萬(wàn)有引力與航天 專練高考物理一輪復(fù)習(xí)（含答案）

1、萬(wàn)有引力與航天（一）高考原題1.【2022年全國(guó)乙卷】2022年3月，中國(guó)航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400 km的“天宮二號(hào)”空間站上通過天地連線，為同學(xué)們上了一堂精彩的科學(xué)課。通過直播畫面可以看到，在近地圓軌道上飛行的“天宮二號(hào)”中，航天員可以自由地漂浮，這表明他們( )A.所受地球引力的大小近似為零B.所受地球引力與飛船對(duì)其作用力兩者的合力近似為零C.所受地球引力的大小與其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小近似相等D.在地球表面上所受引力的大小小于其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小2.【2021年全國(guó)乙卷】科學(xué)家對(duì)銀河系中心附近的恒星S2進(jìn)行了多年的持續(xù)觀測(cè)，給出1994年到2002年間

2、S2的位置如圖所示?？茖W(xué)家認(rèn)為S2的運(yùn)動(dòng)軌跡是半長(zhǎng)軸約為1000 AU（太陽(yáng)到地球的距離為1 AU）的橢圓，銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞。這項(xiàng)研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。若認(rèn)為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力，設(shè)太陽(yáng)的質(zhì)量為M，可以推測(cè)出該黑洞質(zhì)量約為( )A.B.C.D.3.【2021年全國(guó)甲卷】2021年2月，執(zhí)行我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)的天問一號(hào)探測(cè)器在成功實(shí)施三次近火制動(dòng)后，進(jìn)入運(yùn)行周期約為的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為。已知火星半徑約為，火星表面處自由落體的加速度大小約為，則天問一號(hào)的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為( )A.B.C.D.（二）考情分析萬(wàn)

3、有引力與航天問題是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容，通常考查天體質(zhì)量與密度的計(jì)算，雙星問題，人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量的比較、變軌問題，隨地、繞地運(yùn)動(dòng)物體及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)力學(xué)問題、能量問題等。隨著我國(guó)航天技術(shù)的飛速發(fā)展，結(jié)合最新航天科技成果考查萬(wàn)有引力與航天的知識(shí)仍將是今后一個(gè)時(shí)期的命題熱點(diǎn)。（三）變式訓(xùn)練4.科學(xué)家們認(rèn)為火星上很可能存在生命，祝融號(hào)火星車曾降落到火星表面。假設(shè)祝融號(hào)在著陸火星前貼近火星表面運(yùn)行一周用時(shí)為T，已知火星的半徑為，地球的半徑為，地球的質(zhì)量為M，地球表面的重力加速度為g，引力常量為G，則火星的質(zhì)量為( )A.B.C.D.5.2020年6月23日，我國(guó)北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星在西

4、昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，該衛(wèi)星（記為A）最終在地球同步軌道運(yùn)行。另一顆相同質(zhì)量的衛(wèi)星B也繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，A的軌道半徑是B的軌道半徑的3倍。下列說(shuō)法正確的是( )A.由可知，A的速度是B的倍B.由可知，A的向心加速度是B的3倍C.由可知，A所受向心力是B的D.由可知，A的周期是B的倍6.1970年成功發(fā)射的“東方紅一號(hào)”是我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星，該衛(wèi)星至今仍沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)。如圖所示，設(shè)衛(wèi)星在近地點(diǎn)、遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度分別為，近地點(diǎn)到地心的距離為r，地球質(zhì)量為M，引力常量為G。則( )A.B.C.D.7.我國(guó)將在今年擇機(jī)執(zhí)行“天問一號(hào)”火星探測(cè)任務(wù)。質(zhì)量為m的著陸器在著陸火星前，會(huì)在火星表面附近

5、經(jīng)歷一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為、速度由減速到零的過程。已知火星的質(zhì)量約為地球的，半徑約為地球的，地球表面的重力加速度大小為g，忽略火星大氣阻力。若該減速過程可視為一個(gè)豎直向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，此過程中著陸器受到的制動(dòng)力大小約為( )A.B.C.D.8.2021年10月16日6時(shí)56分，神舟十三號(hào)載人飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式成功對(duì)接于天和核心艙徑向端口，如圖所示。對(duì)接前天和核心艙在較高的圓軌道上運(yùn)行，神舟十三號(hào)載人飛船在其下方圓軌道上運(yùn)行。下列說(shuō)法正確的是( )A.對(duì)接前天和核心艙的運(yùn)行速度小于神舟十三號(hào)的運(yùn)行速度B.對(duì)接后與對(duì)接前相比，神舟十三號(hào)的動(dòng)能減小，引力勢(shì)能增大C.神舟十三號(hào)需要先進(jìn)入天和核心艙所

