专题1.5 万有引力与航天-2023年高考物理靶向专项强化训练（三大题型+冲刺模拟）

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2023年高考物理靶向专项强化训练专题1.5 万有引力与航天1．2021年8月19日，我国成功将天绘二号02组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。若卫星在距地球表面某高度处绕地球做匀速圆周运动，测得飞行N圈所用时间为，已知地球表面的重力加速度为，地球可视为均匀球体，其半径为，引力常量为G，下列说法正确的是（　　） A．卫星的线速度大小为B．卫星距地球表面的高度为C．地球的第一宇宙速度大小为D．地球的平均密度为【答案】B【详解】B．设地球的质量为，卫星的质量为，卫星在距地球表面高处绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力又有联立解得故B正确；A．根据题意可知，卫星的运行周期为则卫星的线速度大小故A错误；C．设地球的第一宇宙速度大小为，根据题意有解得地球的第一宇宙速度大小为故C错误；D．根据解得又有联立解得地球的平均密度为故D错误。故选B。2．2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星，暨北斗三号最后一颗全球组网卫星，至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。北斗导航卫星工作在三种不同的圆形轨道当中，包括地球静止轨道（GEO）、倾斜地球同步轨道（IGSO）还有中圆轨道（MEO），如图所示。以下关于北斗导航卫星的说法中，正确的是（　　）A．地球静止轨道卫星（GEO）与倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）的运行速度大小相同B．中圆轨道卫星（MEO）的加速度小于地球静止轨道卫星（GEO）的加速度C．倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）总是位于地球地面某地的正上方D．三种不同轨道的卫星的运行速度均大于第一宇宙速度【答案】A【详解】A．卫星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力。设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的轨道半径为r，卫星运行的速度大小为v，万有引力常量为G；根据万有引力定律及物体做圆周运动的规律有=m得v=由于地球静止轨道卫星（GEO）和倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）的运行轨道半径相等，故两卫星的运行速度大小相等，A选项正确；B．根据万有引力定律及牛顿第二定律，有=ma得a=中圆轨道卫星（MEO）的运行轨道半径小于地球静止轨道卫星（GEO）的运行轨道半径，故中圆轨道卫星（MEO）的加速度大于地球静止轨道卫星（GEO）的加速度，B选项错误；C．倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）的旋转方向与地球旋转方向不一致，C选项错误；D．近地卫星的运行速度为第一宇宙速度，题中三种卫星运行轨道半径均大于近地卫星，由v=可知，三种卫星的运行速度均小于第一宇宙速度，D选项错误；故选A。3．2021年5月15日，中国首次火星探测任务“天问一号”着陆巡视器安全“到站”，着陆乌托邦平原，红色火星第一次留下了中国印迹。在发射探测器的过程中，探测器绕地球在轨道1上做匀速圆周运动的轨道半径为R1（图a），绕火星在轨道2上做匀速圆周运动的轨道半径为R2（图b）。地球与火星表面的重力加速度分别为g1、g2，地球半径是火星半径的2倍，二者均可视为质量分布均匀的球体。在相同时间内，探测器与地球球心连线扫过的面积为S1与火星中心连线扫过的面积为S2，则是（　　）A． B． C． D．