2023新教材高考物理二轮专题复习习题-专题强化训练5圆周运动万有引力与航天.docx

专题强化训练5圆周运动万有引力与航天一、选择题(17题为单项选择题，89题为多项选择题)12022·广东卷“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动下列关于火星、地球公转的说法正确的是()A火星公转的线速度比地球的大B火星公转的角速度比地球的大C火星公转的半径比地球的小D火星公转的加速度比地球的小22022·全国冲刺卷人类是在不断的科学探究中经历着成功与失败，每一次的成功与失败都是人类向真理迈进的一大步.2022年3月23日15时40分，中国航天“天宫课堂”第二课开课了，这次在距离地面约400 km的中国载人空间站“天宫”上进行的太空科学探究授课期间，航天员演示了“水油分离实验”和“太空抛物实验”等，并与地面课堂的师生就实验现象进行了充分讨论，以下说法正确的是()A在“天宫”中水和油由于没有受到地球引力而处于漂浮状态B“天宫”的运行速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间C在“天宫”中“水油实验”的原理是水和油密度不同，使其旋转做圆周运动，利用离心作用使水油分离D在“天宫”中“太空抛物实验”的冰墩墩被抛出后，做平抛运动32022·河北卷2008年，我国天文学家利用国家天文台兴隆观测基地的2.16米望远镜，发现了一颗绕恒星HD173416运动的系外行星HD173416b，2019年，该恒星和行星被国际天文学联合会分别命名为“羲和”和“望舒”，天文观测得到恒星“羲和”的质量是太阳质量的2倍，若将“望舒”与地球的公转均视为匀速圆周运动，且公转的轨道半径相等则“望舒”与地球公转速度大小的比值为()A2 B2C D42022·山东冲刺卷如图所示，同一水平面皮带轮A、B通过不打滑的皮带传动，A轮的半径是B轮的2倍在皮带轮各自的轴上用长度相同的轻绳分别悬挂质量为m甲和m乙的甲、乙两个小球，二者质量关系满足m甲4m乙两轻绳上端的悬挂点足够高且在同一水平面上，通过外力驱动A轮，待系统稳定转动后，两轻绳与轴的夹角分别为和.下列说法正确的是()A甲、乙两球转动的角速度之比为21B甲、乙两球在同一水平面上C因为m甲4m乙，所以D甲、乙两球受到细绳的拉力大小相等52022·全国冲刺卷2021年1月，“天通一号”03星发射成功发射过程简化为如图所示：火箭先把卫星送上轨道1(椭圆轨道，P、Q是远地点和近地点)后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道2(圆轨道)；卫星最后变轨到轨道3(同步圆轨道).轨道1、2相切于P点，轨道2、3相交于M、N两点忽略卫星质量变化则下列说法正确的是()A卫星在三个轨道上的周期T3T2T1B由轨道1变至轨道2，卫星在P点向前喷气C卫星在三个轨道上机械能E3E2E1D轨道1在Q点的线速度小于轨道3的线速度62022·湖北押题卷如图所示，用两根轻绳将一小球悬挂在两悬点O1、O2之间，图中左、右两段轻绳分别与水平方向、竖直方向的夹角均为30°，整个系统静止，这时左段轻绳中的拉力为FT，现将右段轻绳剪断，当小球运动至最低点时，轻绳中的拉力为FT，关于FT、FT的大小关系，下列判断正确的是()AFT(1)FT BFT(2)FTCFTFT DFTFT72022·浙江1月天问一号从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号()A.发射速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间B.