2023年高三物理二輪練習06 萬有引力與航天

2023年高三物理二輪高頻考點沖刺突破

專題06萬有引力與航天

專練目標______________________________專練內(nèi)容______________________________

目標1高考真題（IT—4T）

目標2近地太空探測的航天問題（5T—8T）

目標3與探月有關(guān)的航天問題（9T-12T）

目標4與火星探測有關(guān)的航天問題（13T—16T）

目標5與其他深空探測有關(guān)的航天問題（17T-20T）

【典例專練】

一、高考真題

1.（2022年全國卷）2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約40Okm的"天宮二

號”空間站上通過天地連線，為同學們上了一堂精彩的科學課。通過直播畫面可以看到，在近地圓軌道上飛

行的“天宮二號"中，航天員可以自由地漂浮，這表明他們（）

A.所受地球引力的大小近似為零

B.所受地球引力與飛船對其作用力兩者的合力近似為零

C.所受地球引力的大小與其隨飛船運動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隨飛船運動所需向心力的大小

2.（2022年廣東卷）"祝融號"火星車需要"休眠"以度過火星寒冷的冬季。假設(shè)火星和地球的冬季是各自公

轉(zhuǎn)周期的四分之一，且火星的冬季時長約為地球的1.88倍。火星和地球繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運

動。下列關(guān)于火星、地球公轉(zhuǎn)的說法正確的是（）

A.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大B.火星公轉(zhuǎn)的角速度比地球的大

C.火星公轉(zhuǎn)的半徑比地球的小D.火星公轉(zhuǎn)的加速度比地球的小

3.（2022年遼寧卷）如圖所示，行星繞太陽的公轉(zhuǎn)可以看成勻速圓周運動。在地圖上容易測得地球一水星

連線與地球一太陽連線夾角α,地球一金星連線與地球一太陽連線夾角耳，兩角最大值分別為a.、Λ,o則

)

A.水星的公轉(zhuǎn)周期比金星的大

B.水星的公轉(zhuǎn)向心加速度比金星的大

C.水星與金星的公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為Sina，“:sin"

D.水星與金星的公轉(zhuǎn)線速度之比為JSinan,:JsinQ,

4.（2022年湖南卷）如圖，火星與地球近似在同一平面內(nèi)，繞太陽沿同一方向做勻速圓周運動，火星的軌

道半徑大約是地球的1?5倍。地球上的觀測者在大多數(shù)的時間內(nèi)觀測到火星相對于恒星背景由西向東運動，

稱為順行；有時觀測到火星由東向西運動，稱為逆行。當火星、地球、太陽三者在同一直線上，且太陽和

火星位于地球兩側(cè)時，稱為火星沖日。忽略地球自轉(zhuǎn)，只考慮太陽對行星的引力，下列說法正確的是（）

火星

恒星背景/,/銀疑

東西???∕1/

、、，?

一?

A.火星的公轉(zhuǎn)周期大約是地球的卮倍

B.在沖日處，地球上的觀測者觀測到火星的運動為順行

C.在沖日處，地球上的觀測者觀測到火星的運動為逆行

D.在沖日處，火星相對于地球的速度最小

二、近地太空探測的航天問題

5.2021年1月，"天通一號"03星發(fā)射成功。發(fā)射過程簡化如圖所示：火箭先把衛(wèi)星送上軌道1（橢圓軌道,

尸、0是遠地點和近地點）后火箭脫離；衛(wèi)星再變軌，到軌道2（圓軌道）；衛(wèi)星最后變軌到軌道3（同步圓

軌道）。軌道1、2相切與尸點，軌道2、3相交于ΛAN兩點。忽略衛(wèi)星質(zhì)量變化。（）

P

衛(wèi)星在三個軌道上機械能

A.E3>E2>EI

B.衛(wèi)星在三個軌道上的周期T3>T2>T/

C.衛(wèi)星在軌道1上的。點線速度大于軌道3的線速度

D.衛(wèi)星由軌道1變軌至軌道2,必須在P點朝速度同方向噴氣

6.2021年7月我國成功將全球首顆民用晨昏軌道氣象衛(wèi)星一一“風云三號05星”送入預定圓軌道，軌道周

期約為1.7h,被命名為"黎明星"，使我國成為國際上唯一同時擁有晨昏、上午、下午三條軌道氣象衛(wèi)星組網(wǎng)

