2023年高考物理二轮复习高频考点专项练习：专题五 万有引力与宇宙航行 综合训练（C）

专题五

万有引力与宇宙航行 综合训练（C）

1.2018年12月8日中国在西昌卫星发射中心成功发射了嫦娥四号探测器，经过地月转移飞行进入环月椭圆轨道，然后实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入距月球表面约的环月圆形轨道，准备登陆月球背面。如图所示，关于嫦娥四号在环月椭圆轨道和环月圆形轨道的运行，下列说法正确的是(   )

A.在环月椭圆轨道运行时，点速度小于点速度

B.由环月椭圆轨道进入环月圆形轨道，嫦娥四号的机械能减小

C.在环月椭圆轨道上通过点的加速度比在环月圆形轨道通过点的加速度大

D.在环月椭圆轨道运行的周期比环月圆形轨道的周期小

2.如图所示，一颗卫星在近地轨道1上绕地球做圆周运动，轨道1的半径可近似等于地球半径，卫星运动到轨道1上点时进行变轨，进入椭圆轨道2，远地点离地心的距离为地球半径的3倍。已知地球的密度为，引力常量为，则卫星从点运动到点所用的时间为（   ）

A. B. C. D.

3.如图所示,火星和地球都在围绕着太阳旋转,二者的运行轨道都是椭圆.根据开普勒行星运动定律可知(　　)

A.火星在绕太阳运行的过程中,速率不变

B.地球在靠近太阳的过程中,运行速率逐渐减小

C.火星在远离太阳的过程中,与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大

D.火星绕太阳运行一周的时间比地球的长

4.哈雷彗星绕太阳运动的轨道是比较扁的椭圆，下面说法中正确的是(   )

A.彗星在近日点的速率大于在远日点的速率

B.彗星在近日点的向心加速度小于在远日点的向心加速度

C.若彗星的运行周期为75年，则它的半长轴是地球公转半径的75倍

D.彗星在近日点的角速度小于在远日点的角速度

5.伦敦在1665年发生了大瘟疫。为了躲避瘟疫,牛顿休学回到家乡自我隔离,潜心研究,这段时期却成了牛顿科学发现的高峰期,当时他根据开普勒第三定律和已有的理论推出了万有引力定律,355年后的今天,一场突如其来的疫情在中华大地上肆虐,全国人民万众一心,自觉隔离,中小学被迫延迟开学。某同学在家效仿牛顿,他根据万有引力定律和其他物理知识推导出了开普勒第三定律,即分别为行星绕太阳运行的轨道半径和周期,已知太阳的质量为M,引力常量为G,行星绕太阳的运动近似看作匀速圆周运动。则常数k为(   )

A. B. C. D.

6.近地人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为和.设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为，则(   )

A. B. C. D.

7.关于日心说被人们所接受的原因是（   ）

A.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题

B.以太阳为中心，许多问题都可以解决，对行星运动的描述也变得简单了

C.地球是围绕太阳运动的

D.太阳总是从东方升起，从西方落下

8.下列说法正确的是（   ）

A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动

B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动

C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动

D.托勒密的“地心说”和哥白尼的“日心说”现在看来都是不完全正确的

9.日心说之所以被人们接受的原因是（   ）

A.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题

B.以太阳为中心，许多问题都可以解决，对行星运动的描述也变得简单了

C.地球是围绕太阳运动的

D.太阳总是从东方升起，从西方落下

10.2019年1月3日,嫦娥四号成功登陆月球背面,全人类首次实现月球背面软着陆。如图所示为嫦娥四号在远月点、近月点的预定月背着陆准备轨道(乙轨道)上点准备着陆时的情景,图中点为环月圆轨道(甲轨道)和乙轨道的相切点,以下关于嫦娥四号的说法不正确的是(   )

A.在甲轨道上点的加速度与在乙轨道上点的加速度等大

B.在甲轨道上运动时的机械能大于在乙轨道上运动时的机械能

C.在乙轨道上经过两点的速度之比为

D.从到的过程中万有引力变大,动能增加,势能减少

11.“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料．设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的是(   )

A.同步卫星距地面的高度是地球半径的倍

B.同步卫星运行速度是第一宇宙速度的倍

C.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的倍

D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的倍(忽略地球的的自转效应)