【答案】C【详解】由几何关系可知，对于同一个圆扫过的圆心角与扫过的面积成正比，设探测器与地球球心连线在t时间扫过的圆心角为，则有解得由可得同理可得探测器绕地球做匀速圆周运动有解得联立可得同理可得则根据可得联立可得故C正确，ABD错误。故选C。4．2021年10月16号神舟十三号载人飞船发射任务圆满成功。若神舟十三号在离开地球表面的过程中竖直向上做加速运动，质量为m的航天员王亚平在舱内固定的压力传感器上，当神舟十三号上升到离地球表面某一高度h时，飞船的加速度为a，压力传感器的示数为F。已知地球表面的重力加速度为g，地球半径大小为R，则h为（　　）A． B． C． D．【答案】C【详解】对航天员受力分析有又由黄金代换式可知解得，ABD错误，C正确。故选C。5．2021年5月15日7时18分，“天问一号”携带的“祝融号”火星车成功着陆于火星。如图所示，“天问一号”首先在Ⅰ轨道上绕火星做匀速率圆周运动，轨道半径为，选定好着陆地点后在B点实施变轨进入停泊轨道Ⅱ，在火星停泊轨道Ⅱ上进入着陆窗口，随后在近火点A时实施降轨进入近火轨道Ⅲ（半径为r），随后探测器、环绕器与着陆巡视器（质量为m）开始器器分离，继而环绕器升轨返回停泊轨道。着陆巡视器运行到距离火星表面125千米高度的进入点，开始进入火星大气，并最终软着陆在火星表面。已知探测器在Ⅱ轨道上的B点的速度大小为v。火星表面的重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）A．“天问一号”在Ⅱ轨道上A点的速率大于在Ⅰ轨道上的速率B．“天问一号”在B点变轨后机械能增大C．“天问一号”在Ⅰ轨道上的周期小于在Ⅱ轨道上的周期D．要使着陆巡视器能回到近火轨道Ⅲ，至少需要提供的能量是【答案】A【详解】A．从Ⅱ轨道上A点变轨到Ⅲ轨道上需要减速，故A正确；B．由于“天问一号”在B点向Ⅱ轨道变轨时需要减速，所以变轨后机械能减少，故B错误；C．由开普勒第三定律可知因为，所以，即“天问一号”在Ⅰ轨道上的周期大于在Ⅱ轨道上的周期，故C错误；D．由火星表面上升到Ⅲ轨道，至少需要提供在Ⅲ轨道上运动的动能克服火星大气阻力和火星引力做的功，因而需要提供的最少能量应大于，故D错误。故选A。6．我国火星探测器“祝融号”在2021年9月中旬到10月下旬约一个月的时间内发生短暂“失联”，原因是发生“火星合日”现象，太阳干扰无线电，影响通讯。“火星合日”是指当火星和地球分别位于太阳两侧与太阳共线的天文现象。已知火星公转的周期为，地球的公转周期为，地球与火星绕太阳做圆周运动的方向相同。结合以上信息，下列说法正确的是（　　）A．火星公转的周期小于地球公转的周期B．“祝融号”火星探测器失联过程中火星与太阳连线扫过的面积等于地球与太阳连线扫过的面积C．相邻两次火星合日的时间间隔为D．相邻两次火星合日的时间间隔为【答案】C【详解】A．根据开普勒第三定律可得可知，由于火星的公转半径大于地球的公转半径，则火星公转的周期大于地球公转的周期，A错误；B．由开普勒第二定律可知，是同一颗行星与太阳连线在相等时间内扫过的面积相等，B错误；CD．根据开普勒第三定律可得可知，由于可得相邻两次火星合日，即地球比火星多转1周经过时间为t，则有解得相邻两次火星合日的时间间隔为，D错误，C正确。故选C。7．2021年12月26日，“神舟十三号”航天员叶光富出舱成功。已知地球的质量为M、半径为R，叶光富的质量为m，引力常量为G，“神舟十三号”绕地球做半径为r的匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）A．叶光富绕地球做匀速圆周运动的动能为B．叶光富绕地球做匀速圆周运动的周期为C．叶光富绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为D．若“神舟十三号”要去更高的轨道，需要使“神舟十三号”减速【答案】A【详解】A．根据可知叶光富绕地球做匀速圆周运动的动能故A正确；B．根据周期故B错误；C．根据向心加速度大小故C错误；D．