 km,低于地球同步卫星的高度,则(　　)
A.可算出高分六号卫星受到的万有引力
B.高分六号卫星运行速度大于7.9 km/s
C.高分六号卫星运行周期小于地球同步卫星
D.高分六号卫星的向心加速度小于赤道处随地球自转的物体的向心加速度
9.(2025宁波中学开学考)北斗三号导航卫星系统由24颗中圆地球轨道、3颗地球静止轨道和3颗倾斜地球同步轨道卫星组成,下列说法不正确的是 (　　)
A.中圆轨道卫星运行速度小于7.9 km/s
B.地球静止轨道与地球赤道面重合
C.在倾斜地球同步轨道上运行的卫星与地面始终相对静止
D.在倾斜地球同步轨道上运行的卫星运行周期为24小时
10.“北斗卫星导航系统”(BDS)中的两颗圆轨道半径均为21 332 km 的北斗-M5和北斗-M6卫星,其轨道如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.两颗卫星绕地球运行的向心加速度大小相等
B.两颗卫星绕地球的运行速率均大于7.9 km/s
C.北斗-M5绕地球的运行周期大于地球的自转周期
D.北斗-M6绕地球的运行速率大于北斗-M5的运行速率
11.如图所示,我国自主研发的北斗三号卫星导航系统由分布于a类型轨道的同步轨道卫星、分布于b类型轨道的倾斜轨道卫星(与同步卫星轨道半径相同,轨道倾角55°)和分布于c类型轨道的中轨道卫星组成。下列说法正确的是(　　)
A.a类型轨道上的卫星相对于地面静止且处于平衡状态
B.a类型轨道上的卫星运行速率等于b类型轨道上卫星的速率
C.b类型轨道上的卫星也与地球保持相对静止
D.三类卫星相比,c类卫星的向心加速度最小
12.关于爱因斯坦的狭义相对论,下列说法正确的是(　　)
A.狭义相对论的基本假设之一是光速不变原理
B.有些运动物体相对于观察者的速度可以大于真空中的光速
C.在地面参考系中,观察到在上海和北京同时有两个婴儿诞生,如果在沿北京—上海方向高速飞行的飞船上观测,他们也是同时诞生的
D.对于不同的惯性系,物理规律(包括力学和电磁学的)的形式都是不同的
13.下列运动中,牛顿力学的规律不适用的是(　　)
A.子弹的飞行 B.飞船绕地球的运行
C.列车的运行 D.粒子接近光速的运动
能力提高
14.某颗北斗导航卫星属于倾斜地球同步轨道卫星,卫星入轨并完成在轨测试后,将接入北斗卫星导航系统,为用户提供更可靠服务。通过查询知道,倾斜地球同步轨道卫星是运转轨道面与地球赤道面有夹角的轨道卫星,它的运转周期也是24小时,如图所示,关于该北斗导航卫星说法正确的是(　　)
A.该卫星可定位在北京的正上空
B.该卫星与地球同步卫星的向心加速度大小是不等的
C.该卫星的发射速度v≤7.9 km/s
D.该卫星的角速度与放在北京地面上物体随地球自转的角速度大小相等
15.“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,该飞船的轨道半径为地球同步卫星的轨道半径的0.74倍,则火星质量与地球质量的比值约为(　　)
A.10 B.5 C. D.
16.2023年9月下旬,绕火星转动的天问一号火星环绕器发生日凌现象,环绕器与地球“失联”,其原因是此时地球、火星运行至太阳两侧,并且三者在一条直线上,天问一号环绕器向地球发射的电磁波会被太阳干扰。已知天问一号火星环绕器每26个月(认为每个月都是30天)会发生一次日凌现象,火星公转轨道的半径大于地球公转轨道的半径,并且两者的轨道在同一平面内,它们间的万有引力可以忽略不计。天问一号火星环绕器发生日凌现象时,火星与太阳间的距离为L1,火星与地球间的距离为L2,则为(　　)
