2022届高考物理二轮专题训练：万有引力与航天 WORD版含答案.docx

1、模拟卷 万有引力与航天 2022年高考物理二轮专题训练一、单选题1我国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭将高分五号卫星送入705公里高度的轨道，高分五号卫星和之前发射的高分四号卫星都绕地球做匀速圆周运动。高分四号卫星是一颗相对地球赤道某位置静止的光学遥感卫星，下列关于这两颗卫星说法正确的是（）A高分四号卫星绕地球运动的周期大于24小时B高分五号卫星的线速度小于高分四号卫星的线速度C高分五号卫星的运行周期小于高分四号卫星的运行周期D高分五号卫星的向心加速度小于高分四号卫星的向心加速度2（2022江苏扬州中学高三开学考试）、为相距遥远的两颗半径相同的行星，距各自表面相同高度处各有一颗卫星、做匀

2、速圆周运动。图中纵坐标表示行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度，横坐标表示物体到行星中心距离的平方，两条曲线分别表示、周围的与的反比关系，它们左端点的横坐标相同。则（）A的向心力比的大B的公转周期比的大C的质量一定比的大D的“第一宇宙速度”比的小3（2022重庆高三阶段练习）如图所示是同一卫星绕地球飞行的三条轨道，轨道1是近地圆形轨道，2和3是变轨后的椭圆轨道。A点是轨道2的近地点，轨道1、2在A点相切，B点是轨道2的远地点，则下列说法中正确的是（）A三条轨道中，卫星在轨道1上绕地球运行的周期最大B卫星在轨道1上经过A点的速度小于卫星在轨道2上经过A点的速度C卫星在轨道1上的向心加速度小于

3、地球同步卫星的向心加速度D卫星在轨道1上经过A点的向心加速度大于卫星在轨道2上经过A点的向心加速度4（2021山东泗水县教育和体育局教学研究中心高三期中）地球环境的变化，大家都是有目共睹的，也许将来有一天真的不再适合人类居住，电影流浪地球里的选择是带着地球一起流浪，而现实中，有人选择移居火星。火星是靠近地球的类地行星，已知地球质量约为火星质量的10倍，地球半径约为火星半径的2倍；设地球的公转周期为、地球表面的重力加速度为、地球的第一宇宙速度为、地球的密度为，则（）A火星的公转周期为B火星表面的重力加速度约为C火星的第一宇宙速度约为D火星的密度约为5（2022江西新余高三期末）我国首个月球探测计

4、划“嫦娥工程”分三个阶段实施，大约用十年左右时间完成，假设嫦娥四号探测器在距月球表面高度为6R的圆形轨道I上做匀速圆周运动，运行周期为T，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道II，到达轨道的近月点B时，再次点火进入近月轨道III绕月球做匀速圆周运动，如图所示，己知月球半径为R，重力加速度约为g， 引力常量为G，则下列说法正确的是（）A月球的质量可表示为B在轨道II上B点速率等于C“嫦娥四号”探测器在轨道II上的机械能大于轨道I上的机械能D“嫦娥四号”探测器在椭圆轨道II上的周期小于轨道I上的周期6（2022河北模拟预测）2020年7月23日我国成功发射执行火星探测任务的“天问一号”探测器，探测

5、器将在地火转移轨道飞行约7个月后，到达火星附近，通过“刹车”完成火星捕获，进入环火轨道，并择机开展登陆、巡视等任务。若火星探测器绕火星表面做匀速圆周运动转过（弧度制）所用时间为t，已知火星半径为R，引力常量为G。下列说法正确的是（）A火星上的物体要脱离火星束缚所需速度至少为B火星赤道上的物体随火星自转的向心加速度为2t2RC若火星探测器做圆周运动的轨道半径可调，则其转过相同弧长所用时间与轨道半径满足关系式D火星的质量为7（2022云南昭通高三阶段练习）2021 年10月16日，中国神舟十三号载人飞船与空间站完成对接，对接过程简化示意图如图所示，空间站在距地面约400km、半径为r2的圆轨道II