12.关于环绕地球运行的卫星，下列说法正确的是(   )

A.在同一轨道上运行的两颗质量相同的卫星，它们的动量相同

B.在赤道上空运行的两颗同步卫星，它们的机械能可能不同

C.若卫星运动的周期与地球自转周期相同，它就是同步卫星

D.沿椭圆轨道运行的卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率

13.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送人同步圆轨道3.轨道1、2相切于点，轨道2、3相切于点，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（   ）

A.要将卫星由圆轨道1送人圆轨道3，需要在圆轨道1的点和椭圆轨道2的远地点分别点火加速一次

B.由于卫星由圆轨道1送人圆轨道3点火加速两次，则卫星在圆轨道3上正常运行速度大于卫星在圆轨道1上正常运行速度

C.卫星在椭圆轨道2上的近地点点的速度一定大于，而在远地点的速度一定小于

D.卫星在椭圆轨道2上经过点时的加速度大于它在圆轨道3上经过点时的加速度

14.2018年12月27日，中国北斗三号基本系统完成建设，开始提供全球服务。北斗三号卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。假如静止轨道卫星先沿椭圆轨道1飞行，后在远地点处点火加速，由椭圆轨道1变成静止圆轨道2。下列说法中正确的是(   )

A．卫星在轨道2运行时的速度小

B．卫星变轨前后的机械能等

C．卫星在轨道2运行时的向心加速度比在赤道上相对地球静止的物体的向心加速度小

D．卫星在轨道1上的点和在轨道2上的点的加速度大小相等

15.牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中设想，物体抛出的速度很大时，就不会落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。如图所示，将物体从一座高山上的点水平抛出，抛出速度一次比一次大，落地点一次比一次远，设图中是从点以不同的速度抛出的物体所对应的运动轨道。已知是圆形轨道，是椭圆轨道，在轨道上运动的物体将会克服地球的引力，永远地离开地球，空气阻力和地球自转的影响不计，则下列说法正确的是（   ）

A.物体从点抛出后，沿轨道运动落到地面上，物体的运动可能是平抛运动

B.在轨道上运动的物体，抛出时的速度大小为

C.使轨道上物体的运动轨道变为圆轨道，这个圆轨道可以过点

D.在轨道上运动的物体，抛出时的速度一定等于或大于

16.如图所示,双星系统由质量不相等的两颗恒星组成,质量分别是,它们围绕共同的圆心做匀速圆周运动.从地球看过去,双星运动的平面与垂直,间距离恒为.观测发现质量较大的恒星做圆周运动的周期为,运动范围的最大张角为(单位是弧度).已知引力常量为很小,可认为,忽略其他星体对双星系统的作用力.则(   )

A.恒星的角速度大小为

B.恒星的轨道半径大小为

C.恒星的线速度大小为

D.两颗恒星的质量和满足关系式

17.2017年9月25日17时,微信启动页面背景中的地球图片由非洲大陆上空视角,变成了我们的祖国上空视角.以前微信开启时显示的地球图片是由美国宇航员拍摄而成,而新版影像则是由“风云四号”卫星实际拍摄而成.“风云四号”是一颗静止轨道卫星,如图所示,1是静止在赤道上随地球自转的物体,2是近地卫星,3是“风云四号”卫星.R为地球的半径,r为物体或卫星到地心的距离,分别为物体或卫星做匀速圆周运动的周期、线速度、角速度和向心加速度.下列图像可能正确的是(   )

A. B. C. D.

18.2020年5月5日，我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱，在文昌航天发射场点火升空，载荷组合体被准确送入预定轨道，首飞任务取得圆满成功，实现空间站阶段飞行任务首战告捷，拉开我国载人航天工程“第三步”任务序幕.我们可以将载荷组合体送入预定轨道的过程简化为如图所示，轨道A为近地轨道，轨道C为预定轨道.轨道A与轨道B相切于P点，轨道B与轨道C相切于Q点，下列说法正确的是(   )

A.组合体在轨道B上经过P点的速度大于地球的第一宇宙速度

B.组合体在轨道B上经过P点时的加速度大于在轨道A上经过P点时的加速度

C.组合体从轨道B进入轨道C需要在Q点减速

D.组合体在轨道B上由P点到Q点的过程中机械能守恒

19.2018年9月19日22时07分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭及远征一号上面级,以“一箭双星”方式成功发射第37、38颗北斗导航卫星。建成后的北斗全球导航系统可以为民用用户提供定位、测速和授时服务,定位精度,测速精度,下列说法正确的是(    )

