万有引力与航天2023年高考物理真题模拟试题专项汇编.docx

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1、4万有引力与航天2023 年高考物理真题模拟试题专项汇编1. 【2023 年全国乙卷，18】科学家对银河系中心四周的恒星S2 进展了多年的持续观测，给出 1994 年到 2023 年间S2 的位置如下图。科学家认为S2 的运动轨迹是半长轴约为 1000 AU太阳到地球的距离为 1 AU的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项争论工作获得了2023 年诺贝尔物理学奖。假设认为S2 所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推想出该黑洞质量约为()A. 4 104 MB. 4 106 MC. 4 108 MD. 4 1010 M2. 【2023 年全国甲卷，18】2023 年

2、 2 月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8 105 s 的椭圆形停靠轨道，轨道与火星外表的最近距离约为2.8 105 m 。火星半径约为3.4 106 m ，火星外表处自由落体的加速度大小约为3.7 m / s2 ，则“天问一号”的停靠轨道与火星外表的最远距离约为( )A. 6 105 mB. 6 106 mC. 6 107 mD. 6 108 m3. 【2023 年山东卷，5】从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越.火星质量约为月球的 9 倍，半径约为月球的 2 倍，“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月

3、球车的 2 倍.在着陆前，“祝融”和“玉兔”都会经受一个由着陆平台支撑的悬停过程. 悬停时，“祝融”与“玉兔”所受陆平台的作用力大小之比为()A.9:1B.9:2C.36:1D.72:14. 【2023 年山东卷，8】迷你系绳卫星在地球赤道正上方的电离层中，沿圆形轨道绕地飞行.系绳卫星由两子卫星组成，它们之间的导体绳沿地球半径方向，如下图.在电池和感应电动势的共同 作用下，导体绳中形成指向地心的电流，等效总电阻为r.导体绳所受的安培力抑制大小为 f 的环境阻力，可使卫星保持在原轨道上.卫生离地平均高度为 H，导体绳长为L (LH )，地球半径为 R，质量为 M，轨道处磁感应强度大小为 B，方向

4、垂直于赤道平面.无视地球自转的影响.据此可得，电池电动势为()A. BLGM+frB. BLGM- frC. BLGM+ BLD. BLGM- BLR + HBLR + HBLR + HfrR + Hfr5. 【2023 年广东卷，2】2023 年 4 月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功放射并入轨运行。假设核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，引力常量，由以下物理量能计算出地球质量的是( )A. 核心舱的质量和绕地半径C.核心舱的绕地角速度和绕地周期B.核心舱的质量和绕地周期D.核心舱的绕地线速度和绕地半径6. 【2023 年河北卷，4】“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器

5、沿椭圆形的停靠轨道绕火星飞行，其周期为 2 个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2 个火星日。一个火星日的时长约为一个地球日、火星质量约为地球质量的0.1 倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为()1A. 3 4B. 345C. 322D. 357. 【2023 年湖南卷，7】2023 年 4 月 29 日，中国空间站“天和”核心舱放射升空，准确进入预定轨道。依据任务安排，后续将放射“问天”试验舱和“梦天”试验舱，打算2023 年完成空间站在1轨建筑。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的16。以下说法正确的选项是()A. 核心舱进入

6、轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的(16 )2倍17B. 核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9 km/s C.核心舱在轨道上飞行的周期小于24 hD.后续加挂试验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小8. 【2023 年浙江卷，10】空间站在地球外层的淡薄大气中绕行，因气体阻力的影响，轨道高度会发生变化。空间站安装有发动机，可对轨道进展修正。图中给出了国际空间站在2023.022023.08 期间离地高度随时间变化的曲线，则空间站()A. 绕地运行速度约为2.0 km/sB. 绕地运行速度约为8.0 km/sC. 在 4 月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒D. 在 5 月份绕行的

