萬有引力與航天-五年（2018-2022）高考物理真題匯編卷 全國卷版

考點(diǎn)五：萬有引力與航天—五年（2018-

2022）高考物理真題專項(xiàng)匯編卷全國卷版

1.【2022全國乙】2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約40Okm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全國甲】2021年2月，執(zhí)行我國火星探測任務(wù)的天問一號(hào)探測器在成功實(shí)施三次近火制

動(dòng)后，進(jìn)入運(yùn)行周期約為1.8x105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8xK/m。

已知火星半徑約為3.4xlθ6∏ι，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7m∕s2,則天間一號(hào)的停

泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為（）

A.6×IO5mB.6×IO6mC.6×107mD.6×IO8m

3.【2021全國乙】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，給出1994年到

2002年間S2的位置如圖所示?？茖W(xué)家認(rèn)為S2的運(yùn)動(dòng)軌跡是半長軸約為IOOOAU（太陽到地球的

距離為IAU）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)太陽的質(zhì)量為M,可以推測出該

A.4×104MB.4×106MC.4×108MD.4×1O'OM

4.【2020全國1】火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的半徑約為地球半徑的;，則同一物體

在火星表面與在地球表面受到的引力的比值約為（）

A.0.2B.0.4C.2.0D.2.5

5.【2020全國2】若一均勻球形星體的密度為p,引力常量為G,則在該星體表面附近沿圓軌道繞

其運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的周期是（）

6.【2019全國1】在星球例上將一輕彈簧豎直固定在水平桌面上，把物體P輕放在彈簧上端，P由

靜止向下運(yùn)動(dòng)物體的加速度。與彈簧的壓縮量X間的關(guān)系如圖中實(shí)線所示。在另一星球N上用完全

相同的彈簧，改用物體。完成同樣的過程，其"-X關(guān)系如圖中虛線所示.假設(shè)兩星球均為質(zhì)量均

勻分布的球體。已知星球M的半徑是星球N的3倍，貝∣J（）

A.M與N的密度相等B.Q的質(zhì)量是尸的3倍

C.Q下落過程中的最大動(dòng)能是P的4倍D.Q下落過程中彈簧的最大壓縮量是P的4倍

7.12019全國2】2019年1月，我國嫦娥四號(hào)探測器成功在月球背面軟著陸.在探測器“奔向”月

球的過程中，用6表示探測器與地球表面的距離，尸表示它所受的地球引力，能夠描述尸隨力變化

關(guān)系的圖像是（）

8.12018全國1】2017年，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原

的過程，在兩顆中子星合并前約IoOS時(shí)，它們相距約400km,繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12

圈。將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí),

可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星（）

A.質(zhì)量之積B.質(zhì)量之和C.速率之和D.各自的自轉(zhuǎn)角速度

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：C

MmMm4π2

解析：在火星表面有G=mg,火星近火衛(wèi)星所受萬有引力充當(dāng)向心力有G=〃辛R，探

^κ

測器在停泊軌道上遠(yuǎn)行時(shí)有拉=關(guān)，探測器遠(yuǎn)火點(diǎn)與近火點(diǎn)與火星中心距離之和為24,聯(lián)立可

得，停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為6x10?m,C項(xiàng)正確。

3.答案：B

解析：由1994年到2002年間恒星S2的觀測位置圖可知，恒星S2繞黑洞運(yùn)動(dòng)的周期大約為

4=16年，半長軸為α=1000AU,設(shè)黑洞的質(zhì)量為M黑，恒星S2質(zhì)量為牡，將恒星S2繞黑洞

近似看成做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬有引力提供向心力可得=空］；設(shè)地球質(zhì)量為犯，

地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r=IAU,周期TJ=I年，由萬有引力提供向心力可得

/\2

=,聯(lián)立解得黑洞質(zhì)量M黑弓4χl(TM,選項(xiàng)B正確。

r??i>

4.答案：B

解析：由萬有引力定律可得，質(zhì)量為機(jī)的物體在地球表面上時(shí)，受到的萬有引力大小

為%=Gf一，在火星表面上時(shí)，受到的萬有引力大小為七=G—上，二者的比

穌K火

居，Mj,Rl

值T==04,故B正確，ACD錯(cuò)誤。

5.答案：A

4

解析：設(shè)星體半徑為R,則其質(zhì)量在該星體表面附近沿圓軌道繞其運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星所受

萬有引力提供向心力，有G筆=W蕓?R,聯(lián)立解得T=總，故A選項(xiàng)正確，B、C、D選項(xiàng)

錯(cuò)誤。

6.答案:AC

解析:對(duì)物體在彈簧上向下運(yùn)動(dòng)的過程應(yīng)用牛頓第二定律得〃-丘=W，則α=g-Xχ,結(jié)合

tn

k3a1kan

n

α-x圖像可得，重力加速度giw=3&、g,v=%，二1=二一'二聯(lián)立可解得?=6wp,故

flip???1IQ4人0

B選項(xiàng)錯(cuò)。認(rèn)為星球表面的重力等于萬有引力，即,咫=G粵，則星球質(zhì)量星球的密

R-G

R2g

度夕=竺=7鼠由此可知M星球與N星球的密度之比為久L=噂L=3%xg=l,故

V士成34兀GRPNg∕v%?3

3

A選項(xiàng)正確。設(shè)彈簧的最大壓縮量為/，此時(shí)物體動(dòng)能為零，由機(jī)械能守恒定律有％?Xn

則Xm=孚，由止匕可得土絲=皿L=6x獸=2,故D選項(xiàng)錯(cuò)。當(dāng)物體加速度等于零時(shí)，速度最

3

kXmW?

2

大，動(dòng)能最大，由機(jī)械能守恒定律有，Etim=mgx'-^kx',結(jié)合儂=標(biāo)可得Ekm=；丘”，此時(shí)

P、。對(duì)應(yīng)的彈簧的壓縮量分別為％和2x°,故有J?=ja]=4,故C選項(xiàng)正確。

EkmPIXo)

7.答案：D

解析：在嫦娥四號(hào)探測器“奔向”月球的過程中，根據(jù)萬有引力定律，可知隨著〃的增大，探測