专题08破解万有引力与航天——【备考2023】高考物理小题集训（原卷版+解析版）

08  破解万有引力与航天

难度：★★★★☆            建议用时： 30分钟              正确率 ：      /15

1．（2022·全国·统考高考真题）2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（　　）

A．所受地球引力的大小近似为零

B．所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零

C．所受地球引力的大小与其随飞船运动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随飞船运动所需向心力的大小

2．（2023·山东潍坊·统考一模）如图所示，霍曼转移轨道是以较低能耗从地球发送探测器到火星的转移轨道，该轨道以太阳为焦点，近日点、远日点分别与地球轨道、火星轨道相切。在地球上将火星探测器发射，探测器从地球轨道出发，在太阳引力作用下，沿霍曼转移轨道无动力运行到达火星轨道。地球、火星的公转轨道可近似为圆轨道，火星公转轨道半径约为地球公转轨道半径的1.5倍，则探测器从地球轨道运动至火星轨道用时约为（　　）

A．0.4年 B．0.7年 C．1年 D．1.4年

3．（2023·河南郑州·统考一模）2022年11月1日4时27分，空间站梦天实验舱在发射入轨后，成功对接于天和核心舱前向端口。梦天实验舱，又称为梦天舱，是中国空间站“天宫”的重要组成部分。对接变轨过程简化为如图所示，MN是椭圆轨道Ⅱ的长轴。梦天实验舱从圆轨道Ⅰ先变轨到椭圆轨道Ⅱ，再变轨到圆轨道Ⅲ，并在圆轨道Ⅲ上与运行的天和核心舱实施对接。下列说法正确的是（　　）

A．梦天实验舱在变轨过程中机械能不变

B．可让梦天实验舱先进入圆轨道Ⅲ，然后加速追赶天和核心舱实现对接

C．无论在轨道Ⅱ还是轨道Ⅲ，梦天实验舱在N点的加速度都相同

D．梦天实验舱在椭圆轨道Ⅱ上运行的周期与天和核心舱的运行周期相等

4．（2022·湖北·统考高考真题）2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是（   ）

A．组合体中的货物处于超重状态

B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度

C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大

D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小

5．（2023·衡水·模拟）我国的嫦娥四号实现了人类飞行器第一次在月球背面着陆，为此发射了提供通信中继服务的“鹊桥”卫星，并定点在如图所示的地月连线外侧的位置L处的拉格朗日点（拉格朗日点指在两个物体引力作用下，能使小物体稳定的点）。“鹊桥”卫星在地球和月球引力的共同作用下，与月球保持相对静止一起绕地球运动。“鹊桥”卫星和月球绕地球运动的加速度大小分别为a1、a2，线速度大小分别为v1、v2，周期分别为T1、T2，轨道半径分别为r1、r2，下列关系正确的是（   ）

A． B． C． D．

6．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校联考模拟预测）研究数据显示，地球赤道的自转速度为，地球上的第一宇宙速度为，木星赤道的自转速度为。如果地球的自转速度逐渐增大到木星的自转速度，其他量不变，那么在这个过程中，对原来静止在地球赤道上质量为的物体，下列说法正确的是（    ）

A．物体受到地球的万有引力增大 B．物体对地面的压力保持不变

C．物体对地面的压力逐渐减小直至为零 D．物体会一直静止在地球的赤道上

7．（2023·山东·模拟预测）新时代的中国北斗导航系统是世界一流的。空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。已知地球表面两极处的重力加速度为，赤道处的重力加速度为，万有引力常量为G。若把地球看成密度均匀、半径为R的球体，下列说法正确的是（　　）

A．北斗地球同步卫星距离地球表面的高度

B．北斗地球同步卫星距离地球表面的高度

C．地球的平均密度

D．地球的近地卫星的周期

8．（2022·重庆·高考真题）(多选)我国载人航天事业已迈入“空间站时代”。若中国空间站绕地球近似做匀速圆周运动，运行周期为T，轨道半径约为地球半径的倍，已知地球半径为R，引力常量为G，忽略地球自转的影响，则（　　）

A．漂浮在空间站中的宇航员不受地球的引力

B．空间站绕地球运动的线速度大小约为

C．地球的平均密度约为

D．空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的倍

9．（2022·山东·统考高考真题）“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为地轴R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为（    ）

