高考物理二輪總復習專題能力訓練4萬有引力與航天

專題能力訓練4萬有引力與航天(時間:45分鐘滿分:98分)選擇題(本題共14小題,每小題7分,共98分。在每小題給出的四個選項中,1~8題只有一個選項符合題目要求,9~14題有多個選項符合題目要求。全部選對的得7分,選對但不全的得4分,有選錯的得0分)1.(2021·江蘇無錫一模)在“金星凌日”的精彩天象中,觀察到太陽表面上有顆小黑點緩慢走過,持續(xù)時間達六個半小時,那便是金星。下列說法正確的是()A.觀測“金星凌日”時可將太陽看成質點B.地球在金星與太陽之間C.金星繞太陽公轉一周的時間小于365天D.相同時間內,金星與太陽連線掃過的面積等于地球與太陽連線掃過的面積2.如圖所示,某行星半徑為R,外圍有一圈厚度為d的衛(wèi)星群,設衛(wèi)星群中的某“點”繞行星的運動速度為v,該“點”到行星中心的距離為r。已知該行星的第一宇宙速度為v0,下列圖像可能的是()3.(2022·重慶高考模擬)2022年4月16日9時56分,神舟十三號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸,神舟十三號載人飛行任務取得圓滿成功。設距地球無限遠處的引力勢能為零,地球質量為M,地球半徑為R,地球表面重力加速度大小為g,質量為m的物體在距地心r處的引力勢能為Ep=GMmr(G為引力常量,r≥R),不考慮地球自轉和其他天體的影響,神舟十三號載人飛船返回艙質量為m0,從距地面高nR(n<1)軌道返回地面過程中質量不變,則返回艙返回地面過程中,引力勢能減少量為(A.nm0gRB.nC.mD.n4.(2021·河南洛陽第一中學月考)某高中的航天興趣小組查詢相關資料獲取到以下信息:①忽略地球自轉時,與地心距離r處的引力場強度a隨r變化的曲線如圖所示,R為地球的半徑,在0~R范圍內是過原點的直線,在R~∞范圍內是遵從“平方反比”的曲線,即在此區(qū)間內,引力場強度a與r的二次方成反比,引力場某點的強度等于質點在該點受到的萬有引力除以質點的質量;②軌道高度h=R處有一衛(wèi)星A繞地球做勻速圓周運動的周期為T;③引力常量為G。則在忽略自轉時,下列說法正確的是()A.可以推斷出地球的平均密度ρ=3B.可以推斷出地表的重力加速度g=16C.深度為R4的深井底部的重力加速度大小等于衛(wèi)星AD.深度為3R4的深井底部的重力加速度大小等于衛(wèi)星5.我國第五顆北斗導航衛(wèi)星是一顆地球同步軌道衛(wèi)星。如圖所示,假若第五顆北斗導航衛(wèi)星先沿橢圓軌道Ⅰ飛行,后在遠地點P處由橢圓軌道Ⅰ變軌進入地球同步圓軌道Ⅱ。下列說法正確的是()A.衛(wèi)星在軌道Ⅱ運行時的速度大于7.9km/sB.衛(wèi)星在軌道Ⅱ運行時的向心加速度比在赤道上相對地球靜止的物體的向心加速度大C.衛(wèi)星在軌道Ⅱ運行時不受地球引力作用D.衛(wèi)星在橢圓軌道Ⅰ上的P點處減速進入軌道Ⅱ6.衛(wèi)星在搶險救災中能發(fā)揮重要作用。第一代、第二代海事衛(wèi)星只使用地球同步衛(wèi)星,不能覆蓋地球上的高緯度地區(qū),第三代海事衛(wèi)星采用地球同步衛(wèi)星和中軌道衛(wèi)星結合的方案,它由4顆同步衛(wèi)星與12顆中軌道衛(wèi)星構成。中軌道衛(wèi)星高度為10354km,分布在幾個軌道平面上(與赤道平面有一定的夾角),在這個高度上,衛(wèi)星沿軌道旋轉一周的時間為6h。則下列判斷正確的是()A.中軌道衛(wèi)星的角速度小于地球同步衛(wèi)星B.中軌道衛(wèi)星的線速度小于地球同步衛(wèi)星C.如果某一時刻中軌道衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星與地球的球心在同一直線上,那么經(jīng)過6h它們仍在同一直線上D.在中軌道衛(wèi)星經(jīng)過地面某點的正上方24h后,該衛(wèi)星仍在地面該點的正上方7.(2022·黑龍江哈爾濱六中期中)海王星外圍有一圈厚度為d的發(fā)光帶(發(fā)光的物質),簡化為如圖甲所示模型,R為海王星的球體半徑。為了確定發(fā)光帶是海王星的組成部分還是環(huán)繞該行星的衛(wèi)星群,某科學家做了精確地觀測并發(fā)現(xiàn)發(fā)光帶繞海王星中心O的運行速度與到海王星中心的距離r的關系如圖乙所示(圖中所標v0為已知),則下列說法正確的是()甲乙A.發(fā)光帶是海王星的組成部分B.海王星自轉的周期為2C.海王星表面的重力加速度為vD.海王星的平均密度為38.(2021·重慶江津中學高三模擬)2020年6月23日,北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射,標志著北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的星座部署全部完成。