从P点转移到Q点的时间小于6个月C在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小D在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度8.2022·辽宁卷如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动在地图上容易测得地球水星连线与地球太阳连线夹角，地球金星连线与地球太阳连线夹角，两角最大值分别为m、m，则()A水星的公转周期比金星的大B水星的公转向心加速度比金星的大C水星与金星的公转轨道半径之比为sin msin mD水星与金星的公转线速度之比为92022·福建押题卷2021年10月16日6时56分，神舟十三号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接航天员翟志刚、王亚平、叶光富进驻天和核心舱已知空间站离地面高度约为400 km，地球半径约6 400 km，地球表面重力加速度g10 m/s2，sin 70°0.94，空间站可看成绕地球做匀速圆周运动，太阳光可近似为平行光，以下说法正确的是()A空间站绕地球公转周期约3 hB航天员在空间站中每天能看到约16次日出C空间站运行的向心加速度与地球表面重力加速度之比约为1617D空间站每天有阳光照射的时间与没有阳光照射的时间之比约为117二、非选择题10.2022·全国冲刺卷如图所示，粗糙轻杆水平固定在竖直轻质转轴上的A点质量为m的小球和轻弹簧套在轻杆上，小球与轻杆间的动摩擦因数为，弹簧原长为0.6L，左端固定在A点，右端与小球相连长为L的细线一端系住小球，另一端系在转轴上的B点，AB间距离为0.6L.装置静止时将小球向左缓慢推到距A点0.4L处时松手，小球恰能保持静止接着使装置由静止缓慢加速转动已知小球与杆间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，不计转轴所受摩擦(1)求弹簧的劲度系数k；(2)求小球与轻杆间恰无弹力时装置转动的角速度；(3)从开始转动到小球与轻杆间恰无弹力的过程中，外界提供给系统的能量为E，求该过程摩擦力对小球做的功W.11雪车比赛是2022年北京冬奥会一项惊险刺激的竞技类项目，部分赛道如图所示，半径R90 m的圆弧AOB与一倾斜直轨道BC相切于B点，直轨道与水平面间的夹角37°，运动员俯卧在雪车上沿轨道滑动，运动员和雪车的总质量m200 kg，经过最低点O时速度v030 m/s，再经过B点时的速度vB20 m/s，已知雪车与轨道之间的动摩擦因数0.025，重力加速度g10 m/s2，sin 37°0.6，cos 37°0.8.(1)求经最低点O时轨道对雪车的支持力大小；(2)求从最低点O运动到B点过程中雪车克服轨道摩擦力做的功；(3)若雪车到达直轨道最高点C时速度刚好减为零，则BC轨道的长度为多少？专题强化训练5圆周运动万有引力与航天1解析：根据题述，火星冬季时长为地球的1.88倍，可知火星绕太阳运动的周期是地球的1.88倍，由开普勒第三定律可知，火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径比地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径大，C项错误；由万有引力提供向心力有Gm，解得v，由r火>r地可得v火<v地，A项错误；由万有引力提供向心力有Gm2r，解得，由r火>r地可得火<地，B项错误；由万有引力提供向心力有Gma，解得a，由r火>r地可得a火<a地，D项正确答案：D2解析：在“天宫”中水和油受地球引力作用，引力完全用来产生向心力，所以他们处于完全失重状态，相对“天宫”静止，故A错误；空间站环绕地球做圆周运动，由Gm，得v ，近地卫星的环绕速度为第一宇宙速度，空间站圆周半径大于近地卫星的半径，所以空间站（“天宫”）的线速度小于第一宇宙速度，故B错误；在“天宫”中“水油实验”的原理是水和油密度不同，使其旋转做圆周运动，利用离心作用使水油分离，故C正确；在“天宫”中“太空抛物实验”时冰墩墩被抛出后，相对“天宫”有速度，故相对舱体做匀速直线运动，故D错误答案：C3解析：地球绕太阳公转和行星“望舒”绕恒星“羲和”的匀速圆周运动都是由万有引力提供向心力，有Gm解得公转的线速度大小为v ，根据题述天文观测得到恒星“羲和”的质量是太阳质量的2倍，即中心天体的质量M之比为21，公转的轨道半径r相等，由此可知“望舒”与地球公转速度大小的比值为，C正确答案：C4解析：A、B通过皮带传动，系统稳定后，A、B匀速转动，线速度大小相同，即vAvB，A2RBR，所以AB甲乙12，A错误；甲、乙两球做匀速圆周运动，设为轻绳与轴的夹角，显然0，由mg tan m2L sin ，hL cos ，得h甲、乙两球离悬挂点的高度之比为h 