7、任意两小时内机械能可视为守恒9. 【2023年江西省吉安市质检，7】2023年7月23日12点41分左右，我国长征五号遥四运载火箭在 海南文昌放射中心成功放射“天问一号”火星探测器。探测器将飞行约7个月后与火星交会，实现“环绕、着陆、巡察”三个目标。火星质量约为地球质量的 1，半径约为地球半径的 1，以下说法正确的选项是()A. 火星探测器的放射速度应大于地球的其次宇宙速度102B. 火星探测器的放射速度应介于地球的第一和其次宇宙速度之间C. 火星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的 5 倍5D. 探测器在火星外表的重力约为其在地球外表重力的0.4 倍10. 【2023 年五省百校联考，5】2

8、023 年 11 月 24 日，“嫦娥五号”成功放射开启了我国首次外天体采样返回之旅，嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四局部组成，在环月飞行 后，着陆器和上升器组合体将与轨道器和返回器组合体分别，轨道器携带返回器留轨运行，着陆 器承载上升器择机在月球正面最大的月海风暴洋北部吕姆克山区域软着陆，开展月面自动采样等 工作，采样目标是采集约 2 公斤月壤并送回地球。如下图，关闭动力的宇宙飞船在月球引力作用下沿地一月转移轨道向月球靠近，并于A 处进入环月圆轨道。在环月圆轨道运行过程中轨道半径为 r，运行周期为 T，万有引力常量为 G，月球的半径为 R，以下说法正确的选项是 A. 放射嫦娥

9、五号时，放射速度要大于其次宇宙速度 B关闭动力的宇宙飞船在月球引力作用下沿地一月转移轨道向月球靠近过程中，宇宙飞船的机械能增加C月球的质量M = 42 r3GT 2D着陆器承载上升器在月球正面软着陆的落地瞬间上升器处于失重状态11. 【2023 年河南省名校联考，7】如下图“木卫二”是近几年来科学家的“宠”，这颗卫星存在大气层，还有微弱的磁场，引起了宽阔专家的关注。“木卫二”在离木星外表高 H 处绕木星做近似匀速圆周运动，其公转同期为 T，把木星看作一质量分布均匀的球体，木星的半径为r，万有引力常量为 G，假设有另一卫星 P 绕木星外表四周离木星表而高度可无视做匀速圆周运动，则木星的质量和卫星

10、 P 的线速度大小分别为()A. 22 (r + H )3 , 2(r + H )3 GT 2TrC. 42 (r + H )3 , 4(r + H )3 GT 23TrB. 22 (r + H )3 , 4(r + H )3 GT 23TrD. 42 (r + H )3 , 2(r + H )3 GT 2Tr12. 【2023 年广东省高州市模拟，5】2023 年 7 月 23 日 12 时 41 分，火星探测器“天问一号”成功放射，标志着我国已经开启了探究火星之旅。“天问一号”首先进入圆轨道围绕火星做匀速圆周运动， 然后调整姿势悬停在火星上空，再向下加速、减速，“天问一号”着陆火星外表并执

11、行任务。地球与火星的质量比为 a，地球与火星的半径比为 b。则以下说法正确的选项是()aA. 地球与火星外表的重力加速度的比值为bbB. 地球与火星的近地卫星周期的比值为aaC. 地球与火星的第一宇宙速度的比值为bD. “天问一号”在围绕火星运动、悬停、向下加速以及减速的过程中，处于失重状态13. 【2023 年河北省联考，7】我国首次火星探测任务“天问一号”探测器打算飞行约 7 个月抵达火 星，并通过 2 至 3 个月的围绕飞行后着陆火星。如下图，为关闭动力的“天问一号”探测器在火星引力作用下经椭圆轨道向火星靠近，然后绕火星做匀速圆周运动。探测器绕火星做匀速圆周 运动的半径为 r，周期为 T