觀測能力的國家，如圖所示。某時刻"黎明星"正好經(jīng)過赤道上產(chǎn)城市正上方，則下列說法正確的是（）

A."黎明星"做勻速圓周運動的速度大于7.9km∕s

B.同步衛(wèi)星的軌道半徑約為"黎明星"的10倍

C.該時刻后"黎明星"經(jīng)過408h能經(jīng)過P城市正上方

D."黎明星”的向心加速度小于赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度

7.2021年10月16日、神舟十三號載人飛船順利將翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員送入太空，假設(shè)神

舟十三號載人飛船在距地面高度為〃的軌道做圓周運動，已知地球的半徑為R,地球表面的重力加速度為g,

引力常量為G,下列說法正確的是（）

A.神舟十三號載人飛船的線速度大于地球第一宇宙速度

B.神舟十三號載人飛船運行的周期為T=

神舟十三號載人飛船軌道處的重力加速度為

C.(Λ+Λ)2

地球的平均密度0=諄而

8.2022年4月16日O時44分，神舟十三號與空間站天和核心艙分離，正式踏上回家之路，分離過程簡化

如圖所示，脫離前天和核心艙處于半徑為｛的圓軌道I上，從P點脫離后神舟十三號飛船沿橢圓軌道II返

回半徑為々的近地圓軌道山上，然后再多次調(diào)整軌道，繞行5圈后順利著落在東風著落場。已知軌道∏與軌

道I、m兩圓軌道相切于P、。點兩點且恰好對應橢圓的長軸兩端點，引力常量為G,地球質(zhì)最為〃，則下

列說法正確的是（）

飛船從P點運動至。點的最短時間為±立

B.飛船在軌道川上的向心加速度小于在軌道I上的向心加速度

C.飛船在軌道I上的機械能大于在軌道III上的機械能

D.飛船在軌道I與地心連線和在軌道In與地心連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等

二、與探月有關(guān)的航天問題

9.如圖所示，"鵲橋"中繼星處于地月拉格朗日點心上時，會和月球、地球兩個大天體保持相對靜止的狀態(tài)。

設(shè)地球的質(zhì)量為M,"鵲橋"中繼星的質(zhì)量為加，地月間距為乙拉格朗日心點與月球間距為d，地球、月球

和"鵲橋"中繼星均可視為質(zhì)點，忽略太陽對"鵲橋"中繼星的引力，忽略"鵲橋"中繼星對月球的影響。貝廣鵲橋"

