2023屆高考物理備考一輪總復(fù)習(xí)-萬(wàn)有引力與航天復(fù)習(xí)卷含解析

2023屆高中物理高考備考一輪總復(fù)習(xí)

萬(wàn)有引力與航天爍合復(fù)習(xí)卷

一、單選題（共7題）

1.發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的科學(xué)家是（）

A.牛頓B.開(kāi)普勒C.卡文迪什D.哥白尼

2.某人造地球衛(wèi)星在距地面高度為力的圓形軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知地球質(zhì)量為M,地球半

徑為凡衛(wèi)星質(zhì)量為，外引力常量為G。則衛(wèi)星在圓形軌道上運(yùn)行時(shí)（）

A.線速度大小丫=^^B.線速度大小v=在二

C.角速度大小。=/普D.角速度大小J普，

3.關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說(shuō)法正確的是（）

A.某顆地球同步衛(wèi)星可能始終在北京的正上方

B.不同的地球同步衛(wèi)星，距離地面的高度可能不同

C.所有的地球同步衛(wèi)星的向心加速度的大小一定相等

D.所有的地球同步衛(wèi)星所受的萬(wàn)有引力大小一定相等

4.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.托勒密提出“日心說(shuō)”，揭開(kāi)了近代自然科學(xué)革命的序幕

B.開(kāi)普勒得出行星與太陽(yáng)的連線在相同的時(shí)間掃過(guò)的面積相等

C.牛頓萬(wàn)有引力定律揭示了自然界物體之間普遍存在著一種基本相互作用：引力作用

D.卡文迪許用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出了引力常數(shù)

5.2016年12月22日，我國(guó)成功發(fā)射了國(guó)內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"碳衛(wèi)星”）。

如圖所示，設(shè)'‘碳衛(wèi)星''在半徑為R的圓周軌道上運(yùn)行，經(jīng)過(guò)時(shí)間f,通過(guò)的弧長(zhǎng)為s,已知引力常數(shù)為G,

下列說(shuō)法正確的是（）

,———、

/、

R:碳衛(wèi)星

■■■9

\地O球/

、、?一

A.“碳衛(wèi)星”內(nèi)的物體處于平衡狀態(tài)

B.“碳衛(wèi)星”的運(yùn)行速度大于7.9km/s

C.“碳衛(wèi)星”的發(fā)射速度大于11.2km/s

CR

D.可算出地球質(zhì)量為E

Gt2

6.北京時(shí)間2021年6月17日9時(shí)22分，搭載神舟十二號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)尸遙十二運(yùn)載火箭，在酒

泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射。順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入太空，采用自主快速交會(huì)對(duì)接

模式成功對(duì)接于天和核心艙前向端口，與此前已對(duì)接的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船一起構(gòu)成三艙（船）組合體，己

知組合體離地面的距離約為400km,下列說(shuō)法正確的是（）

A.組合體的運(yùn)行速率大于7.9km/s

B.組合體的向心加速度大于9.8m/s2

C.組合體的運(yùn)行周期大于地球同步衛(wèi)星的周期

D.組合體的運(yùn)行速率大于地球同步衛(wèi)星的速率

7.我國(guó)火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”于2021年5月17日8時(shí)，實(shí)施第四次近火制動(dòng)，進(jìn)入周期為&2h的“中繼

通信”軌道，已知火星質(zhì)量為6.4xl（Tkg,引力常量G=6.67x10"N-m2/kg2。如果“中繼通信”軌道近似為

圓形軌道，則該軌道半徑約為（）

A.5.6x10,2mB.3.6xl0'°mC.9.8xlO6mD.4.6xl05m

二、多選題（共5題）

8.2020年7月23日12時(shí)4,長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭將“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射，經(jīng)

過(guò)9個(gè)多月，超4.75億公里路程，于2021年5月15日8時(shí)20分成功著陸火星?；鹦鞘翘?yáng)系八大行星

之一，假設(shè)地球和火星都繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知火星到太陽(yáng)的距離大于地球到太陽(yáng)的距離，下列說(shuō)

