2021年高考物理真題和模擬題分類匯編專題06萬(wàn)有引力定律與航天【含答案】

專題06萬(wàn)有引力定律與航天選擇題1.(浙江卷)空間站在地球外層的稀薄大氣中繞行，因氣體阻力的影響，軌道高度會(huì)發(fā)生變化?？臻g站安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)，可對(duì)軌道進(jìn)行修正。圖中給出了國(guó)際空間站在2020.02-2020.08期間離地高度隨時(shí)間變化的曲線，則空間站()

A.繞地運(yùn)行速度約為B.繞地運(yùn)行速度約為C.在4月份繞行的任意兩小時(shí)內(nèi)機(jī)械能可視為守恒D.在5月份繞行的任意兩小時(shí)內(nèi)機(jī)械能可視為守恒答案D解析：在5月份軌道半徑基本不變，故可視為機(jī)械能守恒，故D正確。故選D。2.(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(太陽(yáng)到地球的距離為)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.答案B解析：可以近似把S2看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由圖可知，S2繞黑洞的周期T=16年，地球的公轉(zhuǎn)周期T0=1年，S2繞黑洞做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r與地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R關(guān)系是地球繞太陽(yáng)的向心力由太陽(yáng)對(duì)地球的引力提供，由向心力公式可知解得太陽(yáng)的質(zhì)量為同理S2繞黑洞的向心力由黑洞對(duì)它的萬(wàn)有引力提供，由向心力公式可知解得黑洞的質(zhì)量為綜上可得故選B。3.(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(wèn)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1.8×105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m。已知火星半徑約為3.4×106m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7m/s2，則“天問(wèn)一號(hào)”的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為A.6×105mB.6×106mC.6×107mD.6×10答案C解析：忽略火星自轉(zhuǎn)則①可知設(shè)與為1.8×105s的橢圓形停泊軌道周期相同的圓形軌道半徑為，由萬(wàn)引力提供向心力可知②設(shè)近火點(diǎn)到火星中心為③設(shè)遠(yuǎn)火點(diǎn)到火星中心為④由開(kāi)普勒第三定律可知⑤由以上分析可得故選C。4.(湖南卷)2021年4月29日，中國(guó)空間站天和核心艙發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。根據(jù)任務(wù)安排，后續(xù)將發(fā)射問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，計(jì)劃2022年完成空間站在軌建造。核心艙繞地球飛行的軌道可視為圓軌道，軌道離地面的高度約為地球半徑的。下列說(shuō)法正確的是A.核心艙進(jìn)入軌道后所受地球的萬(wàn)有引力大小約為它在地面時(shí)的倍B.核心艙在軌道上飛行的速度大于C.核心艙在軌道上飛行的周期小于D.后續(xù)加掛實(shí)驗(yàn)艙后，空間站由于質(zhì)量增大，軌道半徑將變小答案AC解析：根據(jù)萬(wàn)有引力定律有核心艙進(jìn)入軌道后的萬(wàn)有引力與地面上萬(wàn)有引力之比為所以A正確；根據(jù)可知軌道半徑越大周期越大，則其周期比同步衛(wèi)星的周期小，小于24h，所以C正確；故選AC。5.(河北卷)“祝融號(hào)”火星車登陸火星之前，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器沿橢圓形的停泊軌道繞火星飛行，其周期為2個(gè)火星日，假設(shè)某飛船沿圓軌道繞火星飛行，其周期也為2個(gè)火星日，已知一個(gè)火星日的時(shí)長(zhǎng)約為一個(gè)地球日，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的0.1倍，則該飛船的軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑的比值約為()A.B.C.D.