中繼星處于心點上時.，下列選項正確的是（）

A.地球?qū)υ虑虻囊εc"鵲橋"中繼星對月球的引力相等

B.月球與地球質(zhì)量之比為"+,F''-

C."鵲橋"中繼星與月球的向心加速度之比/?："+If

D."鵲橋"中繼星與月球的線速度之比為Jiλ√m

10.2022年10月12日，天宮課堂第三課在中國空間站開講，在空間站微重力環(huán)境下，展示毛細效應實驗

最細吸管開啟"倍速模式"，水球"變懶"、扳手"掉頭"等實驗。隨著我國登月計劃的實施，我國宇航員登上月

球?qū)⒉皇菈粝耄杭偃缥覈詈絾T登上月球并在月球表面附近以初速度%豎直向上拋出一個小球，經(jīng)時間t

后回到出發(fā)點。已知月球的半徑為凡引力常量為G,則下列說法正確的是（）

A.月球的質(zhì)量為會對B.月球表面的重力加速度為為

Gtt

C.宇航員在月球表面附近繞月球做勻速圓周運動的繞行周期為HD.宇航員在月球表面獲得序的速

度就可能離開月球表面圍繞月球做圓周運動

IL"嫦娥五號"探測器著落月球前的運動軌道示意圖如圖所示，"嫦娥五號"沿軌道I運動到P點時點火減速,

之后沿軌道11運動，再次運動到尸點時點火減速，之后沿近月（到月球表面的距離不計）軌道IH運動。月

球的半徑為/?,軌道∏上的遠月點。到月心的距離為3R,"嫦娥五號”在軌道∏上運行的周期為7,引力常

量為G。下列說法正確的是（）

A.月球的質(zhì)量為得U

B.月球的質(zhì)量為四叱￡

GT2

C.月球表面的重力加速度大小為空四

T2

D.月球表面的重力加速度大小為?3

12.2020年12月17日"嫦娥五號"首次地外天體采樣返回任務圓滿完成。在采樣返回過程中，"嫦娥五號"

要面對取樣、上升、對接和高速再入等四個主要技術(shù)難題，要進行多次變軌飛行。"嫦娥五號"繞月球飛行的

三條軌道示意圖如圖所示，軌道1是貼近月球表面的圓形軌道，軌道2和軌道3是變軌后的橢圓軌道，并

且都與軌道1相切于Z點。N點是軌道2的近月點，B點是軌道2的遠月點，“嫦娥五號"在軌道1上的運行

速率約為不計變軌中“嫦娥五號”的質(zhì)量變化，不考慮其他天體的影響，下列說法中正確的是（）

1.7km∕so

A.“嫦娥五號”在軌道2經(jīng)過A點時的加速度等于在軌道1經(jīng)過A點時的加速度

B.“嫦娥五號”在軌道2經(jīng)過B點時的速率可能大于1.7km∕s

C.“嫦娥五號"在軌道3上運行的最大速率大于其在軌道2上運行的最大速率

D.“嫦娥五號”在軌道3所具有的機械能大于在軌道2所具有的機械能

三、與火星探測有關(guān)的航天問題

13.兩千多年前，我國古代偉大詩人屈原在其傳奇詩篇《天問》中發(fā)出疑問：“日月安屬？列星安陳？”兩千

多年后，中國人秉承著屈原的質(zhì)疑精神和探索精神啟動了行星探測任務，我們的目標，是星辰大海。我國

的火星探測器"天問一號"從地球發(fā)射后，在如圖甲所示的P點沿地火轉(zhuǎn)移軌道到Q點，再依次進入如圖乙

所示的調(diào)相軌道和停泊軌道，貝『‘天問一號"（）

甲乙

A.從P到。的運動過程中，太陽引力對其做正功

B.發(fā)射速度介于7.9km∕s與11.2km∕s之間

C.從尸點轉(zhuǎn)移到Q點的時間大于6個月

D.天問一號在調(diào)相軌道的運行周期小于在停泊軌道的運行周期

14.2021年10月火星上的祝融號航天器"失聯(lián)"一個月。追究其原因是2021年10月29日出現(xiàn)了"火星合日"