A.北斗全球导航系统定位提供的是被测物体的位移
B.北斗全球导航系统定位提供的是被测物体的位置
C.北斗全球导航系统授时服务提供的是时间

D.北斗全球导航系统测速服务提供的是运动物体的速率

20.2019年1月3号“嫦娥4号”探测器实现人类首次月球背面着陆，并开展巡视探测。因月球没有大气，无法通过降落伞减速着陆，必须通过引擎喷射来实现减速。如图所示为“嫦娥4号”探测器降落月球表面过程的简化模型。质量的探测器沿半径为的圆轨道I绕月运动。为使探测器安全着陆，首先在点沿轨道切线方向向前以速度喷射质量为的物体，从而使探测器由点沿椭圆轨道Ⅱ转至点（椭圆轨道与月球在点相切）时恰好到达月球表面附近，再次向前喷射减速着陆。已知月球质量为、半径为。万有引力常量为。则下列说法正确的是(   )

A.探测器喷射物体前在圆周轨道I上运行时的周期为

B.在点探测器喷射物体后速度大小变为

C.减速降落过程，从点沿轨道Ⅱ运行到月球表面所经历的时间为

D.月球表面重力加速度的大小为

答案以及解析

1.答案：B

解析：A.根据开普勒第二定律可知，近月点速度大，远月点速度小，嫦娥四号在环月椭圆轨道运行时，A点速度大于B点速度，故A错误；

B.由环月椭圆轨道进入环月圆形轨道应该在A点应减速，阻力做负功，机械能减小，故B正确；

C.在同一点,万有引力产生加速度,，故加速度相等，则C错误；

D.根据开普勒第三定律可知,，半长轴大的，周期大，故在环月椭圆轨道运行的周期比环月圆形轨道的周期大，则D错误。

故选：B。

2.答案：C

解析：设卫星在轨道1上做圆周运动的周期为，则有：

又，

解得：，

设卫星在轨道2上运动的周期为，根据开普勒第三定律有：

，

解得：

卫星从A到B运动的时间为：，故A正确，BCD错误。

3.答案：D

4.答案：A

5.答案：B

解析：行星绕太阳做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律有,等效变换得,选项B正确,ACD错误。

6.答案：B

解析：卫星绕天体做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力有，又由开普勒第三定律知，，联立解得，故.

7.答案：B

解析：托勒密的地心学说可以解释行星的逆行问题，但非常复杂，缺少简洁性，而简洁性正是物理学所追求的，哥白尼的日心说当时之所以能被人们所接受，正是因为这一点．

8.答案：D

解析：托勒密的“地心说”和哥白尼的“日心说”，都具有历史局限性，是人类发展到不同历史时期的产物，D正确. 太阳、地球等天体都是运动的，并且运动的轨道是椭圆，A错误；太阳系在银河系中运动，银河系也在运动，且运动是绝对的，静止是相对的，B、C错误；故选D.

9.答案：B

解析：托勒密的地心学说可以解释行星的逆行问题，但非常复杂，缺少简洁性，而简洁性正是物理学所追求的，哥白尼的日心说当时之所以能被人们所接受，正是因为这一点．

10.答案：C

解析：由可知A选项正确；以A点为观察点，嫦娥四号在甲、乙轨道的势能相同，但从甲轨道运动到乙轨道必须减速，则在甲轨道运动时的机械能较大，B选项正确；由开普勒第二定律有，C选项错误；由知随着高度的减小，万有引力在增大，万有引力做正功，故动能增加，势能减少，D选项正确。

11.答案：AB

解析：地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，所以同步卫星距地面的高度是地球半径的倍，故A正确；由万有引力充当向心力得：，第一宇宙速度，所以同步卫星运行速度是第一宇宙速度的倍，故B正确；同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度，根据知，同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转的速度的n倍，故C错误；根据，得，则同步卫星的向心速度是地球表面重力加速度的倍，故D错误．