法正確的是（）

A.探測(cè)器的發(fā)射速度應(yīng)大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度

B.探測(cè)器的發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度

C.火星公轉(zhuǎn)的線速度大于地球公轉(zhuǎn)的線速度

D.火星公轉(zhuǎn)的加速度小干地球公轉(zhuǎn)的加速度

9.地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的7倍，地球半徑R=6400km,地球大氣層的厚度約為地球半

徑的一半。研究表明，并不是所有行星都能有同步衛(wèi)星，如果行星自轉(zhuǎn)太快，就可能不會(huì)有同步衛(wèi)星.而

且衛(wèi)星不能在大氣層內(nèi)飛行。根據(jù)上述條件，在地球質(zhì)量和半徑都不變的前提下，下列哪些情況中地球不

會(huì)有同步衛(wèi)星（重力加速度取g=10m/s2）（）

A.大氣層厚度不變，地球自轉(zhuǎn)周期減小到6垃小時(shí)

B.大氣層厚度不變，地球自轉(zhuǎn)周期減小到3小時(shí)

C.大氣層厚度增加到6.6倍地球半徑，地球自轉(zhuǎn)周期不變

D.大氣層厚度增加到2.5倍地球半徑，地球自轉(zhuǎn)周期減小到6小時(shí)

10.2020年6月23日9時(shí)43分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第

五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星，暨北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。假設(shè)衛(wèi)星在離地面高為〃的圓軌道上繞地球運(yùn)動(dòng)，

地球的質(zhì)量為半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為萬(wàn)有引力常量為G。則下列選項(xiàng)中正確的是（）

Mm

A.衛(wèi)星受到地球的引力為7

R+h

—Mm

B.衛(wèi)星受到地球的引力為G3行

C.衛(wèi)星在軌運(yùn)行速度大于第一宇宙速度

D.衛(wèi)星在軌運(yùn)行速度小于第一宇宙速度

11.如圖所示，發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地軌道1,然后經(jīng)點(diǎn)火使其在橢圓軌道2上運(yùn)行，

最后再次點(diǎn)火將衛(wèi)星送入同步軌道3.軌道1、2相切于A點(diǎn)，軌道2、3相切于B點(diǎn)。則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、

2、3軌道正常運(yùn)行時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（）

B

A.衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率

B.衛(wèi)星在軌道3上經(jīng)8點(diǎn)的速率大于在軌道2上經(jīng)8點(diǎn)的速率

C.衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速率小于在軌道1上的速率

D.衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的加速度大于在軌道1上經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的加速度

12.2019年11月5日我國(guó)成功發(fā)射第49顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，標(biāo)志著北斗三號(hào)系統(tǒng)3顆地球同步軌道衛(wèi)星全

部發(fā)射完畢。人造衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程要經(jīng)過(guò)多次變軌方可到達(dá)預(yù)定軌道，在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過(guò)程中，衛(wèi)

星從圓軌道I的A點(diǎn)先變軌到桶圓軌道H,然后在B點(diǎn)變軌進(jìn)入地球同步軌道IH,則（）

、in同步軌道

A.衛(wèi)星在同步軌道III上的運(yùn)行速度小于7.9km/s

B.衛(wèi)星在軌道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速率比過(guò)B點(diǎn)時(shí)小

C.若衛(wèi)星在I、II、III軌道上運(yùn)行的周期分別為r、72、△，則Ti〈乃＜73

D.現(xiàn)欲將衛(wèi)星由軌道H變軌進(jìn)入軌道III,則需在B點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)火加速來(lái)實(shí)現(xiàn)

三、解答題（共4題）

13.隨著“嫦娥”系列成功奔月和回收，我國(guó)宇航員登月步伐將進(jìn)一步加快。假設(shè)宇航員駕駛宇宙飛船到達(dá)

月球，他在月球表面做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在離月球表面高度為力處，將一小球以初速度%水平拋出，測(cè)得水平