據(jù)悉,北斗三號由3顆地球靜止同步軌道(GEO)衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道(IGEO)衛(wèi)星和24顆中圓地球軌道(MEO)衛(wèi)星組成。已知MEO衛(wèi)星的軌道高度大約為2萬千米,軌道周期是12小時;IGEO衛(wèi)星的軌道周期是24小時。下列說法錯誤的是()A.三類衛(wèi)星中,MEO衛(wèi)星的加速度最大B.三類衛(wèi)星中,MEO衛(wèi)星的運行速度最大C.GEO衛(wèi)星和IGEO衛(wèi)星的軌道高度不同D.MEO衛(wèi)星具有在軌備份的功能,即某顆IGEO衛(wèi)星失效時,其功能可由某顆MEO衛(wèi)星來替代。那么,MEO衛(wèi)星必須經(jīng)過加速過程才能完成軌道調整9.假如某志愿者登上火星后將一小球從高為h的地方由靜止釋放,不計空氣阻力,測得經(jīng)過時間t小球落在火星表面,已知火星的半徑為R,引力常量為G,不考慮火星自轉,則下列說法正確的是()A.火星的第一宇宙速度為2B.火星的質量為2C.火星的平均密度為3D.環(huán)繞火星表面運行的衛(wèi)星的周期為πt210.如圖所示,飛船在距月球表面h處繞月球做勻速圓周運動,周期為T,飛船可采用兩種登月方式:①在A點向前短時噴氣,使飛船沿橢圓軌道運動,與月球相切地到達月球上的B點;②在A點沿半徑向月球外側短時噴氣,使飛船沿橢圓軌道運動,與月球相切地到達月球上的C點。已知∠BOC=90°,月球半徑為R,則下列說法正確的是()A.飛船從A到C運動過程中速度逐漸增大B.飛船在橢圓軌道經(jīng)過A、B兩點的速度之比為RC.飛船從A到C運動時間等于TD.飛船從A到B運動時間等于T11.2020年6月23日,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第55顆導航衛(wèi)星,至此北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署全面完成。北斗導航系統(tǒng)第41顆衛(wèi)星為地球同步軌道衛(wèi)星,第49顆衛(wèi)星為傾斜地球同步軌道衛(wèi)星。傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的軌道半徑約為4.2×107m,運行周期都等于地球的自轉周期24h。傾斜地球同步軌道平面與地球赤道平面成一定夾角,如圖所示。已知引力常量G=6.67×1011N·m2/kg2,下列說法正確的是()A.根據(jù)題目數(shù)據(jù)可估算出地球的質量B.同步軌道衛(wèi)星可能經(jīng)過北京上空C.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星一天2次經(jīng)過赤道正上方同一位置D.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的運行速度大于第一宇宙速度12.極地衛(wèi)星的運行軌道平面通過地球的南北兩極(軌道可視為圓軌道)。如圖所示,某時刻某極地衛(wèi)星在地球北緯30°A點的正上方按圖示方向運行,經(jīng)過12h后第二次出現(xiàn)在A點的正上方。則下列說法正確的是()A.該衛(wèi)星一定貼近地表飛行B.該衛(wèi)星的周期的最大值為18hC.該衛(wèi)星運行的線速度比同步衛(wèi)星的線速度大D.該衛(wèi)星每隔12h經(jīng)過A點的正上方一次13.火星表面特征非常接近地球,我國宇航員王躍與俄羅斯宇航員一起進行了“模擬登火星”實驗活動。已知火星的半徑是地球半徑的12,質量是地球質量的19,自轉周期與地球的自轉周期也基本相同。地球表面重力加速度是g,若王躍在地面上能豎直向上跳起的最大高度是h。在忽略自轉影響的條件下,下述分析正確的是(A.王躍在火星表面受到的萬有引力是他在地球表面所受萬有引力的4B.火星表面的重力加速度是29C.火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2D.王躍以相同的初速度在火星上豎直起跳時,能上升的最大高度是914.(2019·全國卷Ⅰ)在星球M上將一輕彈簧豎直固定在水平桌面上,把物體P輕放在彈簧上端,P由靜止向下運動,物體的加速度a與彈簧的壓縮量x間的關系如圖中實線所示。在另一星球N上用完全相同的彈簧,改用物體Q完成同樣的過程,其ax關系如圖中虛線所示。假設兩星球均為質量均勻分布的球體。已知星球M的半徑是星球N半徑的3倍,則()A.M與N的密度相等B.Q的質量是P質量的3倍C.Q下落過程中的最大動能是P的4倍D.Q下落過程中彈簧的最大壓縮量是P的4倍