答案D解析：繞中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，可得則，由于一個(gè)火星日的時(shí)長(zhǎng)約為一個(gè)地球日，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的0.1倍，則飛船的軌道半徑則故選D。6.(2021春·浙江卷)嫦娥五號(hào)探測(cè)器是我國(guó)首個(gè)實(shí)施月面采樣返回的航天器，由軌道器、返回器、著陸器和上升器等多個(gè)部分組成。為等待月面采集的樣品，軌道器與返回器的組合體環(huán)月做圓周運(yùn)動(dòng)。已知引力常量G=6.67×10-11N?m2/kg2地球質(zhì)量m=6.0×1024kg，月球質(zhì)量m2=7.3×1022kg，月地距離r1=3.8×105km，月球半徑r2=1.7×103A.16m/sB.1.1×102m/sC.1.6×103m/sC根據(jù)可得故選C。7.(廣東卷)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.核心艙的繞地角速度和繞地周期D.核心艙的繞地線速度和繞地半徑答案D解析：根據(jù)核心艙做圓周運(yùn)動(dòng)向心力由地球的萬(wàn)有引力提供，可得可得可知已知核心艙的質(zhì)量和繞地半徑、已知核心艙的質(zhì)量和繞地周期以及已知核心艙的角速度和繞地周期，都不能求解地球的質(zhì)量；若已知核心艙的繞地線速度和繞地半徑可求解地球的質(zhì)量。故選D。8.(四川瀘州三模)12月17日凌晨1時(shí)59分，嫦娥五號(hào)返回器攜帶月球樣品，采用“半彈道跳躍”方式返回地球，圓滿完成了月球取樣任務(wù)。如圖虛線為大氣層邊界，返回器從a點(diǎn)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)動(dòng)力滑入大氣層，然后從c點(diǎn)“跳”出，再?gòu)膃點(diǎn)“躍”入，實(shí)現(xiàn)多次減速，可避免損壞返回器。d點(diǎn)為軌跡的最高點(diǎn)，離地心的距離為r，返回器在d點(diǎn)時(shí)的速度大小為v，地球質(zhì)量為M，引力常量為G。則返回器(A.在d點(diǎn)處于完全失重狀態(tài)B.在d點(diǎn)時(shí)的速度大小v=C.在d點(diǎn)時(shí)的加速度大小為D.從a點(diǎn)到c點(diǎn)的過(guò)程中，只有重力在做功AA．在d點(diǎn)返回器只受地球的引力作用，所以返回器處于完全失重狀態(tài)，則A正確；B．在d點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)返回器的速度大小為v=，但返回器在d點(diǎn)做近心運(yùn)動(dòng)，則在d點(diǎn)時(shí)的速度大小v<，所以B錯(cuò)誤；C．在d點(diǎn)時(shí)的加速度大小為所以C錯(cuò)誤；D．從a點(diǎn)到c點(diǎn)過(guò)程中，除了重力在做功還有空氣阻力做功，所以D錯(cuò)誤；故選A。9．(北京海淀一模)2020年12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)返回器在我國(guó)內(nèi)蒙古中部四子王旗著陸場(chǎng)成功著陸，這一事件標(biāo)志著我國(guó)首次月球采樣任務(wù)取得圓滿成功。此次任務(wù)中，為了節(jié)省燃料、保證返回器的安全，也為之后的載人登月返回做準(zhǔn)備，返回器采用了半彈道跳躍返回方式，具體而言就是返回器先后經(jīng)歷兩次“再入段”，利用大氣層減速。返回器第一次再入過(guò)程中，除受到大氣阻力外還會(huì)受到垂直速度方向的大氣升力作用，使其能再次跳躍到距地面高度120km以上的大氣層，做一段跳躍飛行后，又再次進(jìn)入距地面高度120km以下的大氣層，使再入速度達(dá)到安全著陸的要求。這一返回過(guò)程如圖10所示。若不考慮返回器飛行中質(zhì)量的變化，從以上給出的信息，可以判斷下列說(shuō)法中正確的是A．若沒(méi)有大氣層的減速作用，返回器返回著陸點(diǎn)時(shí)的速度等于第一宇宙速度B．返回器在第一次再入段，經(jīng)過(guò)軌道最低點(diǎn)前已開(kāi)始減速C．返回器在第一次再入段，經(jīng)過(guò)軌道最低點(diǎn)時(shí)所受大氣升力與萬(wàn)有引力大小相等D．