射程為X。已知月球的半徑為R,萬(wàn)有引力常量為G。不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響。求：

（1）月球表面的重力加速度大小g。；

（2）月球的質(zhì)量M；

（3）月球的第一宇宙速度丫。

14.空間站是--種在近地軌道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，可供多名航天員巡訪、長(zhǎng)期工作和生活的載人航天器。如圖

所示，某空間站在軌道半徑為R的近地圓軌道I上圍繞地球運(yùn)行，一宇宙飛船與空間站對(duì)接檢修后再與空

間站分離，分離時(shí)宇宙飛船依靠自身動(dòng)力裝置在很短的距離內(nèi)加速，進(jìn)入橢圓軌道II運(yùn)行。已知橢圓軌道

的遠(yuǎn)地點(diǎn)到地球球心的距離為3.5凡地球質(zhì)量為M,萬(wàn)有引力常量為G,求：

（1）空間站圍繞地球運(yùn)行的周期；

（2）分離后，飛船在橢圓軌道上至少運(yùn)動(dòng)多長(zhǎng)時(shí)間才有機(jī)會(huì)和空間站進(jìn)行第二次對(duì)接？

15.我國(guó)在2018年12月8日發(fā)射的“嫦娥四號(hào)''測(cè)控器在被月球捕獲、落月過(guò)程中，其中一階段在繞月

的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若“嫦娥四號(hào)''在環(huán)月圓軌道繞行n圈所用時(shí)間為r,如圖所示。已知月球半

徑為R，月球表面處重力加速度為gn,引力常量為Go試求:

(1)月球的質(zhì)量M,

(2)“嫦娥四號(hào)”環(huán)繞月球的軌道半徑/??

16.宇宙中有一星球，其半徑為R,自轉(zhuǎn)周期為T(mén),引力常量為G,該天體的質(zhì)量為若一宇航員來(lái)到

位于赤道的一斜坡前，將一小球自斜坡底端正上方的。點(diǎn)以初速度w水平拋出，如圖所示，小球垂直擊

中了斜坡，落點(diǎn)為P點(diǎn)，求

(1)該星球赤道地面處的重力加速度⑶；

(2)則P點(diǎn)距水平地面的高度從

參考答案

1.A

【詳解】

發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的科學(xué)家是牛頓。

故選A,

2.B

【詳解】

根據(jù)

GMm,=m」一=m(D2(R+h)

(R+h)2R+h

可得線速度大小

7R+h

角速度大小

GM

Y(R+〃)3

故選Bo

3.C

【詳解】

A.某顆地球同步衛(wèi)星只能定點(diǎn)在赤道上空，不可能始終在北京的正上方，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B.根據(jù)

—Mm4乃?

6下=皿亍r

可知，所有的同步衛(wèi)星的周期都相同，則軌道半徑相同，即不同的地球同步衛(wèi)星，距離地面的高度一定相

同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

C.根據(jù)

4萬(wàn)丁

°F

可知，所有的地球同步衛(wèi)星的軌道半徑和周期都相同，則向心加速度的大小一定相等，選項(xiàng)C正確；

D.所有的地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量不一定相同，則所受的萬(wàn)有引力大小不一定相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

故選C。

4.A

【詳解】

A.哥白尼提出“日心說(shuō)”，揭開(kāi)了近代自然科學(xué)革命的序幕。故A錯(cuò)誤，符合題意；

B.開(kāi)普勒得出行星行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，得到行星與太陽(yáng)的連線在相同的時(shí)間掃過(guò)的面積相等-開(kāi)普勒第

二定律。故B正確，不符合題意；

C.牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，揭示了自然界物體之間普遍存在著一種基本相互作用：引力作用。故C正

確，不符合題意；

D.卡文迪許用扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)出了引力常數(shù)。故D正確，不符合題意。

故選A?