專題能力訓練4萬有引力與航天1.C解析:觀測“金星凌日”時,如果將太陽看成質點,無法看到“金星凌日”現(xiàn)象,故A錯誤;發(fā)生“金星凌日”現(xiàn)象時,金星位于地球和太陽之間,故B錯誤;根據(jù)開普勒第三定律可知r金3T金2=r地3T地22.D解析:衛(wèi)星群繞行星做勻速圓周運動,滿足萬有引力提供衛(wèi)星圓周運動的向心力,有Gm行mr2=mv2r,解得線速度v=Gm行r,v2=Gm行r,Gm行為一常量,則v與1r成正比,v1r圖像為冪函數(shù),3.B解析:返回艙返回地面過程中,引力勢能減少量為ΔEp=GMm0R+nRGMm0R,而mg=GMmR2,聯(lián)立解得4.D解析:對衛(wèi)星A有GMmr2=m4π2T2r,且r=2R,可得ρ=M43πR3=3πr3GT2R3=24πGT2,故A錯誤;對衛(wèi)星A有an=5.B解析:7.9km/s即第一宇宙速度,是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度,也是最大的圓周運動的環(huán)繞速度。而同步衛(wèi)星的軌道半徑要大于近地衛(wèi)星的軌道半徑,根據(jù)v的表達式可以發(fā)現(xiàn)同步衛(wèi)星運行的線速度一定小于第一宇宙速度,故A錯誤;同步衛(wèi)星的角速度與赤道上物體的角速度相等,根據(jù)a=rω2,同步衛(wèi)星的向心加速度大于赤道上物體的向心加速度,故B正確;北斗導航衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時所受重力作用提供向心力,處于失重狀態(tài),故C錯誤;衛(wèi)星在橢圓軌道Ⅰ上的P點處加速實現(xiàn)提供的力小于需要的向心力,進入軌道Ⅱ,故D錯誤。6.D解析:ω=2πT,地球同步衛(wèi)星的周期為24小時,而本題中中軌道衛(wèi)星為6小時,所以中軌道衛(wèi)星的角速度大于地球同步衛(wèi)星,A錯誤。根據(jù)萬有引力提供向心力得GMmr2=mω2r,解得ω=GMr3,故中軌道衛(wèi)星的軌道半徑小于同步衛(wèi)星;根據(jù)v=ωr7.C解析:若發(fā)光帶是海王星的組成部分,則其角速度與行星自轉角速度相同,應有v=ωr,v與r應成正比,與題圖不符,因此該發(fā)光帶不是海王星的組成部分,選項A錯誤。根據(jù)題意無法計算海王星自轉的周期,選項B錯誤。當r=R時,有mg=mv02R,得行星表面的重力加速度g=v02R,選項C正確。在海王星表面,重力等于萬有引力,故mg=GMmR2,海王星的平均密度為8.C解析:三類衛(wèi)星中,MEO衛(wèi)星的軌道半徑最小,根據(jù)GMmr2=ma可知,加速度最大,選項A正確;根據(jù)GMmr2=mv2r,解得v=GMr9.CD解析:根據(jù)h=12gt2得火星表面的重力加速度g=2ht2,在火星表面的近地衛(wèi)星的速度即第一宇宙速度設為v,則mg=mv2R,解得v=gR,所以火星的第一宇宙速度v=2hRt2,選項A錯誤;由mg=GMmR2得,M=gR2G=2h10.AD解析:飛船從A到C運動過程中萬有引力做正功,根據(jù)動能定理可知飛船速度逐漸增大,故A正確;根據(jù)開普勒“面積定律”可知,飛船在橢圓軌道經(jīng)過A、B兩點很短時間內掃過的面積相等,則有vAΔt(R+h)=vBΔtR,解得vAvB=RR+h,故B錯誤;飛船在距月球表面h處繞月球做勻速圓周運動的周期為T,飛船從A到C運動過程中萬有引力做正功,且軌道半徑逐漸減小,運動的時間小于T4,故C錯誤;飛船從A到B是橢圓運動,軌道半長軸為r=2R+h2,根據(jù)開普勒第三定律可得r11.AC解析:對傾斜地球同步軌道衛(wèi)星,根據(jù)Gm地mr2=m2πT212.BC解析:地球在12h的時間內轉了180°,要使衛(wèi)星第二次出現(xiàn)在A點的正上方,則時間應該滿足23T+nT=12h,解得T=363n+2h(n=0,1,2,3,…),當n=0時,周期有最大值T=18h,故B正確;當n的取值不同,則周期不同,根據(jù)GMmr2=m2πT2r,軌道半徑也有不同的取值,故A錯誤;根據(jù)T=3613.ACD解析:王躍在火星表面受到的引力為F=GM火m是他在地球表面所受萬有引力的49g火=GM火r火B(yǎng)錯誤;v火=gC正確;根據(jù)公式v2=2gh得王躍以相同的初速度在火星上起跳時,可跳起的最大高度是9h14.AC解析:物體輕放在彈簧上端時,彈簧的彈力為零,此時的加速度即為星球表面的重力加速度,星球M表面的重力加速度為3a0,星球N表面的重力加速度為a0,根據(jù)黃金代換公式可得g=GMr2=Gρ·43πr3r2=Gρ·4