高考物理 命题猜想与仿真押题 专题04 万有引力与航天仿真押题（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

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1、万有引力与航天仿真押题1如图所示，地球绕着太阳公转，而月球又绕着地球转动，它们的运动均可近似看成匀速圆周运动如果要通过观测求得地球的质量，需要测量下列哪些量()A地球绕太阳公转的半径和周期B月球绕地球转动的半径和周期C地球的半径和地球绕太阳公转的周期D地球的半径和月球绕地球转动的周期答案：B2.2018年1月31日天空上演了“月全食血月”“超级月亮”“蓝月”三景合一的天文奇观“超级月亮”看起来比平常大14%、亮度提高了30%.这是因为月球沿椭圆轨道绕地球运动到近地点的缘故下列说法中正确的是()A此时月球的速度最小B此时月球的加速度最大C月球由远地点向近地点运动的过程，地球对月球的万有引力做负功

2、D月球由远地点向近地点运动的过程，月球的机械能减小解析：月球沿椭圆轨道绕地球运动到近地点时的速度最大，选项A错误；由Gma知，在近地点时月球受到地球的万有引力最大，月球的加速度最大，选项B正确；月球由远地点向近地点运动的过程，地球对月球的万有引力做正功，选项C错误；月球沿椭圆轨道绕地球运动过程中，只有地球对月球的万有引力对月球做功，月球的机械能守恒，选项D错误答案：B31798年，英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量G，因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人若已知万有引力常量G，地球表面处的重力加速度g，地球半径R，地球上一个昼夜的时间T1(地球自转周期)，一年的时间T2(地球公转周期)，地

3、球中心到月球中心的距离L1，地球中心到太阳中心的距离L2.你能计算出()A地球的质量m地B太阳的质量m太C月球的质量m月D可求月球、地球及太阳的密度答案：AB4如图所示，由中山大学发起的空间引力波探测工程“天琴计划”于2015年启动，拟采用三颗全同的卫星(SC1、SC2、SC3)构成一个边长约为地球半径27倍的等边三角形阵列，地球恰好处于三角形中心，卫星将在以地球为中心、高度约10万千米的轨道上运行，对一个周期仅有5.4分钟的超紧凑双白矮星系统RXJ0806.31 527产生的引力波进行探测若地球近地卫星的运行周期为T0，则三颗全同卫星的运行周期最接近()A6T0B.30T0C60T0 D14

4、0T0解析：设地球的半径为R，对近地卫星有GmR()2，对三颗全同卫星中的某颗卫星，有Gmr()2，由题意知，该卫星的轨道半径r9R，联立解得该卫星的周期TT060T0，选项C正确答案：C5“神舟十一号”飞船经历5次变轨后与“天宫二号”目标飞行器在距地面393 km的近圆轨道上，成功进行了空间交会对接，再次上演“太空之吻”下列关于“天宫二号”、飞船和航天员的说法正确的是() A航天员在“天宫二号”内的“私人睡眠站”中睡觉时处于平衡状态B由于轨道上有极其稀薄的大气，若不加干预，“天宫二号”的动能会减小C为了实现对接，飞船和“天宫二号”应在同一轨道上运行，且两者的速度都应大于第一宇宙速度D飞船应先

5、在比“天宫二号”半径小的轨道上加速逐渐靠近“天宫二号”，两者速度接近时实现对接答案：D6随着地球资源的枯竭和空气污染(如雾霾)的加重，星球移民也许是最好的解决方案之一美国NASA于2016年发现一颗迄今为止与地球最类似的太阳系外的行星，与地球的相似度为0.98，并且可能拥有大气层和流动的水，这颗名叫Kepler 452b的行星距离地球约1 400光年，公转周期约37年，它的半径大约是地球的1.6倍，重力加速度与地球相近已知地球表面第一宇宙速度为7.9 km/s，则下列说法正确的是()A飞船在Kepler 452b表面附近运行时的速度小于7.9 km/sB该行星的质量约为地球质量的1.6倍C该行

6、星的平均密度约是地球平均密度的D在地球上发射航天器到达该星球，航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度解析：设Kepler 425b行星的半径为R，飞船的质量为m，第一宇宙速度为v，由万有引力定律得，mgm，解得v，则 1，故vK7.9 km/s，选项A错误；设Kepler 425b行星的质量为M，由万有引力近似等于重力得，Gmg，解得M，则2.56，选项B错误；行星的密度，则，选项C错误；第三宇宙速度是卫星脱离太阳引力束缚的发射速度，由于该行星是太阳系以外的行星，因此发射航天器到达该星球，航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度，选项D正确答案：D7某卫星在半径为r的轨道1上做圆周运动，动能为E