6、I上做匀速圆周运动。神舟十三号飞船在半径为r1的轨道I上绕地球做匀速圆周运动的周期为T1，通过变轨操作后，沿椭圆轨道II运动，到达A处与空间站对接后，随空间站在轨道III上做匀速圆周运动。已知地球同步卫星距地面的高度约为36000km，则（）A空间站绕地球运行的周期大于24小时B空间站绕地球运行的速度大于7. 9km/sC神舟十三号飞船沿轨道II运行的周期为D神舟十三号飞船在A点处减速和空间站完成对接二、多选题8（2021辽宁沈阳二中高三阶段练习）2013年4月出现了“火星合日”的天象。“火星合日”是指火星、太阳、地球三者之间形成一条直线时，从地球的方位观察，火星位于太阳的正后方，火星被太阳完

7、全遮蔽的现象，如图所示，已知地球、火星绕太阳运动的方向相同，若把火星和地球绕太阳运动的轨道视为圆，火星绕太阳公转周期约等于地球公转周期的2倍，由此可知（）A“火星合日”每年都会出现至少一次B“火星合日”不是每年都会出现C火星的公转半径约为地球公转半径的倍D火星的公转半径约为地球公转半径的8倍9（2022湖南衡阳市船山英文学校高三开学考试）北京时间2021年10月16日0时23分，搭载“神舟十三号”载人飞船的“长征二号”F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射，一段时间后，“神舟十三号”载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。飞船入轨后，按照预定程序与“天和”核心舱和“天舟二

8、号”“天舟三号”组合体进行自主快速交会对接。航天员进驻“天和”核心舱，开启为期6个月的在轨驻留。下列说法正确的是（）A“神舟十三号”载人飞船与火箭成功分离后，火箭立即做自由落体运动B“神舟十三号”载人飞船与“天和”核心舱和“天舟二号”“天舟三号”组合体对接后的运行速度小于C若“天和”核心舱在轨运行时受阻力作用，则其运行周期将变小D6个月后，返回舱返回地球，其在低轨道上的加速度小于在高轨道上的加速度10（2021河南高三阶段练习）我国已掌握“半弹道跳跃式高速再入返回技术”，为实现“嫦娥”飞船月地返回任务奠定基础。如图所示，假设与地球同球心的虚线球面为地球大气层边界，虚线球面外侧没有空气，返回舱从

9、a点无动力滑入大气层，然后经b点从c点“跳出”，再经d点从e点“跃入”实现多次减速，可避免损坏返回舱。d点为轨迹最高点，离地面高h，已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。则返回舱（）A在d点加速度小于B在d点速度小于C虚线球面上c、e两点离地面高度相等，所以vc和ve大小相等D虚线球面上a、c两点离地面高度相等，所以va和vc大小相等11（2019西藏林芝一中高三阶段练习）是在地球上空的四颗卫星，如下图所示，的运行轨道为圆形，在同一轨道，的运行轨道为椭圆形。关于这四颗卫星，下列说法正确的是（）A若均沿顺时针方向飞行，只要加速就可以追上B和的向心加速度大小相等，且小于的向心加速度C对卫星，无

10、法在其内部用天平测量某物体质量D的运行周期大于的运行周期三、实验题12（2021北京牛栏山一中实验学校高三阶段练习）用如图（a）所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上，同时钢球在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。（1）下列实验条件必须满足的有_；A斜槽轨道光滑B斜槽轨道末段水平C挡板高度等间距变化D每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系：a.取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_（选填

11、“最上端”、“最下端”或者“球心对应白纸上的位置”即为原点），在确定y轴时_（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重锤线平行；b.假定图（b）所示曲线为通过实验得到的平抛运动的轨迹。现在x轴上等距离选取四个点，通过这四个点向作轴垂线，分别交抛体轨迹于，对应轴的坐标分别为。请通过分析计算，论证说明：如何判断该曲线是否为抛物线，写出论证方案；_（3）牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度大于某一值如物体就不再落回地面，它将在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，成为人造地球卫星，这个速度就是第一宇宙速度。请推导地球的第一宇宙速度的表达式（用地球表面重力加速度g

12、和地球半径R表达）_。13（2022全国高三专题练习）用如图甲所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。（1）下列实验条件必须满足的有_。A斜槽轨道光滑B斜槽轨道末端水平C挡板高度等间距变化D每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_（选填“最上端”“最下端”或“球