“神舟十三号”去更高轨道需要做离心运动，故需要使“神舟十三号”加速，故D错误。故选A。8．如图所示，“食双星”是指在相互引力作用下绕连线上O点做匀速圆周运动的两颗恒星，彼此掩食（像月亮挡住太阳）而造成亮度发生周期性变化。在地球上通过望远镜观察这种双星，视线与双星轨道共面。观测发现恒星A的周期为T，已知两颗恒星A、B间距为d，万有引力常量为G，则可推算出双星的总质量为（　　）A． B． C． D．【答案】B【详解】设A、B两天体的轨道半径分别为、，两者做圆周运动的周期相同，均为T，由于经过，对两天体，由万有引力提供向心力可得；其中联立解得故选B。9．电影《火星救援》的热映，激起了人们对火星的关注。若宇航员在火星表面将小球竖直上抛，取抛出位置O点的位移x=0，从小球抛出开始计时，以竖直向上为正方向，小球运动的图像如图所示（其中a、b均为已知量）。忽略火星的自转，且将其视为半径为R的匀质球体，引力常量为G。则下列分析正确的是（　　）A．小球竖直上抛的初速度为2a B．小球从O 点上升的最大高度为C．火星的质量为 D．火星的第一宇宙速度为【答案】BC【详解】A．根据可得由图像可知v0=a；即 选项A错误；B．小球从O 点上升的最大高度为选项B正确；C．根据可得火星的质量为选项C正确；D．根据火星的第一宇宙速度为选项D错误。故选BC。10．2021年5月15日，天问一号着落器着陆于火星表面。着落器的着陆过程简化如下：首先在距火星表面高为h处悬停，接着以恒定加速度a竖直下降，下降过程火箭产生的反推力大小恒为F。当四条“缓冲脚”接触火星表面时，火箭立即停止工作，着落器经时间t速度减至0。已知着落器的质量为m，火星半径为R（R>>h），万有引力常量为G。则下列说法正确的是（　　）A．火星的质量约为B．火星表面的重力加速度约为C．火箭反推力对着落器所做的功约为D．着落器对火星表面的平均冲击力大小约为【答案】AD【详解】AB．加速下降过程解得火星表面的重力加速度对火星表面的物体解得火星的质量选项A正确，B错误；C．火箭反推力对着落器所做的功约为选项C错误；D．着落器落在火星表面时，设向上为正方向，由动量定理其中解得 选项D正确。故选AD。11．2021年10月16日，我国神舟十三号载人飞船成功发射，搭载着王亚平等3名航天员与空间站顺利对接。3位航天员进入空间站绕地球做圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程。已知地球半径为R，地球质量为M，引力常量为G，地球自转周期为T0，太阳光可看做平行光。如图所示，王亚平在A点测出她对地球的张角为2，OA与太阳光平行，不考虑地球公转的影响，下列说法正确的是（　　）A．空间站的线速度大小为B．空间站的运行周期为C．航天员每次经历“日全食”过程的时间为D．航天员每天经历“日全食”的次数为【答案】CD【详解】空间站绕地球做匀速圆周运动，设空间站的轨道半径为r，由几何关系知解得AB．根据万有引力提供向心力得解得；故AB错误；CD．地球自转一圈时间为，飞船绕地球一圈时间为T，飞船绕一圈会有一次日全食，所以每过时间T就有一次日全食，因此，一天内飞船经历“日全食”的次数为由图可知，飞船每次“日全食”过程的时间内飞船转过2θ角，所需的时间为故CD正确。故选CD。12．天问一号火星探测器的发射标志着我国的航天事业迈进了新时代，设地球绕太阳的公转周期为T，地球环绕太阳公转的轨道半径为，火星环绕太阳公转的轨道半径为，火星的半径为R，万有引力常量为G，下列说法正确的是（       ）A．太阳的质量为B．火星绕太阳公转的角速度大小为C．火星表面的重力加速度大小为D．从火星与地球相距最远到火星与地球相距最近的最短时间为【答案】BD【详解】A．设太阳质量为M，地球质量为m，由牛顿第二定律和万有引力定律得解得故A错误；B．设火星周期为，由开普勒第三定律得解得火星绕太阳公转的角速度大小为故B正确；C．火星表面万有引力等于重力解得因无法求得，所以无法表示，故C错误；D．地球绕太阳运转角速度，火星绕太阳运转角速度，从地球和火星相距最远到第一次相距最近时间为t，则联立解得故D正确。故选BD。