7、1，变轨到轨道2上后，动能比在轨道1上减小了E，在轨道2上也做圆周运动，则轨道2的半径为()A. B. rC. D.r答案：A8已知地球的半径为R，地球同步卫星离地高度为h，则关于地球赤道上静止的物体、地球近地环绕卫星和地球同步卫星的有关物理量，下列说法中正确的是()A赤道上物体与地球同步卫星的线速度之比为B近地卫星与地球同步卫星的角速度之比为()2C近地卫星与地球同步卫星的周期之比为 D赤道上物体与地球同步卫星的向心加速度之比为()2解析：地球同步卫星与地球自转同步，角速度相同，由vr和a2r得，选项A、D错误；对近地卫星Gm2R，对地球同步卫星Gm3(Rh)，两式比较可得 ，选项B错误；同

8、样对近地卫星Gm2R，对地球同步卫星Gm3(Rh)，两式比较可得 ，选项C正确答案：C9.我国首颗量子科学实验卫星成功运行后，我国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系假设量子卫星轨道在赤道平面，如图所示已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，图中P点是地球赤道上一点，由此可知()A同步卫星与量子卫星的运行周期之比为B同步卫星与P点的速度之比为C量子卫星与同步卫星的速度之比为D量子卫星与P点的速度之比为 答案：D10“神舟十一号”载人飞船在太空中遨游33天后，于2016年11月18日载着两名航天员顺利返回地面，

9、任务取得了完美成功，但其中的惊险，恐怕没几人知晓飞船在飞行中遇到空间碎片，一旦撞上，后果不堪设想，为此研究人员准备了600多个应急故障预案假设飞船飞行中发现前方有一个空间碎片，为了避开航天碎片的撞击，需要改变运行轨道，对于变轨过程，下列说法正确的是()A降低运行速度，飞船将逐渐运动到较高轨道上，定位后，飞船的机械能增大B降低运行速度，飞船将逐渐运动到较低轨道上，定位后，飞船的机械能减小C加大运行速度，飞船将逐渐运动到较高轨道上，定位后，飞船的机械能增大D加大运行速度，飞船将逐渐运动到较低轨道上，定位后，飞船的机械能减小解析：降低运行速度，飞船在原轨道的万有引力大于所需要的向心力，将做近心运动，

10、飞船逐渐运动到较低的轨道，飞船降低速度后，在原轨道的动能减小，势能不变，机械能减小，之后向低轨道运动过程中，机械能不变，所以定位后，飞船的机械能减小，故A错误，B正确；加大运行速度，飞船在原轨道的万有引力小于所需要的向心力，飞船将做离心运动，飞船将逐渐运动到较高轨道上，飞船加大运行速度后，在原轨道的动能增大，势能不变，机械能增加，之后向高轨道运动过程中，机械能不变，所以定位后，飞船的机械能增加，故C正确，D错误 答案：BC11.2018年5月25日21时46分，探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继卫星成功实施近月制动，进入月球至地月拉格朗日L2点的转移轨道当“鹊桥”位于拉格朗日点(如图中的L1、L

11、2、L3、L4、L5所示，人们称为地月系统拉格朗日点)上时，会在月球与地球的共同引力作用下，几乎不消耗燃料而保持与月球同步绕地球做圆周运动，下列说法正确的是(月球的自转周期等于月球绕地球运动的周期)()A“鹊桥”位于L2点时，“鹊桥”绕地球运动的周期和月球的自转周期相等B“鹊桥”位于L2点时，“鹊桥”绕地球运动的向心加速度大于月球绕地球运动的向心加速度CL3和L2到地球中心的距离相等D“鹊桥”在L2点所受月球和地球引力的合力比在其余四个点都要大答案：ABD12假设地球可视为质量均匀分布的球体。已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G。地球的密

12、度为()A.B.C. D.答案：B13“嫦娥五号”探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成。探测器预计在2017年由“长征五号”运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空，自动完成月面样品采集，并从月球起飞，返回地球，带回约2 kg月球样品。某同学从网上得到一些信息，如表中数据所示，请根据题意，判断地球和月球的密度之比为()月球半径R0月球表面处的重力加速度g0地球和月球的半径之比4地球表面和月球表面的重力加速度之比6A. B.C4D6答案：B解析：在地球表面，重力等于万有引力，则有Gmg，解得M，故密度为，同理，月球的密度为0，故地球和月球的密度之比为6，选项B正确。14据美国宇航局消息，在