5.D

【詳解】

A.“碳衛(wèi)星”繞地球運(yùn)行，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，故不是平衡狀態(tài)，處于失重狀態(tài)，A

錯(cuò)誤；

B.v=7.9km/s為第一宇宙速度，是最大的運(yùn)行速度，"碳衛(wèi)星'’軌道半徑比地球半徑大，因此其運(yùn)行速度

應(yīng)小于7.9km/s,B錯(cuò)誤;

C.v=7.9m/s為第一宇宙速度，是最小的地面發(fā)射速度，“碳衛(wèi)星”軌道半徑比地球半徑大，因此其發(fā)射速

度應(yīng)大于7.9km/s,但要小于U.2km/s,C錯(cuò)誤；

D.“碳衛(wèi)星”的線速度

S

v=-

t

根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力

GMmv2

、=m-

R-R

解得地球質(zhì)量

“rRs'R

M=——=-

GGt72

D正確。

故選D。

6.D

【詳解】

A.由題意可知，萬(wàn)有引力提供向心力，根據(jù)公式有

cMmv2

G—z-=m—

rr

即

八匣

已知組合體離地面的距離約為400km,故可得運(yùn)行軌道半徑大于地球的半徑，則組合體的運(yùn)行速率小于

7.9km/s,A錯(cuò)誤；

B.由題意可知，萬(wàn)有引力提供向心力，根據(jù)公式有

「Mm

G—r=mg

r

即

GM

已知組合體離地面的距離約為400km,故可得運(yùn)行軌道半徑大于地球的半徑，則組合體的向心加速度小于

9.8m/s2,B錯(cuò)誤；

C.由題意可知，萬(wàn)有引力提供向心力，根據(jù)公式有

「Mm2T2

G—丁=a(——)r

r2T

即

T=三

VGA/

已知組合體離地面的距離約為400km,比同步衛(wèi)星距離地面的距離要小，故組合體的運(yùn)行周期小于地球同

步衛(wèi)星的周期，C錯(cuò)誤；

D.由題意可知，萬(wàn)有引力提供向心力，根據(jù)公式有

-Mmv2

G——=m—

r~r

即

已知組合體離地面的距離約為400km,比同步衛(wèi)星距離地面的距離要小，故組合體的運(yùn)行速率期大于地球

同步衛(wèi)星的運(yùn)行速率，D正確。

故選Do

7.C

【詳解】

由萬(wàn)有引力提供向心力

「Mm4乃2

G-=m^r

則

解得

r?9.8xl06m

故C正確。

故選C。

8.BD

【詳解】

AB.探測(cè)器要發(fā)射到火星，則需要逃逸出地球的引力場(chǎng)，由于火星在太陽(yáng)的引力場(chǎng)中，所以探測(cè)器的發(fā)射

速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，故B正確，A錯(cuò)誤；

CD.根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，則有

_Mmv2

G——=m—=nui

rr

可得

由于火星的軌道半徑大于地球軌道半徑，則火星公轉(zhuǎn)的線速度小于地球公轉(zhuǎn)的線速度，火星公轉(zhuǎn)的加速度

小干地球公轉(zhuǎn)的加速度，故D正確，C錯(cuò)誤。

故選BD。

9.CD

【詳解】

根據(jù)萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星的向心力可得：

GMm4/

解得衛(wèi)星的周期

T=27T.I-----

\GM

對(duì)地球同步衛(wèi)星有『7R,所以

1—27rAi--------=\11,2.7tA----24h

VGM\GM

AB.若大氣層厚度不變，衛(wèi)星的最小軌道半徑

所以大氣層厚度不變，要保留同步衛(wèi)星的話，地球自轉(zhuǎn)周期最多減小到2.4小時(shí)，才能保留同步衛(wèi)星，故

AB錯(cuò)誤；

C.大氣層厚度增加到6.6倍地球半徑，即軌道半徑為

/=R+6.6R=7.6R>7R

若地球自轉(zhuǎn)周期不變，此時(shí)地球同步衛(wèi)星處在大氣層內(nèi)部，不能存留，故C正確：

D.大氣層厚度增加到2.5倍地球半徑，此時(shí)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑最小為

