知識點五 萬有引力與航天-2022年高考物理分類題庫

知識點五萬有引力與航天1.(2022·全國乙卷)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400km的“天宮二號”空間站上通過天地連線,為同學們上了一堂精彩的科學課。通過直播畫面可以看到,在近地圓軌道上飛行的“天宮二號”中,航天員可以自由地飄浮,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動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動所需向心力的大小【解析】選C。在近地圓軌道上飛行的“天宮二號”中,航天員所受地球引力提供向心力,飛船對其作用力近似為零,故選項A、B錯誤,C正確;航天員在地球表面上所受引力的大小F1=GMmR2,航天員隨飛船運動所需向心力的大小等于地球引力的大小,即F2=GMmr2,因為r>R,所以在地球表面上所受引力的大小F1大于其隨飛船運動所需向心力的大小F22.(2022·廣東選擇考)“祝融號”火星車需要“休眠”以度過火星寒冷的冬季。假設火星和地球的冬季是各自公轉周期的四分之一,且火星的冬季時長約為地球的1.88倍?；鹦呛偷厍蚶@太陽的公轉均可視為勻速圓周運動。下列關于火星、地球公轉的說法正確的是 ()A.火星公轉的線速度比地球的大B.火星公轉的角速度比地球的大C.火星公轉的半徑比地球的小D.火星公轉的加速度比地球的小【解析】選D。由題意可知,火星的公轉周期大于地球的公轉周期,根據GMmr2=m4π2T2r可得T=2πr3GM,可知火星的公轉半徑大于地球的公轉半徑,故C錯誤;根據GMmr2=mv2r可得v=GMr,結合C選項,可知火星公轉的線速度小于地球公轉的線速度,故A錯誤;根據ω=2πT可知火星公轉的角速度小于地球公轉的角速度,故B錯誤;3.(2022·河北選擇考)2008年,我國天文學家利用國家天文臺興隆觀測基地的2.16米望遠鏡,發(fā)現了一顆繞恒星HD173416運動的系外行星HD173416b,2019年,該恒星和行星被國際天文學聯合會分別命名為“羲和”和“望舒”,天文觀測得到恒星羲和的質量是太陽質量的2倍,若將望舒與地球的公轉均視為勻速圓周運動,且公轉的軌道半徑相等。則望舒與地球公轉速度大小的比值為 ()A.22B.2C.2 D.2【解析】選C。地球繞太陽公轉和行星望舒繞恒星羲和的勻速圓周運動都是由萬有引力提供向心力,由GMmr2=mv2r解得公轉的線速度大小為v=GMr,其中中心天體的質量之比為2∶1,公轉的軌道半徑相等,則望舒與地球公轉速度大小的比值為4.(2022·浙江6月選考)神舟十三號飛船采用“快速返回技術”,在近地軌道上,返回艙脫離天和核心艙,在圓軌道環(huán)繞并擇機返回地面。則 ()A.天和核心艙所處的圓軌道距地面高度越高,環(huán)繞速度越大B.返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài),不受地球的引力C.質量不同的返回艙與天和核心艙可以在同一軌道運行D.返回艙穿越大氣層返回地面過程中,機械能守恒【解析】選C。根據GMmr2=mv2r,可得v=GMr,可知圓軌道距地面高度越高,環(huán)繞速度越小;而只要速度相同了就可以在同一軌道運行,與返回艙和天和核心艙的質量無關,故A錯誤,C正確;返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài),仍然受到地球引力作用,地球的引力提供宇航員繞地球運動的向心力,故B錯誤;返回艙穿越大氣層返回地面過程中,有空氣阻力做功產生熱量,5.(2022·湖北選擇考)2022年5月,我國成功完成了天舟四號貨運飛船與空間站的對接,形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動,周期約90分鐘。下列說法正確的是 ()A.組合體中的貨物處于超重狀態(tài)B.組合體的速度大小略大于第一宇宙速度C.組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大D.組合體的加速度大小比地球同步衛(wèi)星的小【解析】選C。組合體在天上只受萬有引力的作用,則組合體中的貨物處于失重狀態(tài),A錯誤;由題知組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動,而第一宇宙速度為最大的環(huán)繞速度,則組合體的速度大小不可能大于第一宇宙速度,B錯誤;已知同步衛(wèi)星的周期為24h,則根據角速度和周期的關系有ω=2πT,由于T同>T組合體,則組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大,C正確;由題知組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動,有GMmr2=m4π2T2r,整理有T=2πr3GM,由于T同>T組合體,則r同>r組合體,且同步衛(wèi)星和組合體在天上有ma=GMmr6.(2022·山東等級考)“羲和號”是我國首顆太陽探測科學技術試驗衛(wèi)星。如圖所示,該衛(wèi)星圍繞地球的運動視為勻速圓周運動,軌道平面與赤道平面接近垂直。衛(wèi)星每天在相同時刻,沿相同方向經過地球表面A點正上方,恰好繞地球運行n圈。已知地球半徑為地軸R,自轉周期為T,地球表面重力加速度為g,則“羲和號”衛(wèi)星軌道距地面高度為 ()A.(gR2T22C.(gR2T24n【解析】選C。地球表面的重力加速度為g,根據牛頓第二定律得GMmR2=mg,解得GM=gR2,根據題意可知,衛(wèi)星的運行周期為T'=Tn,根據牛頓第二定律,萬有引力提供衛(wèi)星運動的向心力,則有GMm(R+h)2=m4π2T'2(7.(多選)(2022·遼寧選擇考)如圖所示,行星繞太陽的公轉可以看成勻速圓周運動。在地圖上容易測得地球—水星連線與地球—太陽連線夾角α,地球—金星連線與地球—太陽連線夾角β,兩角最大值分別為αm、βm則 ()A.水星的公轉周期比金星的大B.水星的公轉向心加速度比金星的大C.水星與金星的公轉軌道半徑之比為sinαm∶sinβmD.水星與金星的公轉線速度之比為sinαm【解析】選B、C。根據萬有引力提供向心力有GMmR2=m4π2T2R=ma,可得T=2πR3GM,a=GMR2,因為水星的公轉半徑比金星小,故可知水星的公轉周期比金星的小;水星的公轉