13、距离地球40光年的地方发现了三颗可能适合人类居住的类地行星，假设某天我们可以穿越空间到达某一类地行星，测得以初速度10 m/s竖直上抛一个小球可到达的最大高度只有1 m，而其球体半径只有地球的一半，则其平均密度和地球的平均密度之比为(取g10 m/s2)()A52 B25C110 D101答案：D解析：根据h和g可得，M，即R3，行星平均密度，在地球表面以初速度10 m/s竖直上抛一个小球可到达的最大高度h地5 m。据此可得，该类地行星和地球的平均密度之比为101，选项D正确。15.如图所示，A、B是绕地球做匀速圆周运动的两颗卫星，A、B两卫星与地心的连线在相等时间内扫过的面积之比为k，不计A

14、、B两卫星之间的引力，则A、B两卫星的周期之比为()Ak3 Bk2Ck Dk答案：A16如图所示，曲线是一颗绕地球做圆周运动卫星轨道的示意图，其半径为R；曲线是一颗绕地球做椭圆运动卫星轨道的示意图，O点为地球球心，AB为椭圆的长轴，两轨道和地心都在同一平面内，已知在两轨道上运动的卫星的周期相等，万有引力常量为G，地球质量为M，下列说法正确的是()A椭圆轨道的长轴长度为RB卫星在轨道的速率为v0，卫星在轨道B点的速率为vB，则v0vBC卫星在轨道的加速度大小为a0，卫星在轨道A点加速度大小为aA，则a0 答案：C解析：根据开普勒第三定律得k，a为半长轴，已知卫星在两轨道上运动的卫星的周期相等，所

15、以椭圆轨道的长轴长度为2R，故A错误；B点为椭圆轨道的远地点，速度比较小，v0表示做匀速圆周运动的速度，v0vB，故B错误；根据牛顿第二定律得a，卫星在轨道距离地心的距离大于卫星在轨道A点距离地心的距离，所以a0aA，故C正确；若OA0.5R，则OB1.5R，人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，G，v ，如果卫星以OB为轨道半径做匀速圆周运动，v ，在轨道上，卫星在B点要减速，做近心运动，所以卫星在B点的速率vB ，故D错误。17设“天宫二号”绕地球做圆周运动的半径为r1、周期为T1；“火星探测器”绕火星做圆周运动的半径为r2、周期为T2.万有引力常量为G.根据题设条件，可得

16、()A关系式B地球与火星的平均密度之比为C地球与火星的质量之比为 D“天宫二号”和“火星探测器”的向心加速度大小之比为答案：CD181970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上。设东方红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为() Aa2a1a3 Ba3a2a1Ca3a1a2 Da1a2a3答案：D19.发射地

17、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，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，M、N为椭圆轨道短半轴的端点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时(如图所示)，以下说法正确的是()A在三条轨道中周期从大到小的顺序是3轨道、1轨道、2轨道B在三条轨道中速率最大的时刻为经过2轨道的Q点，速率最小的时刻为经过2轨道上P点C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D卫星在轨道2上从MPN运动所需的时间等于从NQM的时间答案：B解析：由开普勒第三定律k知，半径大的周期大，由r3r2r1可知T3T2T1，

18、故A错误。从轨道1到轨道2，卫星在Q点是做逐渐远离圆心的运动，要实现这个运动必须使卫星所需向心力大于万有引力，所以应给卫星加速，增加所需的向心力，所以在轨道2上Q点的速度大于轨道1上Q点的速度；在轨道2上P点的速度小于轨道3上P点的速度；根据v得卫星在轨道3上线速度小于卫星在轨道1上线速度，故B正确。卫星运行时只受万有引力，加速度a，所以卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度，C错误。近地点速度大，远地点速度小，则在轨道2上从MPN运动所需的时间小于从NQM的时间，则D错误。20多选 在不久的将来，人类将登陆火星，建立基地。用运载飞船给火星基地进行补给，就成了一项非

19、常重要的任务。其中一种设想的补给方法：补给飞船从地球起飞，到达月球基地后，卸下部分补给品。再从月球起飞，飞抵火星。在到达火星近地轨道后，“空投补给品”，补给飞船在不着陆的情况下完成作业，返回地球。下列说法正确的是()A补给飞船从月球起飞时的发射速度要达到7.9 km/sB“空投补给品”要给补给品减速C补给飞船不在火星上着陆原因是为了节省能量D补给飞船卸下部分补给品后，因为受到的万有引力减小，所以要做离心运动答案：BC21探月卫星绕地运行一段时间后，离开地球飞向月球。如图所示是绕地飞行的三条轨道，轨道1是近地圆形轨道，2和3是变轨后的椭圆轨道。A点是轨道2的近地点，B点是轨道2的远地点，卫星在轨