返回器從第一次再入至著陸過(guò)程中與大氣摩擦產(chǎn)生的熱量等于其第一次再入時(shí)的動(dòng)能B因?yàn)榈谝挥钪嫠俣仁抢@地球的環(huán)繞速度，若沒(méi)有大氣層的減速作用，返回器返回時(shí)，重力做正功，它的速度增大，它的速度也可能大于第一宇宙速度，速度大之所以落地面上了，是因?yàn)榉祷仄鞯姆较蚴侵赶虻厍虻?，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于大氣的阻力與速度的方向是相反的，起減速的作用，而還有一個(gè)垂直速度方向的大氣升力，它是改變運(yùn)動(dòng)方向的，返回器第一次再進(jìn)入時(shí)段，經(jīng)過(guò)軌道最低點(diǎn)前，重力做正功，阻力做負(fù)功，升力不做功，故是不是開(kāi)始減速了，需要知道重力做的功與阻力做功的關(guān)系，二者的關(guān)系不好直接判斷，但是我們可以通過(guò)第一次再入階段時(shí)指定回器受到的合力情況判斷，由軌跡可知，此時(shí)它受到的合力是向上的，該力與它的位移方向夾角大于90度，故合力對(duì)它做負(fù)功，如圖所示，所以其速度是減小的，選項(xiàng)B正確；xFxF合返回器在第一次再入段，經(jīng)過(guò)軌道最低點(diǎn)時(shí)，它相當(dāng)于做圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，此時(shí)需要向上的向心力，即升力要大于重力才可以，故升力與萬(wàn)有引力不相等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；利用能量守恒可知，設(shè)著陸點(diǎn)返回器的速度為0，則返回器在第一次再入至著陸過(guò)程中，mgh+Ek=Q，返回器與大氣層摩擦而產(chǎn)生的熱量不等于其第一次再入時(shí)的動(dòng)能，而是大于這個(gè)動(dòng)能，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.(河北唐山一模)假設(shè)在月球表面將物體以某速度豎直上拋，經(jīng)過(guò)時(shí)間t物體落回地面，上升的最大高度為h。已知月球半徑為R、萬(wàn)有引力常量為G，不計(jì)一切阻力。則月球的密度為()A.B.C.D.C由自由落體公式得設(shè)月球質(zhì)量為M，月球表面質(zhì)量為m的物體所受重力設(shè)月球體積為V則月球密度為聯(lián)立以上各式得故選C。11.(云南曲靖一模)“嫦娥四號(hào)”已成功降落月球背面，未來(lái)中國(guó)還將建立繞月軌道空間站。如圖所示，關(guān)閉動(dòng)力的宇宙飛船在月球引力作用下沿地一月轉(zhuǎn)移軌道向月球靠近，并將與空間站在A處對(duì)接。已知空間站繞月軌道半徑為r，周期為T(mén)，萬(wàn)有引力常量為G，月球的半徑為R，下列說(shuō)法正確的是()A.宇宙飛船A處由橢圓軌道進(jìn)入空間站軌道必須點(diǎn)火減速B.宇宙飛船在A處由橢圓軌道進(jìn)入空間站軌道必須點(diǎn)火加速C.月球的第一宇宙速度為D.月球的第一宇宙速度為AC【詳解】AB．宇宙飛船在橢圓軌道的A點(diǎn)做近心運(yùn)動(dòng)，只有在點(diǎn)火減速后，才能進(jìn)入圓軌道的空間站軌道，故A正確，B錯(cuò)誤；CD．對(duì)空間站，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力解得月球的第一宇宙速度為故C正確，D錯(cuò)誤。故選AC。12．(江蘇常州一模)“遂古之初，誰(shuí)傳道之？上下未形，何由考之？”2020年7月23日，我國(guó)探測(cè)飛船天問(wèn)一號(hào)飛向火星！偉大詩(shī)人屈原的“天問(wèn)”夢(mèng)想正成為現(xiàn)實(shí)。圖中虛線為天問(wèn)一號(hào)的“地”“火”轉(zhuǎn)移軌道，下列說(shuō)法正確的是()A．天問(wèn)一號(hào)發(fā)射速度為大于7.9km/s小于11.2km/sB．天問(wèn)一號(hào)的在軌速度總大于地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)速度C．天問(wèn)一號(hào)的在軌加速度總小于火星繞太陽(yáng)的加速度D．天問(wèn)一號(hào)從地球飛到火星軌道的時(shí)間小于半個(gè)火星年【分析】7.9km/s是衛(wèi)星繞地球表面飛行的環(huán)繞速度，11.2km/s是衛(wèi)星脫離地球引力的束縛的最小發(fā)射速度；根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，即可判斷出加速度和速度的的變化關(guān)系，根據(jù)開(kāi)普勒第三定律求得周期即可判斷。