甲h乙41，故甲、乙两球不在同一水平面上，B错误；甲、乙两球做匀速圆周运动，由mg tan m2L sin ，得2cos ，再由甲乙得cos cos ，故，但此大小关系与质量无关，C错误；由题知拉力F，因m甲4m乙且h甲h乙41，故甲球受到细绳的拉力等于乙球受到细绳的拉力，D正确答案：D5解析：根据开普勒第三定律k可知，卫星在三个轨道上的周期T3T2T1，故A错误；由轨道1变至轨道2，离心运动，卫星在P点向后喷气，故B错误；由轨道1变至轨道2，离心运动，卫星在P点向后喷气，机械能增大，而在轨道2、3上，高度相同，根据v 可知，速度大小相同，动能相同，则机械能相同，故E3E2E1，故C正确；轨道1在Q点的线速度大于对应圆轨道的线速度，根据v可知Q点对应圆轨道的线速度大于轨道3的线速度，故轨道1在Q点的线速度大于轨道3的线速度，故D错误答案：C6解析：剪断前，根据受力平衡有水平方向：FTcos 30°F右sin 30°竖直方向FTsin 30°mgF右cos 30°解得FTmg设左边绳长为L，剪断后，小球先做匀加速直线运动，向下运动高度为L，右边绳子对小球开始有作用力小球自由落体阶段有v，方向竖直向下，当小球向下运动高度为L时绳子恰被拉直，拉直时由于做功径向分速度为0，保留切向分速度做圆周运动此时的切向分速度v1v cos 30°，从此处到最低点过程根据动能定理有mg（LL sin 30°）mvmv，解得v2 ，在最低点，根据牛顿定律有FTmgm，解得FTmg，所以FTFT，故选D.答案：D7解析：天问一号发射后要脱离地球引力束缚，则发射速度要超过11.2 km/s，故选项A错误；由题图可知地火转移轨道的半长轴长度比地球轨道半径要大，根据开普勒第三定律可知，天问一号在地火转移轨道上运行的周期大于12个月，因此从P到Q的时间大于6个月，故选项B错误；同理根据开普勒第三定律，并结合停泊轨道、调相轨道的半长轴长度关系可知，天问一号在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小，故选项C正确；天问一号在P点点火加速，做离心运动进入地火转移轨道，故在地火转移轨道上P点的速度比地球环绕太阳的速度大，但在到达Q点之后，要加速进入火星轨道，即v火>v地火Q，根据v 可知地球绕太阳的速度大于火星绕太阳的速度，即v地>v火，所以v地>v火>v地火Q，即天问一号在地火转移轨道上并不是每一点的速度都比地球绕太阳的速度大，故选项D错误答案：C8解析：天体运动，万有引力提供向心力有，GmRma可解得T2 ，a.因为水星的公转半径比金星小，故可知水星的公转周期比金星小；水星的公转向心加速度比金星的大，A错误，B正确；设水星的公转半径为R水，地球的公转半径为R地，当角最大时有sin m，同理可知有sin m所以水星与金星的公转半径之比为R水R金sin msin m，C正确；根据万有引力提供向心力，Gm，可得v，由v，R水R金sin msin m联立解得v水v金，D错误答案：BC9解析：空间站所受万有引力提供向心力Gm，解得T1.5 h，故A选项错误；航天员看日出的次数n为n16，故B选项正确；空间站运行的向心加速度aG则空间站运行的向心加速度与地球表面重力加速度之比，故C选项错误；如图所示，空间站每天没有阳光照射的时间对应角度为sin ，解得140°空间站每天有阳光照射的时间与没有阳光照射的时间之比为，故D选项正确答案：BD10解析：（1）依题意，有k（0.6L0.4L）mg解得k.（2）小球与轻杆间恰无弹力时受力情况如图所示此时弹簧长度为0.8L有T sin 37°mgT cos 37°k（0.8L0.6L）0.8m2L解得 .（3）题设过程中初始时弹簧的压缩量与最终状态时的伸长量相等，故弹性势能改变量Ep0设小球克服摩擦力做功为W，则由功能关系有EWmv2其中v0.8L解得WE过程摩擦力对小球做的功WE.答案：（1）（2） （3）E11解析：（1）在O点，由牛顿第二定律FNmg解得FN4 000 N.（2）在从O至B的过程中，设克服摩擦力做的功为Wf由动能定理得：mgR（1cos ）Wfmvmv解得Wf1.4×104J.（3）从B到坡顶的过程中，由动能定理得：（mg sin 37°mg cos 37°）d0mv联立解得d32.26 m.答案：（1）4 000 N（2）1.4×104J（3）32.26 m