20、道1的运行速率为7.7 km/s，则下列说法中正确的是()A卫星在轨道2经过A点时的速率一定小于7.7 km/sB卫星在轨道2经过B点时的速率一定小于7.7 km/sC卫星在轨道3所具有的机械能小于在轨道2所具有的机械能D卫星在轨道3所具有的最大速率小于在轨道2所具有的最大速率答案：B解析：卫星在椭圆轨道2的A点做离心运动，故卫星在椭圆轨道2经过A点时的速率一定大于7.7 km/s，选项A错误。假设有一圆轨道2过B点，卫星在椭圆轨道2的B点的速率小于其所在圆轨道的速率，卫星在椭圆轨道2经过B点时的速率一定小于7.7 km/s，选项B正确。卫星运动到离地球越远的地方，需要的能量越大，具有的机械能

21、也越大，则卫星在轨道3所具有的机械能大于在轨道2所具有的机械能，选项C错误。根据开普勒第二定律可知椭圆轨道上近地点的速度最大，远地点的速度最小，则椭圆轨道3和2的最大速率都出现在A点，而从轨道1变成轨道2和3都要做离心运动，速度越大，做离心运动离圆心越远，故卫星在轨道3所具有的最大速率大于在轨道2所具有的最大速率，选项D错误。22(多选)已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离r和月球绕地球运行的周期T.仅利用这三个数据，可以估算的物理量有()A地球的质量B地球的密度C地球的半径D月球绕地球运行速度的大小【答案】AD23设地球半径为R，质量为m的卫星在距地面R高处做匀速圆周运动，地面的重力加速

22、度为g，则()A卫星的线速度为B卫星的角速度为C卫星的加速度为D卫星的周期为4【答案】A【解析】对地面上的物体有：Gm0g；对卫星Gm，联立解得：v，选项A正确；卫星的角速度为，选项B错误；卫星的加速度为av，选项C错误；卫星的周期为T4，选项D错误24若已知地球半径为R1，赤道上物体随地球自转的向心加速度为a1，第一宇宙速度为v1；地球同步卫星的轨道半径为R2，向心加速度为a2，运动速率为v2，判断下列比值正确的是()A.B.()2C.D.【答案】A 25如图所示，一个质量均匀分布的星球，绕其中心轴PQ自转，AB与PQ是互相垂直的直径星球在A点的重力加速度是P点的90%，星球自转的周期为T，

23、万有引力常量为G，则星球的密度为()A.B. C.D.【答案】D【解析】因为两极处的万有引力等于物体的重力，故：GP由于赤道处的向心力等于万有引力与物体在赤道处的重力之差，故：0.9mR解得：M则星球的密度.26(多选)据报道，一颗来自太阳系外的彗星于2014年10月20日擦火星而过如图11所示，设火星绕太阳在圆轨道上运动，运动半径为r，周期为T，该慧星在穿过太阳系时由于受到太阳的引力，轨道发生弯曲，彗星与火星在圆轨道的A点“擦肩而过”已知万有引力常量G，则()图11A可计算出太阳的质量B可计算出彗星经过A点时受到的引力C可计算出彗星经过A点的速度大小D可确定慧星在A点的速度大于火星绕太阳的速

24、度【答案】AD27(多选)我国研制的“嫦娥三号”月球探测器成功在月球表面实现软着陆如图所示，探测器首先被送到距离月球表面高度为H的近月轨道做匀速圆周运动，之后在轨道上的A点实施变轨，使探测器绕月球做椭圆运动，当运动到B点时继续变轨，使探测器靠近月球表面，当其距离月球表面附近高度为h(hc；对太阳来说，联立两式可得：2.5105，故选C.31(多选)物体在万有引力场中具有的势能叫做引力势能若取两物体相距无穷远时的引力势能为零，一个质量为m0的质点距质量为M0的引力中心为r0时，其万有引力势能Ep(式中G为引力常量)一颗质量为m的人造地球卫星以半径为r1圆形轨道环绕地球飞行，已知地球的质量为M，要

25、使此卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径增大为r2，则在此过程中()A卫星势能增加了GMm()B卫星动能减少了()C卫星机械能增加了()D卫星上的发动机所消耗的最小能量为()【答案】AC32图甲所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长卫星的使用寿命图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前，二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动的示意图,此时二者的连线通过地心、轨道半径之比为14.若不考虑卫星与“轨道康复者”之间的引力，则下列说法正确的是()A在图示轨道上，“轨道康复者”的速度大于7.9 km/sB在图示轨道上，“轨道康复者”的加速度大小是地球同步卫星的