r"=R+2.5R=35R

其對(duì)應(yīng)的地球同步衛(wèi)星的最小周期為

地球自轉(zhuǎn)周期做多減小到8小時(shí)，才能保留同步衛(wèi)星，故D正確。

故選CDo

10.BD

【詳解】

AB.由萬(wàn)有引力公式得衛(wèi)星受到地球得引力為

r心Mm

F-G-------------r

(R+/l)2

故B正確，A錯(cuò)誤；

CD.第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度，所以衛(wèi)星在軌道運(yùn)行的速度小于第一宇宙速度,

故D正確，C錯(cuò)誤。

故選BDo

11.BC

【詳解】

A.根據(jù)高軌低速，衛(wèi)星在軌道3上的速率小于于在軌道I上的速率，故A錯(cuò)誤；

B.由軌道2進(jìn)入軌道3需要點(diǎn)火加速，所以衛(wèi)星在軌道3上經(jīng)B點(diǎn)的速率大于在軌道2上經(jīng)8點(diǎn)的速率，

故B正確；

C.根據(jù)高軌低速，衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)8點(diǎn)時(shí)的速率小于在軌道1上的速率，故C正確；

D.衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)A點(diǎn)是萬(wàn)有引力產(chǎn)生的加速度，在軌道1上經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的加速度也是萬(wàn)

有引力產(chǎn)生的，兩個(gè)軌道的A點(diǎn)衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力相同，故加速度相同，故D錯(cuò)誤。

故選BCo

12.ACD

【詳解】

A.由萬(wàn)有引力提供向心力有

?Mmv2

G—丁=m—

R2R

得

則軌道半徑越大，線速度越小，衛(wèi)星在同步軌道HI上的運(yùn)行速度小于7.9km/s,故A正確；

B.由開(kāi)普勒第二定律可知近地點(diǎn)速度快，遠(yuǎn)地點(diǎn)速度慢，故B錯(cuò)誤；

C.由開(kāi)普勒第三定律

戈一

了一

可知軌道大的周期大，故C正確；

D.衛(wèi)星由軌道H變軌進(jìn)入軌道HI,是由向心運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，則需在8點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)火加速來(lái)實(shí)現(xiàn)，故D

正確。

故選ACDo

13.(1)淬；⑵之瓦f2；(3)voy/2hR

xGx"x

【詳解】

(1)在月球上水平拋出小球，在豎直方向有

,1，

h=28°r

水平方向有

x=vot

聯(lián)立解得

紀(jì)竽

(2)在月球表面忽略月球自轉(zhuǎn)，萬(wàn)有引力等于重力，即

_Mm

6下=叫

解得

*斗

Gx2

(3)對(duì)貼近月球表面附近的衛(wèi)星，萬(wàn)有引力提供向心力，則有

K

解得月球的第一宇宙速度

X

14.(1)T=27r,—;(2)54乃、旦

1\GM\GM

【詳解】

(1)設(shè)空間站在軌道I上運(yùn)行周期為T(mén)”萬(wàn)有引力提供空間站做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，貝I：

「Mm2TT

G——=m（-Y2R

R-7；

解得

Tr^~

T.=2TTJ-----

'VGM

(2)航天飛船所在橢圓軌道的半長(zhǎng)軸：

,3.5/?+/?9n

L==A

24

設(shè)航天飛船在軌道II上運(yùn)動(dòng)的周期為72,由開(kāi)普勒第三定律：

(弓)2_/)3

（刀）（R）

解得

27

T,=—7]

281

要完成對(duì)接，飛船和空間站須同時(shí)到達(dá)橢圓軌道的近地點(diǎn)，故所需時(shí)間:

/=2771

解得：

Z=54^-J---

NGM

5⑴陪⑵小陪

【詳解】

(1)月球表面處引力等于重力

-Mm

6方=呻

得

M=^

G

(2)“嫦娥四號(hào)”做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有