12.答案：BD

解析：A、在同一轨道上运行的两颗质量相同的卫星，它们的位置不同，则速度的方向一定不同，所以动量一定不相同，故A错误；
B、根据同步卫星的特点可知，同步卫星的线速度大小是相等的，若两颗卫星的质量不同，则它们的机械能不同，故B正确；
C、同步卫星只能在赤道的上空，不是所有的运动的周期与地球自转周期相同的卫星都在赤道的上空，故C错误；
D、沿椭圆轨道运行的卫星，在轨道不同位置，在卫星到地球球心的距离相等的点，卫星具有相同的速率，故D正确。

13.答案：AC

解析：卫星由小圆变椭圆，需要在点点火加速，而卫星由椭圆变大圆，需要在点点火加速；卫星在3轨道和1轨道做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，可得线速度为，而，可知卫星在圆轨道3上正常运行速度小于卫星在圆轨道1上正常运行速度；卫星在1轨道的速度为，而由1轨道加速进入2轨道，则在椭圆轨道2上的近地点的速度一定大于，而椭圆上由近地点到远地点减速，且3轨道的线速度大于椭圆在远地点的速度，故在远地点的速度一定小于，即．卫星在椭圆轨道2和圆轨道3经过点的加速度相同，故AC正确．

14.答案：AD

解析：A.即第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是最大的圆周运动的环绕速度。轨道2的半径要大于近地卫星的轨道半径,根据可以知卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度，故A正确；

B.由椭圆轨道1变到圆轨道2要加速机械能增加，则B错误

C.轨道2时同步轨道,角速度与在赤道上相对地球静止的物体的角速度相同,由可知半径大的加速度大，则C错误、

D、在同一点引力相同，则加速度相等，则D正确

故选：AD。

15.答案：AC

解析：A、物体抛出时速度较小会落回地面，若物体运动距离较小时，物体所受的万有引力可看成恒力，故物体运动可能为平抛运动，故A正确；

B、物体抛出速度时，物体刚好能不落回地面，绕地球做圆周运动，故物体在轨道上运行，故B错误；

C、使轨道上物体的运动轨道变为圆轨道，可以减小物体的速度，这个圆轨道可以过

点，故C正确；

D、当物体抛出速度时，物体就会脱离地球，故D错误；故选：AC。

16.答案：BCD

解析：恒星m与M具有相同的角速度,则角速度为,A错误;恒星M的轨道半径为,对双星系统,有,解得恒星m的轨道半径为，B正确;恒星m的线速度大小为,C正确;对双星系统,有,解得,两式相加得,联立可得,D正确.

17.答案：AC

解析：物体1和卫星3的周期相同,而卫星2和卫星3均绕地球转动,根据开普勒第三定律可知与成正比,A正确;物体1和卫星3的角速度相同,根据可知,线速度v与半径r成正比,而对于卫星2和卫星3,根据万有引力提供向心力则有,可得,则速度v与r成反比,B错误；物体1和卫星3的角速度相同,而对于卫星2和卫星3,根据万有引力提供向心力则有,可得,则有与成反比,C正确;物体1和卫星3的角速度相同,根据可知,向心加速度a与半径r成正比,对于卫星2和卫星3,则有,可得,则有a与成反比,D错误.

18.答案：AD

解析：组合体在近地点P点做离心运动，则其速度大于做圆周运动的速度即地球的第一宇宙速度，故A正确；根据牛顿第二定律得加速度，所以组合体在轨道B上经过P点时的加速度等于在轨道A上经过P点时的加速度，故B错误；组合体从轨道B进入轨道C，需要在Q点加速做离心运动，故C错误；在轨道B上由P点到Q点的过程中，组合体只受到万有引力的作用，机械能守恒，故D正确.

19.答案：BD

解析：北斗导航卫星能够定位物体的位置，不是位移；同时测速功能是能够测量物体的速度大小，即能提供速率；授时服务提供时刻。

20.答案：AD

解析：A.探测器绕月球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,,解得探测器喷射物体前在圆周轨道I上运行时的周期：，故A正确；

B.在P点探测器喷射物体的过程中,设喷射前的速度为v,根据动量守恒可知,,解得喷射后探测器的速度：，故B错误；

C.探测器在轨道II上做椭圆运动,半长轴：,根据开普勒第三定律可知,,解得：，故C错误；

D.月球表面的重力等于万有引力,,解得月球表面重力加速度的大小，故D正确。

故选：AD。