6、在軌道運(yùn)行，再加速才能成功對(duì)接D.由于天和核心艙和神舟十三號(hào)飛船對(duì)接后質(zhì)量變大，軌道半徑將減小9.2021年4月，我國(guó)自主研發(fā)的空間站“天和”核心艙成功發(fā)射并入軌運(yùn)行。若核心艙繞地球的運(yùn)行可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知引力常量，由下列物理量能計(jì)算出地球質(zhì)量的是( )A.核心艙的質(zhì)量和繞地半徑B.核心艙的質(zhì)量和繞地周期C.地球的半徑和核心艙的繞地周期D.核心艙的繞地角速度和繞地半徑答案以及解析1.答案：C解析：航天員在“天宮二號(hào)”空間站中可以自由漂浮，是由于航天員在“天宮二號(hào)”空間站中處于完全失重狀態(tài)，飛船對(duì)航天員的作用力近似為零，所受地球引力大小不為零，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤；航天員所受地球引力提供航天員隨空

7、間站運(yùn)動(dòng)的向心力，即航天員所受地球引力的大小與航天員隨空間站運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小近似相等，選項(xiàng)C正確；由萬(wàn)有引力定律可知，航天員在地球表面所受地球引力的大小大于航天員在空間站中所受地球引力的大小，所以在地球表面上所受引力的大小大于航天員隨空間站運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.答案：B解析：由1994年到2002年間恒星S2的觀測(cè)位置圖可知，恒星S2繞黑洞運(yùn)動(dòng)的周期大約為年，半長(zhǎng)軸為，設(shè)黑洞的質(zhì)量為，恒星S2質(zhì)量為，將恒星S2繞黑洞近似看成做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬(wàn)有引力提供向心力可得；設(shè)地球質(zhì)量為，地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為，周期年，由萬(wàn)有引力提供向心力可得，聯(lián)立解得黑洞質(zhì)量，選項(xiàng)B正確。3.

8、答案：C解析：在火星表面有，火星近火衛(wèi)星所受萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力有，探測(cè)器在停泊軌道上遠(yuǎn)行時(shí)有，探測(cè)器遠(yuǎn)火點(diǎn)與近火點(diǎn)與火星中心距離之和為，聯(lián)立可得，停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為，C項(xiàng)正確。4.答案：C解析：萬(wàn)有引力提供祝融號(hào)繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由牛頓第二定律得，地球表面的物體受到地球的萬(wàn)有引力等于重力，即，解得，故C項(xiàng)正確，ABD項(xiàng)錯(cuò)誤。5.答案：CD解析：衛(wèi)星在圓周軌道上運(yùn)動(dòng)，由萬(wàn)有引力提供向心力有，因?yàn)樵诓煌壍郎系募铀俣炔煌?，故不能根?jù)得出的速度關(guān)系，由可知B的速度是A的倍，A項(xiàng)錯(cuò)。因?yàn)閮尚l(wèi)星的角速度不同，故不能依據(jù)得出兩衛(wèi)星的向心加速度關(guān)系，B項(xiàng)錯(cuò)。根據(jù)萬(wàn)有引力公式，由于兩

9、衛(wèi)星質(zhì)量相等，故A所受向心力是B的，C項(xiàng)正確。兩衛(wèi)星均繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，由開普勒第三定律可知，D項(xiàng)正確。6.答案：B解析：“東方紅一號(hào)”環(huán)繞地球在橢圓軌道上運(yùn)行的過程中，只有萬(wàn)有引力做功，機(jī)械能守恒，其由近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬(wàn)有引力做負(fù)功，引力勢(shì)能增加，動(dòng)能減小，因此；又“東方紅一號(hào)”離開近地點(diǎn)開始做離心運(yùn)動(dòng)，則由做離心運(yùn)動(dòng)的條件可知，解得，B正確，ACD錯(cuò)誤。7.答案：B解析：由，得火星表面的重力加速度與地球表面重力加速度的比值，即火星表面的重力加速度。著陸器著陸過程可視為豎直向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由可得。由牛頓第二定律有，解得，選項(xiàng)B正確。8.答案：AB解析：根據(jù)萬(wàn)有引力定律有,解得,軌道半徑越大，速度越小，即高軌低速，所以對(duì)接前天和核心艙的速度小于神舟十三號(hào)的速度，對(duì)接后神舟十三號(hào)的動(dòng)能與對(duì)接前相比減小，對(duì)接過程萬(wàn)有引力做負(fù)功，引力勢(shì)能增加，AB正確；神舟十三號(hào)與天和核心艙在同一軌道上運(yùn)行時(shí)，神舟十三號(hào)加速后做離心運(yùn)動(dòng)，不能與天和核心艙實(shí)現(xiàn)對(duì)接，C錯(cuò)誤；根據(jù)萬(wàn)有引力定律有，可知軌道半徑與空間站質(zhì)量無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