的天象。"火星合日"是指火星、太陽、地球三者之間形成一條直線時，從地球的方位觀察，火星位于太陽的

的正后方，火星被太陽完全遮蔽的現(xiàn)象，如圖所示、已知地球、火星繞太陽運動的方向相同，若把火星和

地球繞太陽運行的軌道視為圓，地球的公轉(zhuǎn)周期與火星的公轉(zhuǎn)周期之比約為1：2。由此可知（）

火火

OI

\

\

A.火星公轉(zhuǎn)的線速度約為地球公轉(zhuǎn)線速度的去

B.火星的公轉(zhuǎn)半徑約為地球公轉(zhuǎn)半徑的2√Σ

C.下一次祝融號航天器"失聯(lián)"時間大約是2023年10月

D.火星的向心加速度約為地球向心加速度的靠

15."天問一號"火星探測器需要通過霍曼轉(zhuǎn)移軌道從地球發(fā)射到火星，地球軌道和火星軌道近似看成圓形軌

道，霍曼轉(zhuǎn)移軌道是一個在近日點M和遠日點尸分別與地球軌道、火星軌道相切的橢圓軌道（如圖所示）。

"天問一號"在近日點短暫點火后進入霍曼轉(zhuǎn)移軌道，接著沿著這個軌道運行直至抵達遠日點，然后再次點火

進入火星軌道。已知引力常量為G,太陽質(zhì)量為“，地球軌道和火星軌道半徑分別為，?和R,地球、火星、

"天問一號"運行方向都為逆時針方向。若只考慮太陽對"天問一號"的作用力，下列說法正確的是（）

△

霍X

理

地

轉(zhuǎn)

移

道

軌

軌

道

?M/

軌吟，

A.兩次點火噴射方向都與速度方向相同

B.兩次點火之間的時間間隔為工

2

C."天問一號"在地球軌道上的線速度大于在火星軌道上的線速度

D."天問一號"在霍曼轉(zhuǎn)移軌道上P點的加速度比在火星軌道上尸點的加速度小

16.在火星表面上用探測器做了一次豎直方向的運動實驗，探測器從火星表面先豎直向上做初速度為O的

勻加速直線運動，內(nèi)部一質(zhì)量為機的物體受到豎直向上的支持力是其重力的1.8倍，關(guān)閉發(fā)動裝置，探測

器接著做豎直上拋運動到達最高點，最后自由落體回到火星表面。已知上升過程的最大速度為％，與火星

表面的最大距離為/7,萬有引力常量為G,下列說法正確的是（）

A.探測器在上升的過程中，先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)

B.探測器在下降過程中的平均速度大小為（%

C.若火星的質(zhì)量為則火星的半徑為半色

3%

D.若火星的半徑為七則火星的第一宇宙速度為冷倍

四、與其他深空探測有關(guān)的航天問題

17.中國日報2022年9月9日電（記者張宇浩）當?shù)貢r間7日，美國國家航空航天局的"苔絲"（TESS）任

務宣布發(fā)現(xiàn)兩顆系外行星，距離地球約100光年，其中一顆或適合生命存活。這兩顆系外行星被歸類為"超

級地球"，即質(zhì)量比地球大，但比冰巨星小。它們繞著一顆“活躍度較低"的紅矮星運行。第一顆行星，LP890-9b,

其半徑是地球的1.3倍，每2.7天繞恒星一周。另一顆行星LP890-9c的半徑是地球的1.4倍，大約3.9天繞恒

星一周，繞行期間處于恒星宜居帶內(nèi)。研究人員表示，LP890-9c距離恒星很近，接收到的輻射熱量卻很低,

若有充足的大氣層，行星表面或存在液態(tài)水。若將兩顆行星和地球均視為球體，假設(shè)LP890-9c與地球密度

相等，地球繞太陽和兩顆行星繞紅矮星的運動均看做勻速圓周運動。下列說法正確的是（）

A.LP890-9C表面的重力加速度與地球表面的重力加速度之比為I1，？

B.LP890-9c的第一宇宙速度與地球的第一宇宙速度之比為141

C.LP890-9b與LP890-9c繞恒星公轉(zhuǎn)的軌道半徑之比為立產(chǎn)：￡^

D.LP890-9b與LP890-9c繞恒星公轉(zhuǎn)的線速度之比為江：上

18.2022年9月27日的“木星沖日"是觀測木星的一次好機會。木星沖日就是指木星、地球和太陽依次排列

大致形成一條直線時的天象。已知木星與地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽近似做勻速圓周運動，

木星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的318倍，木星半徑約為地球半徑的11倍，木星到太陽的距離大約是地球到太陽距

離的5倍，則下列說法正確的是（）

A.木星運行的加速度比地球運行的加速度大

B.木星表面的重力加速度比地球表面的重力加速度小

C.在木星表面附近發(fā)射飛行器的速度至少為7.9km∕s

D.上一次"木星沖日”的時間大約在2021年8月份

19.仙王座VV是一對雙星系統(tǒng)，分別由一顆紅超巨星W