12、，引力常数为 G，火星半径为 R，以下说法正确的选项是()A. 探测器在 B 处由椭圆轨道进人圆轨道必需点火加速探测器B. 图中探测器在飞向 B 处的过程中，加速度渐渐增大C.依据题中条件可以算出火星的密度D.依据题中条件可以算出探测器在圆轨道受到火星引力大小14. 【2023 年江苏省无锡市调研，4】在空间站中，宇航员长期处于失重状态。为缓解这种状态带来的不适，科学家设想建筑一种环形空间站，如下图。圆围绕中心匀速旋转，宇航员站在旋转 舱内的侧壁上，可以受到与他站在地球外表时一样大小的支持力。地球外表的重力加速度为 g ，圆环的半径为 r ，宇航员可视为质点。以下说法正确的选项是( )A. 宇

13、航员处于平衡状态B. 宇航员的向心加速度大小应为 gC. 旋转舱绕其轴线转动的角速度大小应为 grD. 旋转舱绕其轴线转动的线速度大小应为 gr15. 【2023 年山东省青岛市模拟，11】假设宇航员到达某一星球后，做了如下试验：1让小球从距离地面高h 处由静止开头下落，测得小球下落到地面所需时间为t；2将该小球用轻质组绳固定在传感器上的O 点，如图甲所示。给小球一个初速度后，小球在竖直平面内绕O 点做完整的圆周运动，传感器显示出绳子拉力大小随时间变化的图象所示图中F、F 为。该星球近12地卫星的周期为T ，万有引力常量为G ，该星球可視为均质球体。以下说法正确的选项是()A.该星球的平均密度

14、为3pGT 2(FB.小球质量为 2- F )t 2112hC.该星球半径为hT 24p2t2D.围绕该星球外表运行的卫星的速率为 Thpt 2答案以及解析1. 答案：B解析：此题考察万有引力定律的应用。依据开普勒定律可得 a3 MT 20，其中 M0是中心天体的质量。依据题图，S2 的公转周期约为 16 年，设黑洞的质量为M ，则有10003 =M ，求得M 4 106 ，B 项正确。M162M2. 答案：C解析：此题考察开普勒第三定律、万有引力作用下的天体运动。对火星外表的物体有GMm = mg ，卫星绕火星外表做圆周运动，卫星有GMm = mr 42 ，依据开普勒第三定律可知，R2r2“

15、天问一号”在停靠轨道对应的长半轴a 的三次方跟周期T0T 2的平方比值为常数，即 a3T= k ，联立以上各式可得 a3 =Tr3 =T 2gR242，代入题给数据可得a 3.3107 m ，则“天问一号”的停靠轨道与火星外表的最远距离约为2a - Lmin- 2R 6 107 m ，C 项正确。3. 答案：B解析：4. 答案：A解析：5. 答案：D解析：此题考察对天体质量的估算。依据G Mm = m v2，可得M = v2r，D 项正确。r2rG6. 答案：DMm42GMT 2rMT解析：此题考察万有引力定律。由Gr2= mr ，得r3T 2=，因此(421 )3 =1rM22 ( 1 )2

16、 ，解得T23 0.1 (21)223 5=1r，D 项正确。r27. 答案：AC解析：此题考察万有引力定律、圆周运动和第一宇宙速度。依据万有引力定律，在地面上时核心舱受地球的万有引力F= GMm，进入轨道后核心舱受地球的万有引力F GMm16=()2 F ，万R2万( RGMr16+ R)217万A 项正确；由 GMm = m v2，得v =，可知 r 越大，v 越小，第一宇宙速度 7.9 km/s 为绕地球r2r做匀速圆周运动的最大围绕速度，B 项错误；核心舱的轨道半径远小于同步卫星的轨道半径，由=，得 =GMm2m()2 rTr 2T，r 越小，T 越小，核心舱的周期小于同步卫星的周期2

17、4 h，C 项42 r3GM正确；加挂试验舱后，由万有引力供给向心力可知r = GM ，与核心舱和空间站的质量无关，轨道v2半径不会变小，D 项错误。8. 答案：D解析：此题考察天体运动、机械能守恒。空间站距离地面的高度是变化的，线速度也是变化的， A、B 项错误；4 月和 5 月比照，4 月高度起伏变化大，说明进展了轨道修正，即存在发动机做功， 机械能不守恒，C 项错误，D 项正确。9. 答案：ACDGMR解析：当放射速度大于其次宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的范围内运动，火星在太阳系内，所以火星探测器的放射速度应大于其次宇宙速度，故A 正确；其次宇宙速度是探测器脱离地球的引力到

