专题05 万有引力定律与航天-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）

这是一份专题05 万有引力定律与航天-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用），文件包含专题05万有引力定律与航天解析版docx、专题05万有引力定律与航天原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共32页， 欢迎下载使用。
【考纲定位】
【知识重现】
考点一开普勒行星运动定律
考点二：估算中心天体的质量和密度的两条思路
考点三：求解卫星运行问题的“一二三”
考点四：双星与多星模型对比及解题思路
【真题汇编】
1. （2022·全国乙卷·T14）2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（ ）
A. 所受地球引力的大小近似为零
B. 所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零
C. 所受地球引力的大小与其随飞船运动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随飞船运动所需向心力的大小
2. （2021·全国甲卷·T18）2021年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1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m。已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（ ）
A. 6×105mB. 6×106mC. 6×107mD. 6×108m
3. （2021·全国乙卷·T18）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为（太阳到地球的距离为）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为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，可以推测出该黑洞质量约为（ ）
A. B. C. D.
4. （2020·全国Ⅰ卷·T15）火星的质量约为地球质量的，半径约为地球半径的，则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为（ ）
A. 0.2B. 0.4C. 2.0D. 2.5
5. （2020·全国Ⅱ卷·T15）若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（ ）
A. B. C. D.
6. （2020·全国Ⅲ卷·T16）“嫦娥四号”探测器于2019年1月在月球背面成功着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球半径的K倍。已知地球半径R是月球半径的P倍，地球质量是月球质量的Q倍，地球表面重力加速度大小为g。则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为（ ）
A. B. C. D.
7. （2019·全国Ⅰ卷·T21）在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示．在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a–x关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体．已知星球M的半径是星球N的3倍，则
A. M与N的密度相等
B. Q的质量是P的3倍
C. Q下落过程中的最大动能是P的4倍
D. Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍
8. （2019·全国Ⅱ卷·T14）2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描F随h变化关系的图像是（ ）
A.
B. C. D.
9. （2019·全国Ⅲ卷·T15）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火．已知它们的轨道半径R金a火B. a火>a地>a金
C. v地>v火>v金D. v火>v地>v金
10. （2018·全国Ⅰ卷·T20）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星（ ）
A. 质量之积B. 质量之和
C. 速率之和D. 各自的自转角速度
11. （2018·全国Ⅱ卷·T16）2018年2月，我国500 m口径射电望远镜（天眼）发现毫秒脉冲星“J0318+0253”，其自转周期T=5.19 ms，假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为．以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为（ ）
A. B.
C. D.
12. （2018·全国Ⅲ卷·T15）为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍．P与Q的周期之比约为（ ）
A. 2:1B. 4:1C. 8:1D. 16:1
【突破练习】
1. （2022·安徽合肥市高三下学期二模）2021年5月15日，天问一号着落器着陆于火星表面。着落器的着陆过程简化如下：首先在距火星表面高为h处悬停，接着以恒定加速度a竖直下降，下降过程火箭产生的反推力大小恒为F。当四条“缓冲脚”接触火星表面时，火箭立即停止工作，着落器经时间t速度减至0。已知着落器的质量为m，火星半径为R（R>>h），万有引力常量为G。则下列说法正确的是（ ）