26、4倍C在图示轨道上，“轨道康复者”的周期为3 h，且从图示位置开始经1.5 h与同步卫星的距离最近D若要对该同步卫星实施拯救，“轨道康复者”应从图示轨道上加速，然后与同步卫星对接【解析】由v知第一宇宙速度是卫星的最大运行速度，“轨道康复者”的速度一定小于7.9 km/s，故A错误；由牛顿第二定律可得a，两者的轨道半径之比为14，所以加速度之比为161，故B错误；两卫星从相距最远到相距最近需满足n，(n0、1、2、3)，故C错误；“轨道康复者”从图示轨道上加速，则会做离心运动，从而接近同步轨道才能实现对接，故D正确【答案】D33马航客机失联后，西安卫星测控中心紧急调动海洋、风云、高分、遥感4个型

27、号近10颗卫星,为地面搜救提供技术支持特别是“高分一号”突破了空间分辨率、多光谱与大覆盖面积相结合的大量关键技术如图为“高分一号”与北斗导航系统两颗卫星在空中某一面内运动的示意图“北斗”系统中两颗卫星“G1”和“G3”以及“高分一号”均可认为绕地心O做匀速圆周运动卫星“G1”和“G3”的轨道半径为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置，“高分一号”在C位置若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作用力则下列说法正确的是()A卫星“G1”和“G3”的加速度大小相等且为gB如果调动“高分一号”卫星快速到达B位置的下方，必须对其加速C卫星“G1”由位

28、置A运动到位置B所需的时间为D若“高分一号”所在高度处有稀薄气体,则运行一段时间后，机械能会增大【答案】C34太阳系中某行星A运行的轨道半径为R,周期为T，但科学家在观测中发现，其实际运行的轨道与圆轨道存在一些偏离，且每隔时间t发生一次最大的偏离天文学家认为形成这种现象的原因可能是A外侧还存在着一颗未知星B，它对A的万有引力引起A行星轨道的偏离，假设其运行轨道与A在同一平面内，且与A的绕行方向相同，由此可推测未知行星B绕太阳运行的圆轨道半径为()AR B. RCR DR【解析】在太阳系中行星A每隔时间t实际运行的轨道发生一次最大偏离，说明A、B此时相距最近，此过程类似于钟表中时、分两针从重合到

29、再次重合，已知A的轨道半径小于B的轨道半径，则有AtBt2，tt 2，TT，利用开普勒第三定律有，解得RR，所以只有A项正确【答案】A35我国成功地进行了“嫦娥三号”的发射和落月任务，进一步获取月球的相关数据该卫星在月球上空绕月球做匀速圆周运动时经过时间t,卫星行程为s，卫星与月球中心连线扫过的角度是弧度，引力常量为G，月球半径为R，则可推知月球密度的表达式是()A. B.C. D.【答案】B36嫦娥工程划为三期，简称“绕、落、回”三步走我国发射的“嫦娥三号”卫星是嫦娥工程第二阶段的登月探测器，经变轨成功落月若该卫星在某次变轨前，在距月球表面高度为h的轨道上绕月球做匀速圆周运动，其运行的周期为

30、T.若以R表示月球的半径，忽略月球自转及地球对卫星的影响，则()A“嫦娥三号”绕月球做匀速圆周运动时的线速度大小为B物体在月球表面自由下落的加速度大小为C在月球上发射月球卫星的最小发射速度为D月球的平均密度为【解析】“嫦娥三号”的线速度v，A项错误；由m(Rh)，mg月，可得物体在月球表面的重力加速度g月，B项正确；因月球上卫星的最小发射速度也就是最大环绕速度，有，又m(Rh)可得：v，C项错误；由m(Rh)，VR3可得月球的平均密度，D错误【答案】B37(多选)宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处已知该星球的半径与地球半径之比R星R地14,地球表面重力加速度为g，设该星球表面重力加速度为g，地球的质量为M地，该星球的质量为M星空气阻力不计则()Agg51 Bgg15CM星M地120 DM星M地180【答案】BD38如图所示，P是一颗地球同步卫星，已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g，地球自转周期为T. (1)设地球同步卫星对地球的张角为2，求同步卫星的轨道半径r和sin的值(2)要使一颗地球同步卫星能覆盖赤道上A、B之间的区域，AOB，则卫星可定位在轨道某段圆弧上，求该段圆弧的长度l(用r和表示)【答案】(1) (2)2r()