A． B．

C． D．

10．（2022·福建·高考真题）2021年美国“星链”卫星曾近距离接近我国运行在距地近圆轨道上的天宫空间站。为避免发生危险，天宫空间站实施了发动机点火变轨的紧急避碰措施。已知质量为m的物体从距地心r处运动到无穷远处克服地球引力所做的功为，式中M为地球质量，G为引力常量；现将空间站的质量记为，变轨前后稳定运行的轨道半径分别记为、，如图所示。空间站紧急避碰过程发动机做的功至少为（　　）

A． B．

C． D．

11．（2023·福建·统考一模）(多选)2022年10月31日，梦天实验舱在长征五号B遥四运载火箭托举下成功进入预定轨道，此后与空间站对接成为组合体，在距离地面高度H的圆轨道匀速运行。若取无穷远处为引力势能零点，质量为m的物体在地球引力场中具有的引力势能为（式中G为引力常量，M为地球的质量，为物体到地心的距离）。已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，实验舱与空间站组合体的质量为，则（　　）

A．先使实验舱与空间站在同一轨道上运行，然后实验舱加速追上空间站实现对接

B．若组合体返回地球，则需加速离开该轨道

C．在该轨道上组合体的引力势能为

D．在该轨道上组合体的机械能为

12．（2023·湖南邵阳·统考一模）(多选)建造一条能通向太空的电梯（如图甲所示），是人们长期的梦想。材料的力学强度是材料众多性能中被人们极为看重的一种性能，目前已发现的高强度材料碳纳米管的抗拉强度是钢的100倍，密度是其，这使得人们有望在赤道上建造垂直于水平面的“太空电梯”。当航天员乘坐“太空电梯”时，图乙中r为航天员到地心的距离，R为地球半径，a-r图像中的图线A表示地球引力对航天员产生的加速度大小与r的关系，图线B表示航天员由于地球自转而产生的向心加速度大小与r的关系，关于相对地面静止在不同高度的航天员，下列说法正确的是（　　）

A．随着r增大，航天员受到电梯舱的弹力减小

B．航天员在处的线速度等于第一宇宙速度

C．图中r0为地球同步卫星的轨道半径

D．电梯舱在处的站点时，航天员处于完全失重状态

13．（2023·山东日照·日照一中校考模拟预测）北京时间2022年8月10日12时50分，我国在太原卫星发射中心使用长征六号遥十运载火箭，成功将吉林一号高分03D09星、云遥一号04-08星等十六颗卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。如图所示，若其中两颗卫星A、B在所处圆轨道上运行的角速度大小分别为、，某时刻两卫星与地心恰好在一条直线上，且两卫星绕地球沿相同方向运行。则下列说法正确的是（　　）

A．A、B加速度大小的比值为

B．A、B线速度大小的比值为

C．A、B受到地球万有引力大小的比值为

D．从图示时刻起经过时间后A、B间距最小

14．（2023·辽宁·模拟预测）(多选)宇宙中两颗相距很近的恒星常常组成一个双星系统，它们以相互间的万有引力彼此提供向心力，而使它们绕着某一共同的圆心做匀速圆周运动，若已知它们的运转周期为T，这两恒星到某一共同圆心的距离分别为和。则关于这两颗恒星的说法正确的是（　　）

A．这两颗恒星的质量之比等于m1 ：m2 = R1 ：R2

B．这两颗恒星的质量之和为

C．其中必有一颗恒星的质量为

D．这两颗恒星匀速圆周运动的线速度大小之比为 v1 ：v2 = R2 ：R1

15．（2022·湖北黄冈·黄冈中学三模）(多选)如图所示，质量相等的三颗星组成为三星系统，其他星体对它们的引力作用可忽略。设每颗星体的质量均为m，三颗星分别位于边长为的等边三角形的三个顶点上，它们绕某一共同的圆心在三角形所在的平面内以相同的角速度做匀速圆周运动。已知引力常量为，下列说法正确的是（　　）

A．每颗星体向心力大小为

B．每颗星体运行的周期均为

C．若不变，星体质量均变为2m，则星体的角速度变为原来的倍

D．若不变，星体间的距离变为，则星体的线速度变为原来的