13、心”）对应白纸上的位置即为坐标原点；在确定y轴时_（选填“需要”或“不需要”）确保y轴与铅垂线平行。若遗漏记录平抛运动轨迹的起始点也可按下述方法处理数据：如图乙所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则_（选填“大于”“等于”或“小于”），可求得钢球平抛的初速度大小为_（已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）。（3）伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_。A在水平方向上做匀速直线运动B在竖直方向上做自由落体运动C在下落

14、过程中机械能守恒（4）牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。同样是受地球引力，随着抛出速度的增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分析原因_。四、解答题14（2021福建厦门一中高三期中）宇宙空间有两颗相距较远、中心距离为的星球A和星球B。在星球A上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，如图（a）所示，P由静止向下运动，其加速度与弹簧的压缩量间的关系如图（b）中实线所示。在星球B上用完全相同的弹簧和物体P完成同样的过程，其关系如图（b）中虚线所示（图中未知）。已知

15、两星球密度相等。星球A的质量为，引力常量为G。假设两星球均为质量均匀分布的球体。（1）求星球A和星球B的表面重力加速度的比值；（2）求星球B的质量M；（3）若将星球A和星球B看成是远离其他星球的双星模型，求两星球做匀速圆周运动的周期T。15（2022全国高三专题练习）太阳主要是由e、和等粒子组成的。维持太阳辐射的是其内部的核聚变反应，核反应方程是，该核反应产生的核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化模型，假定目前太阳全部由e和核组成，并据此回答下列问题。（1）已知地球半径，地球质

16、量，日地中心的距离，地球表面处的重力加速度，1年约为，试估算目前太阳的质量M。（2）已知质子质量，质量，电子质量，光速。求题中所述的核聚变反应所释放的核能。（3）已知地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能。试估算太阳继续保持在主序星阶段的寿命。（结果保留一位有效数字）16（2021北京海淀高三期中）2020年12月17日，嫦娥五号返回器携带月球样品在预定区域安全着陆，探月工程取得圆满成功。若已知月球质量为，月球半径为，地球质量为，地球半径为，月球中心与地球中心的距离为L，引力常量为G。在以下问题的讨论中，将地球、月球均视为质量分布均匀的球体，不考虑月球和地球自转的影响。（1）嫦

17、娥五号带回了月球样品，某样品在月球表面附近所受重力大小为，在地球表面附近所受重力大小为，求比值的表达式。（2）若将月球绕地球的公转视为一个质点绕地球做匀速圆周运动，其公转周期为T。a请写出月球绕地球公转的向心加速度a与T之间的关系式。b经查阅资料，可知地球半径约为，月球与地球中心的距离L约为地球半径的60倍，取地球表面附近自由落体加速度。牛顿在思考行星间的引力时，猜想“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，最终他利用“月地检验”证实了自己的猜想。根据牛顿的猜想，推导并写出月球受地球引力产生的加速度的表达式（用g、L表示）；为确定牛顿的猜想是否正确，请写出还需查阅本题信息中哪

18、个物理量的具体数值。17某网站报道：“最近某国发射了一颗人造环月卫星，卫星的质量为1000kg，环绕周期为1h”一名同学对新闻的真实性感到怀疑他认为：以该国的航天技术水平，近期不可能成功发射环月卫星，而且该网站公布的数据似乎存在问题。他准备用所学知识对该数据进行验证。他记不清引力常量的数值且手边也没有可查找的资料，但他记得月球半径约为地球半径的，地球半径约为6400km，月球表面重力加速度约为地球表面的，地球表面的重力加速度g=9.8。他利用上述这些数据经过推导分析，进一步认定该新闻不真实。根据上述数据，运用物理学知识，写出该同学可能会质疑的内容与推导判断过程。参考答案：1C【解析】A高分四号

19、卫星是一颗相对地球赤道某位置静止的光学遥感卫星，则高分四号卫星为地球同步卫星，周期等于24小时，故A错误；BCD设卫星的质量为m，轨道半径为r，地球的质量为M，卫星绕地球做匀速圆周运动，由地球的万有引力提供向心力，则得mrma得T2，v，a可知，卫星的轨道半径越小，周期越小，而角速度、线速度和向心加速度越大，“高分五号”的轨道半径比“高分四号”的小，所以“高分五号”的周期较小，而线速度和向心加速度较大，故C正确，BD错误。故选C。2C【解析】C根据牛顿第二定律，行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度为P1、P2的半径相等，它们左端点横坐标相同，所以结合a与r2的反比关系函数图象得出P1的质量