A. 火星的质量约为
B. 火星表面的重力加速度约为
C. 火箭反推力对着落器所做的功约为
D. 着落器对火星表面的平均冲击力大小约为
2. （2022·福建福州市高三下学期三月质检）2021年2月15日17时，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功实施“远火点平面轨道调整”。如图为该过程的示意图，图中虚线轨道所在平面，与实线轨道所在平面垂直。探测器由远处经A点进入轨道1，经B点进入轨道2，经C点进入轨道3，再经C点进入轨道4，上述过程仅在点A、B、C启动发动机点火，A、B、C、D、E各点均为各自所在轨道的近火点或远火点，各点间的轨道均为椭圆。以下说法正确的是（ ）
A. 探测器在轨道3的运动周期大于在轨道4的运动周期
B. 探测器从轨道3经过C点的向心加速度小于轨道4经过C点的向心加速度
C. 探测器在B点变轨后机械能增加
D. 探测器在B点变轨前的速度大于变轨后的速度
3. （2022·广东肇庆市高三下学期三模）2021年12月9日，中国空间站“天宫课堂”第一课正式开讲，这是时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。空间站转一圈的时间约90分钟，保证太空授课信号通畅的功臣是中继卫星，中继卫星在地球同步静止轨道运行，空间站、中继卫星绕地球的运动均可视为匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A. 空间站的角速度小于中继卫星的角速度
B. 空间站的加速度大于中继卫星的加速度
C. 空间站的线速度小于中继卫星的线速度
D. 中继卫星的线速度等于第一宇宙速度
4. （2022·河北石家庄市高三下学期二模）1970年4月我国发射了首颗人造地球卫星“东方红一号”，目前依然在太空翱翔。其运行轨道为绕地球的椭圆，远地点A距地球表面的高度为2129km，近地点B距地球表面的高度为429km；地球同步卫星距地面的高度约为36000km。已知地球可看成半径为6371km的匀质球体，地球自转周期为24h，引力常量，根据以上数据不能计算出（ ）
A. 地球的质量
B. “东方红一号”绕地球运动的周期
C. “东方红一号”通过B点时的速度大小
D. “东方红一号”经过A点时的加速度大小
5. （2022·河南洛阳市高三下学期二模） 2020年11月29日20时33分，嫦娥五号探测器在近月点再次“刹车”，从椭圆环月轨道变为近圆形环月轨道，如图所示，近圆形轨道离月球表面200km，月球质量7.3×1022kg，半径为1738km，引力常量G=6.67×10-11N·m²/kg，则（ ）
A. 在两轨道上运行的周期相等
B. 在近月点“刹车”瞬间前后的加速度不变
C. 在近圆形轨道上的环绕速度约为4.9km/s
D. 探测器在环月椭圆轨道的机械能小于在近圆形环月轨道的机械能
6. （2022·河南许昌市高三下学期二模）如图所示，飞船从轨道1上的P点沿虚线变轨至轨道2上的Q点，然后沿轨道2运动。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑飞船在变轨过程的质量变化，则（ ）
A. 飞船在P点减速才能由轨道1变轨到轨道2
B. 飞船在轨道2.上的动能比在轨道1上的动能大
C. 飞船在轨道2上的周期比在轨道1上的周期小
D. 飞船在轨道2，上的机械能比在轨道1上的机械能大
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
开普勒定律万有引力定律及其应用
Ⅱ
全国乙卷·T14
全国甲卷·T18
全国乙卷·T18
Ⅰ卷·T15
Ⅱ卷·T15
Ⅲ卷·T16
Ⅰ卷·T21
Ⅱ卷·T14
Ⅲ卷·T15
Ⅰ卷·T20
Ⅱ卷·T16
Ⅲ卷·T15
人造卫星宇宙速度
Ⅱ
定律
内容
图示
开普勒
第一定律
（轨道定律）
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上
开普勒
第二定律
（面积定律）
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等
开普勒
第三定律
（周期定律）
所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，即＝k
利用中心天体的半径和
表面的重力加速度g计算
由G＝mg求出M＝，
进而求得ρ＝＝＝。
利用环绕天体轨道半径r
和周期T计算
由G＝mr，可得出M＝。
若环绕天体绕中心天体表面做匀速圆周运动，轨道半径r＝R，则ρ＝＝
一个模型
天体（包括卫星）的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型
两组公式
G＝m＝mω2r＝mr＝ma
G＝mg（g为天体表面处的重力加速度）
三类轨道
（1）赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种。
（2）极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星。
（3）其他轨道：除以上两种轨道外卫星轨道，且轨道平面一定通过地球的球心。
“双星”模型
“三星”模型
“四星”模型
情境图
运动特点
转动方向、周期、角速度相同，运动半径一般不等
转动方向、周期、角速度、线速度大小均相同，圆周运动半径相等
转动方向、周期、角速度、线速度大小均相同，圆周运动半径相等
受力特点
两星间的万有引力提供两星做圆周运动的向心力
各星所受万有引力的合力提供其做圆周运动的向心力
各星所受万有引力的合力提供其做圆周运动的向心力
规律
＝m1ω2r1；
＝m2ω2r2
＋＝ma向；
×cs30°×2＝ma向
×2cs45°＋＝ma向；
×2×cs30°＋＝ma向
关键点
m1r1＝m2r2r1＋r2＝L
r＝
r＝L或r＝