解：A、“天問(wèn)一號(hào)”最終繞火星飛行，脫離了地球引力的束縛，故最小發(fā)射速度為11.2km/s，故A錯(cuò)誤；B、在地火轉(zhuǎn)移軌道上，太陽(yáng)對(duì)衛(wèi)星的萬(wàn)有引力提供向心力，根據(jù)，解得v＝，軌道半徑越大，速度越小，天問(wèn)一號(hào)的在軌速度總小于地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)速度，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)可得a＝，軌道半徑越大，加速度越小，但在天問(wèn)一號(hào)與火星軌道相切位置，加速度大小相同，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)開(kāi)普勒第三定律可得：，由于天問(wèn)一號(hào)的半長(zhǎng)軸小于火星的半長(zhǎng)軸，故天文一號(hào)的周期小于火星的周期，天問(wèn)一號(hào)從地球飛到火星軌道的時(shí)間小于半個(gè)火星年，故D正確；故選：D。【點(diǎn)評(píng)】本題考查了萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用，解決本題的關(guān)鍵是理解衛(wèi)星的變軌過(guò)程，以及萬(wàn)有引力定律的靈活運(yùn)用，這類問(wèn)題也是高三高考的熱點(diǎn)問(wèn)題。13.(河北石家莊一模)如圖所示，人造衛(wèi)星甲、乙分別繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星甲、乙軌道平面互相垂直，乙的軌道半徑是甲軌道半徑的倍，某時(shí)刻兩衛(wèi)星和地心在同一直線上，且乙在甲的正上方(稱為相遇)。在這以后，甲運(yùn)動(dòng)6周的時(shí)間內(nèi)，它們相遇了()A.1次B.2次C.3次D.4次B對(duì)于衛(wèi)星，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力可得根據(jù)題意知乙的軌道半徑是甲軌道半徑的倍，可得故在甲運(yùn)動(dòng)6周的時(shí)間內(nèi)，乙轉(zhuǎn)動(dòng)1.2圈；從圖示時(shí)刻開(kāi)始，乙轉(zhuǎn)半圈時(shí)，甲轉(zhuǎn)動(dòng)2.5圈，相遇一次；此后每次乙轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，兩個(gè)衛(wèi)星就相遇一次；故一共相遇2次，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。14.(河北石家莊一模)1687年牛頓在總結(jié)了前人研究成果的基礎(chǔ)上提出了萬(wàn)有引力定律，并通過(guò)月—地檢驗(yàn)證明了地球?qū)Φ孛嫖矬w的引力與行星對(duì)衛(wèi)星的引力具有相同的性質(zhì)。當(dāng)時(shí)牛頓掌握的信息有：地球表面的重力加速度g，月球軌道半徑為地球半徑的60倍，月球的公轉(zhuǎn)周期約為27.3天。下列關(guān)于月一地檢驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是()A.牛頓計(jì)算出了地球?qū)υ虑虻娜f(wàn)有引力的數(shù)值，從而完成了月—地檢驗(yàn)B.牛頓計(jì)算出了月球?qū)υ虑虮砻嫖矬w的萬(wàn)有引力的數(shù)值，從而完成了月—地檢驗(yàn)C.牛頓計(jì)算出了月球表面的重力加速度約為地球表面重力加速度的，從而完成了月—地檢驗(yàn)D.牛頓計(jì)算出了月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度約為地球表面重力加速度的，從而完成了月—地檢驗(yàn)DAB．牛頓當(dāng)時(shí)還沒(méi)有測(cè)量出萬(wàn)有引力常量，后來(lái)卡文迪許測(cè)出的萬(wàn)有引力常量，所以牛頓并沒(méi)有計(jì)算出地球?qū)υ虑虻娜f(wàn)有引力的數(shù)值和月球?qū)υ虑虮砻嫖矬w的萬(wàn)有引力的數(shù)值，故AB錯(cuò)誤；C．對(duì)任一物體在星球表面受到的重力等于星球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力，即根據(jù)題意無(wú)法知道地球質(zhì)量與月球的質(zhì)量關(guān)系以及地球半徑與月球的半徑關(guān)系，故無(wú)法求出月球表面的重力加速度與地