20、大于P2的质量，故C正确；D第一宇宙速度P1的质量大于P2的质量，半径相等，所以P1的“第一宇宙速度”比P2的大，故D错误；B根据万有引力提供向心力得出周期表达式T=2所以s1的公转周期比s2的小，故B错误；As1、s2的轨道半径相等，根据因两卫星的质量关系不确定，则不能比较向心力关系，选项A错误；故选C。3B【解析】A根据开普勒第三定律知，卫星在轨道1上绕地球运行的周期最小，A错误；B卫星在轨道1上经过A点时加速做离心运动才能变轨到轨道2，所以卫星在轨道2上经过A点时的速度大于在轨道1上经过A点时的速度，B正确；C根据牛顿第二定律可得解得卫星做匀速圆周运动的向心加速度轨道1的半径小于地球同步

21、卫星的轨道半径，所以卫星在轨道1上的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度，C错误；D根据，卫星在轨道1上经过A点与在轨道2上经过A点时向心加速度相等，D错误。故选B。4B【解析】A根据解得由于火星的公转半径不知道所以其公转周期无法确定，所以A错误；B根据解得则火星表面的重力加速度约为所以B正确；C根据解得火星的第一宇宙速度约为所以C错误；D根据解得则火星的密度约为所以D错误；故选B。5D【解析】A探测器在轨道I上做匀速圆周运动，由圆周运动规律和万有引力定律有r=7R知月球的质量为故选项A错误； B探测器在近月轨道III绕月做匀速圆周运动解得在轨道II上B点速率大于月球的第一宇宙速度，即大于，

22、选项B错误；C从轨道I到轨道II要在A点减速，则轨道I的机械能大于轨道II上的机械能，选项C错误；D由开普勒第三定律知，探测器在椭圆轨道II上的半长轴小于轨道I的半径，则在椭圆轨道II上的周期小于轨道I的周期，选项D正确。故选D。6D【解析】A火星探测器绕火星表面做圆周运动的速度为火星的第一宇宙速度，由题意可知火星探测器绕火星表面运行的角速度线速度而火星上的物体想要脱离火星束缚，所需要的最小速度为火星的第二宇宙速度，故A错误；B火星赤道上的物体所受到的万有引力提供物体的重力和物体随火星自转所需要的向心力，物体随火星自转的向心加速度为02R，其中0是火星自转角速度，远小于，故B错误；C设轨道半径

23、分别为R1、R2，线速度分别为v1、v2，设探测器转过相等的弧长L所用时间分别为t1、t2，则有根据可得联立可得故C错误；D根据可得火星的质量为故D正确。故选D。7C【解析】A根据牛顿第二定律解得空间站的公转半径小于同步卫星的公式半径，所以，空间站绕地球运行的周期小于24小时，A错误；B根据牛顿第二定律解得空间站的公转半径大于表面卫星的轨道半径，所以空间站绕地球运行的速度小于7. 9km/s，B错误；C根据开普勒第三定律得解得C正确；D神舟十三号飞船在A点处加速做离心运动和空间站完成对接，D错误。故选C。8BC【解析】AB根据题意有解得故“火星合日”约每2年出现一次，选项B正确，A错误；CD根

24、据得火星绕太阳公转周期约等于地球公转周期的2倍，则火星的公转半径约为地球公转半径的倍，选项C正确，D错误。故选BC。9BC【解析】A“神舟十三号”载人飞船与火箭成功分离后，火箭不会立即做自由落体运动，而会先上升一段距离再下落，A错误； B“神舟十三号”载人飞船与“天和”核心舱和“天舟二号”“天舟三号”组合体对接后的运行速度小于第一宇宙速度，B正确； C若“天和”核心舱受阻力作用，轨道半径减小，则它的运行速度增大，周期将变小，C正确； D返回舱返回地球，在低轨道上的加速度大于在高轨道上的加速度，D错误。故选BC。10BC【解析】A根据牛顿第二定律解得A错误；B在d点，万有引力大于向心力，根据牛顿