A. B.
C. D.
17.你现在正在完成100分钟的期末物理考试,假设一艘飞船相对你以0.3c的速度匀速飞过(c为真空中的光速),则飞船上的观察者根据相对论认为你考完这场考试所用时间(　　)
A.大于100分钟 B.等于100分钟
C.小于100分钟 D.不能确定
参考答案
1.D　解析 英国物理学家卡文迪什用扭秤实验的方法测出了引力常量G,A错误;开普勒接受了哥白尼日心说的观点,并根据第谷对行星运动观察记录的数据,应用严密的数学运算和椭圆轨道假说,得出了开普勒行星运动定律,B错误;伽利略认为力是改变物体运动状态的原因,C错误;牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础,D正确。
2.C　解析 万有引力定律可以普遍使用,不仅仅只适用于两个质点间万有引力大小的计算,故A错误;表达式F=,当r趋近于无穷远时,万有引力趋近于无穷小,但当间距为零时,万有引力定律不适用,故B错误;开普勒第三定律=k中,k是一个与中心天体有关的常量,故C正确;物体间的万有引力总是大小相等、方向相反,分别作用在两个不同的物体上,是一对作用力与反作用力,故D错误。
3.B　解析 由题图可知,夏至时地球在远日点,公转速度最小,冬至时在近日点,公转速度最大,则冬至到夏至,地球公转的速度逐渐减小,故A错误,B正确;由题图可知,从冬至到夏至的运动时间为地球公转周期的一半,由于离太阳越近,地球公转的速度越大,则从冬至到春分的时间小于地球公转周期的四分之一,从春分到夏至的时间大于地球公转周期的四分之一,故C、D错误。
4.D　解析 由于地球在自转,所以地球卫星不可能在地表上空沿某一经度线做匀速圆周运动,故A错误;设地球半径为R,根据开普勒第三定律有,故B错误;根据G=m(h+R),结合ρ=,得M=(h+R)3,ρ=,由于地球半径未知,所以无法求出地球的质量和密度,故D正确,C错误。
5.C　解析 根据G=m,可得v= m/s=1.6×103 m/s,故选C。
6.C　解析 第一宇宙速度为最大的环绕速度,可知神舟十一号在圆形轨道Ⅱ的运行速率小于7.9 km/s,故A错误;卫星的运行周期为T==2πr,由于天宫二号的轨道半径大于神舟十一号的轨道半径,则天宫二号的运行周期大于神舟十一号的运行周期,故B错误;由万有引力提供向心力,得G=m,解得v=,由于天宫二号的轨道半径大于神舟十一号的轨道半径,则天宫二号的运行速率小于神舟十一号的运行速率,故C正确;向心加速度a=,由于天宫二号的轨道半径大于神舟十一号的轨道半径,所以天宫二号比神舟十一号加速度小,故D错误。
7.A　解析 根据开普勒第三定律=k,可知半长轴a越长,周期T越大;“鹊桥二号”半长轴最长,周期最大,“天都一号”半长轴最短,周期最小,即T1>T3>T2,故选A。
8.C　解析 由于不知道高分六号卫星的质量,因此无法计算其所受万有引力,选项A错误。根据v=可知,其在轨道上的速度应该小于7.9 km/s,选项B错误。根据开普勒第三定律,高分六号卫星运行周期应小于同步卫星周期,选项C正确。根据a=可知,高分六号的向心加速度大于同步卫星的向心加速度,根据a=rω2可知,同步卫星与地球赤道自转周期相同,但同步卫星半径更大,因此同步卫星的向心加速度要大于赤道上某物体的向心加速度,所以高分六号的向心加速度大于赤道上某物体的向心加速度,选项D错误。
9.C　解析 所有绕地球做匀速圆周运动的卫星线速度必须小于第一宇宙速度,A正确;地球静止轨道卫星与地球保持同步且相对静止,属于同步卫星,轨道平面必须与赤道平面重合,B正确;倾斜地球同步轨道不在赤道平面上,周期与地球自转周期相同,但是不属于同步卫星,不与地球保持相对静止,C错误;在地球同步轨道上运行的卫星运行周期与地球自转周期相同,D正确。
10.A
11.B　解析 a类型轨道上的卫星在赤道正上方属于地面静止同步卫星,但不是平衡状态,选项A错误;根据v=可知,a、b轨道的半径一样,所以它们的速率应该相等,选项B正确;b轨道的卫星,和地球自转方向不一致,不可能与地面保持相对静止,选项C错误;根据a=可知,三类卫星相比c类中轨道卫星的向心加速度最大,选项D错误。
12.A　解析 在爱因斯坦的相对论中,两个假设是:在不同的惯性参考系中,一切物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。由上可知,A正确,D错误;真空中的光速是最大的速度,B错误;在沿北京—上海方向高速飞行的飞船上观测,婴儿不是同时诞生的,C错误。
13.D　解析 牛顿力学适用于宏观、低速运动的物体,不适用于微观、高速运动的物体。子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行,这些都是宏观物体的低速运动,牛顿力学均适用;而粒子接近光速的运动属于微观粒子的高速运动,牛顿力学不再适用,故选D。
14.D　解析 由地球自转的方向可知,该卫星不可能与地面相对静止于北京正上方,选项A错误;该卫星的周期是24 h,所以两种卫星距地面的高度相同,且角速度与地球自转的角速度大小相等,根据a=rω2可知,该卫星的向心加速度大小应该等于地球同步卫星的向心加速度大小,选项B错误,D正确;将卫星发射到近地轨道的最小速度为7.9 km/s,所以发射该卫星的速度应该要超过7.9 km/s,选项C错误。
15.C　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G=mR,则m中=,由此可知≈0.1,故选C。
16.D　解析 设t=26个月,T地=12个月,则有=1,对火星有G=m火L1,对地球有G=m地(L2-L1),联立解得,故选D。
17.A　解析 根据狭义相对论可知,飞船相对此考生以0.3c的速度匀速飞过时,飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间t=>t0,可知飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间大于100分钟。选项A正确。
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