18、太阳系中的临界条件，当放射速度介于地球的第一和其次宇宙速度之间时， 探测器将围绕地球运动，故B 错误；第一宇宙速度等于天体外表卫星的速度，依据万有引力供给GMmmv2向心力，有=R21 ，得vR1=，所以火星、地球的第一宇宙速度之比MRMR火 地地火v火 =v=，即v=1 210155火v，选项C 正确；依据万有引力近似等于重力，有55地地GMm = mg ，得 g火21 2 2R地= M 火 = 0.4 ，探测器在火星、地球外表的重力之比R2g地MR 2地火10 1 =Gg火火 =0.4 ，即GGg火地地= 0.4G地，选项D 正确。10. 答案：C解析：A.嫦娥五号放射速度小于其次宇宙速度

19、，故A 错误；B. 关闭动力的宇宙飞船在月球引力作用下沿地一月转移轨道向月球靠近过程中，宇宙飞船的机械能不变，故B 错误；Mm4242r3C. 对宇宙飞船，依据万有引力供给向心力Gr 2= mr 得 M =，依据空间站的轨道半T 2GT 2径为 r，周期为 T，万有引力常量为 C 可计算出月球的质量 M，故C 正确；D. 着陆器承载上升器在月球正面软着陆的落地瞬间上升器处于超重状态，故D 错误。11.答案：D解析：设“木卫二”的质量为 m，由牛顿其次定律有：GMm= m 42 (r + H ) ，得木星的质量：42 (r + H )3M =(r + H )2T 2，对卫星 P，万有引力供给向心

20、力，有： GMm = m v2，得卫星 P 的线速度大GT 2r2r2(r + H )3 Tr小： v =，应选项D 正确。12. 答案：C解析：对于处在星体外表的物体，万有引力与重力的关系为G Mm = mg ，整理得 g = GMR2R2，则地gaMm4p 2球与火星外表的重力加速度的比值为 地g火Mm=，A 错误；对于近地卫星，由Gb2R2baT= mR ，整T 2理得G= mg ，则地球与火星的近地卫星周期的比值为 地 = b，B 错误；星球的第一宇宙速R2Tab火度为v =，则地球与火星的第一宇宙速度的比值为vgR地v火=，C 正确；“天问一号”在围绕火星运动时处于完全失重状态，悬停

21、时处于平衡状态，向下加速时处于失重状态，向下减速时处于超重状态，D 错误。13. 答案：BC解析：在 B 点应减速，A 错；飞向 B 的过程中万有引力增大，加速度增大，B 对；由GMm = m 42 r 可计算 M，又火星半径 R，则火星密度可算，C 对；探测器质量未知，引力无r2T 2法计算，D 错。14. 答案：B解析：旋转舱中的宇航员做匀速圆周运动，圆围绕中心匀速旋转使宇航员感受到与地球一样的重力是向心力所致，向心加速度大小应为 g ，合力指向圆心，处于非平衡状态；2依据： g = w 2r = vrgr解得： w =g , v =r故B 正确，ACD 错误；15. 答案：ABD解析：A

22、.对近地卫星有： GMm = m 4p2M4R ， r =，V =pR3R2T 2V3解得： r =3p，故A 正确。GT 2B. 小球通过最低点时拉力最大，此时有： F2- mg = m0v2r最高点拉力最小，此时有： F1+ mg = m v2r11最高点到最低点，据动能定理可得： mg 2r =mv2 -mv2可得： F2- F = 6mg12021小球做自由落体运动时，有： h =gt 22g =F2h(可得：， m =2t2- F )t 2112h，故B 正确；C. 星球平均密度可表示为： r =3p=3g可得： R =hT 2，故C 错误。GT 24pGR2p2t2D. 围绕该星球外表运行的卫星的速率可表示为：v =应选：ABD。= hT ，故D 正确。gRpt2