25、第二定律解得B正确；C从c到d到e的过程没有空气阻力，机械能守恒，所以C正确；D由a点到c点，根据动能定理解得D错误。故选BC。11BC【解析】A若均沿顺时针方向飞行，若加速运动，则做离心运动，轨道升高，不能追上，故A错误；B根据和的向心加速度大小相等，且小于的向心加速度，故B正确；C对卫星，重力充当向心力，处于失重状态，无法在其内部用天平测量某物体质量，故C正确；D根据轨道半径越大，周期越大，故的运行周期小于的运行周期，故D错误。故选BC。12 BD 球心对应白纸上的位置 需要 见解析 【解析】【分析】（1）1AB为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，

26、但必须是水平的，故A错误，B正确；C档板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同的位置即可，不需要等间距变化，故C错误；D只有让小球每次从同一位置静止释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点，故D正确。故选BD。（2）2小球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是小球静置于Q点时球心的位置，故应以球心在白纸上的位置为坐标原点。3小球在竖直方向为自由落体运动，故y轴必须保证与重锤线平行。（3）4若轨迹为抛物线，则由于在x轴上选取的A1、A2、A3、A4四个点是等距离的，所以相邻两点之间的时间间隔相同。且在竖直方向，由可得所以论证方案为：因各纵坐标从起始时刻经历相同时间，由抛物线观察是否接近有

27、的比例关系。5物体速度为v时，物体以地心为圆心、地球半径为圆周半径做匀速圆周运动，万有引力恰好提供向心力，即万有引力等于重力，有联立可得13 BD 球心 需要 大于 B 见解析【解析】【分析】（1）1B斜槽的作用是提供一个恒定的水平速度，水平速度要求斜槽轨道末端水平，故B正确；AD速度大小恒定，则要求应将钢球每次从斜槽上相同的位置无初速度释放，对斜槽轨道是否光滑无要求，故D正确，A错误；C记录平抛运动的轨迹时，对挡板高度变化无要求，故C错误。（2）23平抛运动的起点是球心对应的位置，确定y轴时，需要确保y轴平行于铅垂线。45AB和BC的水平间距相等，由于钢球在水平方向上的运动是匀速直线运动，可

28、推出AB和BC的时间间隔相等；竖直方向是匀加速直线运动，则 若竖直初速度为0，位移之比是 13；A点的竖直速度不为0则由联立求得（3）6炮台的竖直高度一定，炮弹在竖直方向上做自由落体运动，下落时间相同，故B正确，A、C错误。（4）7物体的初速度较小时，运动范围很小，引力可以看成恒力重力，做平抛运动；随着物体初速度的增大，运动范围变大，引力不能再看成恒力；当物体的初速度达到第一宇宙速度时，物体绕地球做圆周运动而成为地球卫星。14(1)；(2)；(3)【解析】(1)对物体P受力分析，根据牛顿第二定律可得结合ax图像可知，纵截距表示星球表面重力加速度，则有(2)设星球B的质量为M，根据黄金替换公式根

29、据质量与体积关系式联立得由于星球A和星球B密度相等，可见可得则星球B与星球A的质量比为联系以上各式可得(3)将星球A和星球B看成双星模型时，它们在彼此的万有引力作用下做匀速圆周运动，周期相同。研究星球A，有研究星球B，有又联立可得15(1) ；(2)；(3) 【解析】(1)由及联立可得(2)核聚变反应所释放的核能(3)根据题给假设，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为因此，太阳总共辐射出的能量为设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能为所以太阳继续保持在主序星的时间为由以上各式解得16(1) ；(2) a；b；还需查阅T的值【解析】(1)样品在月球表面附近所受重力大小为在地球表面附近所受重力大小为则比值(2)a月球绕地球公转的向心加速度a与T之间的关系式为b由则可得物体在地球表面时有可得联立可得为确定牛顿的猜想是否正确，由a的结果可知，还需查阅本题中月球的公转周期T，即可验证。17这是一则假新闻【解析】设为近月卫星，月球M对卫星m的万有引力是卫星运动的向心力，则有在月球表面由可得代入数据即绕月运行的卫星的最小周期为102.6min，远大于报导中的60min（1小时），故可判断其为假新闻。