专题11月球探测-高考物理万有引力与航天常用模型最新模拟题精练

高考物理《万有引力与航天》常用模型最新模拟题精练

专题11.月球探测

一．选择题 

1．.(2022年福建漳州七校联考) 嫦娥五号返回器从月球归来初入大气层时的速度可以接近第二宇宙速度，为避免高速带来的高温过载风险，采用了“半弹道跳跃式返回”减速技术。如图所示，返回器从a点第一次进入大气层，调整返回器姿态，使其经b点升高，再从c点“跳”出大气层，在太空中潇洒地打个“水漂”，升高到距地面高度为h的d点后，再次从e点进入大气层返回地球。假设返回器从c到e的过程为无动力飞行。已知地球表面重力加速度为g，地球的半径为R，引力常量为G。结合以上信息，下列说法正确的是（　　）

A. 从a点到c点的过程中，返回器机械能守恒 

B. 在d点，返回器的速度大于第一宇宙速度

C. 在d点，返回器的加速度大小为 

D. 在e点返回器处于超重状态

2．(2022福建南平联考)如图所示，月球探测器在一个环绕月球的椭圆轨道上运行，周期为，飞行一段时间后实施近月制动，进入距月球表面高度为的环月圆轨道，运行周期为。月球的半径为。下列说法正确的是（    ）

A．根据题中数据，无法求出月球探测器的质量

B．探测器在椭圆轨道远月点的速度大于近月点的速度

C．椭圆轨道的半长轴为

D．探测器在椭圆轨道上运行的最大速度为

3． （2021天津和平区期末）2020年11月24日凌晨，嫦娥5号探测器发射成功，开启了探月工程难度最大的阶段.某研究小组的同学们在网上查阅了关于月球的信息：地球半径约是月球半径的倍，地球质量约是月球质量的倍.借助所学知识，可以对绕月飞行的有关规律做出如下推断（    ）

A.月球表面的重力加速度大于地球表面重力加速度

B.飞船绕月球表面做圆周运动的周期是绕地球表面运动周期的倍

C.月球的第一宇宙速度大于

D.探测器在月球表面受到的万有引力等于在地球表面所受的万有引力

4. (2021江西南昌一模) 2020年12月17日，我国自主研发的探月工程嫦娥五号探测器在月球表面挖取2千克重的月壤样本后成功返回地球，完成了我国迄今为止最为复杂的航天任务，标志着我国的航天技术处于世界巅峰水平。随着人类航天技术的进步，未来会有越来越多的其它星球的物质被运回地球，假设最终使得地球的质量逐渐增大，而月球的质量保持不变且只考虑地月间的万有引力，下列说法正确的是（　　）

A. 月球受到地球的引力将逐渐变小 B. 月球绕地球公转的轨道半径将逐渐变小

C. 月球绕地球公转的线速度将逐渐变大 D. 月球绕地球公转的周期将逐渐变大

5. （2021广东惠州第三次调研） “嫦娥五号”月球探测器实现了人类首次月球背面软着陆和巡视勘察。“嫦娥五号”月球探测器在月球上空巡视可看成匀速圆周运动，其轨道半径为r,运动周期为T.已知地球质量为M1、半径为R1、表面的重力加速度为g，月球质量为M2、半径为R2，两者均可视为质量分布均匀的球体。则月球表面的重力加速度为

A．       B．        C．      D. 

6．（2021高考二轮验收评估模拟）2019年1月3日，“嫦娥四号”月球探测器顺利着陆在月球背面，成为人类首颗软着陆月背的探测器．着陆前，探测器先在距月面高度约为100 km的环月段圆轨道Ⅰ上运行；然后在A点实施变轨，使运行轨道变为远月点A高度约为100 km，近月点P高度约为15 km的环月段椭圆轨道Ⅱ；再在P点实施制动，降落到月球上．设“嫦娥四号”在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上运动时，只受到月球的万有引力，下列说法正确的是(　　)

A．“嫦娥四号”在实施制动减速下降阶段，其机械能减小

B．“嫦娥四号”探测器的发射速度大于地球的第二宇宙速度

C．“嫦娥四号”在地月转移段上经过A点的速度小于在轨道Ⅰ上经过A点的速度

D．若已知引力常量、“嫦娥四号”在轨道Ⅰ的运动半径和周期，则可算出月球的质量

7.（2020江苏高考仿真模拟3）2018年12月8日发射成功的嫦娥四号探测器经过约110小时奔月飞行，到达月球附近，成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获并顺利进入环月轨道。若将发射过程简化如下：探测器从地球表面发射后，进人地月转移轨道，经过M点时变轨进入距离月球表面100km的圆形轨道I，在轨道I上经过P点时再次变轨进入椭圆轨道Ⅱ，之后将择机在Q点着陆月球表面。下列说法正确的是     （   ）

A．“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上的速度小于月球的第一宇宙速度

B．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在P点的加速度大于在Q点的加速度

C．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道I运行的周期

D．“嫦娥四号”在地月转移轨道上经过M点的动能大于在轨道Ⅰ上经过M点的动能

8.（2021北京海淀一模）2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器在我国内蒙古中部四子王旗着陆场成功着陆，这一事件标志着我国首次月球采样任务取得圆满成功。此次任务中，为了节省燃料、保证返回器的安全，也为之后的载人登月返回做准备，返回器采用了半弹道跳跃返回方式，具体而言就是返回器先后经历两次“再入段”，利用大气层减速。返回器第一次再入过程中，除受到大气阻力外还会受到垂直速度方向的大气升力作用，使其能再次跳跃到距地面高度120km以上的大气层，做一段跳跃飞行后，又再次进入距地面高度120km以下的大气层，使再入速度达到安全着陆的要求。这一返回过程如图10所示。若不考虑返回器飞行中质量的变化，从以上给出的信息，可以判断下列说法中正确的是

A．若没有大气层的减速作用，返回器返回着陆点时的速度等于第一宇宙速度

B．返回器在第一次再入段，经过轨道最低点前已开始减速

C．返回器在第一次再入段，经过轨道最低点时所受大气升力与万有引力大小相等

D．返回器从第一次再入至着陆过程中与大气摩擦产生的热量等于其第一次再入时的动能

9.. （2021辽宁模拟预测12）我国月球探测计划嫦娥工程已经启动，“嫦娥1号”探月卫星也已发射。设想嫦娥1号登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动，飞船发射的月球车在月球软着陆后，自动机器人在月球表面竖直向上以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落回抛出点，已知该月球半径为R，万有引力常量为G，月球质量分布均匀，则月球的质量为（　　）

A． B． C． D．

10. （2021东北三省四市教研联合体模拟）2020年11月24日“嫦娥五号”月球探测器发射，12月1日成功着陆月球正面预选区。着陆月球前，探测器先在圆轨道I上环月飞行；然后在A点实施变轨，使运行轨道变为环月椭圆轨道II；最后在近月点P实施制动下降，降落到月球上。设“嫦娥五号”在轨道I和II上运动时 ，仅受到月球的万有引力作用。已知引力常量为G，以下说法正确的是（　　）

A. 若已知探测器在轨道I运动的半径和周期，则可求出月球的质量

B. 在轨道II上A点加速度大于在轨道I上A点时的加速度

C. 在轨道II运行经过A点时的速度等于沿轨道I运行经过A点时的速度

D. 沿轨道II运行的周期大于沿轨道I运行的周期

11. （2021广东模拟） 2020年12月17日，嫦娥五号成功返回地球，创造了我国到月球取土的伟大历史。如图所示，嫦娥五号取土后，在P处由圆形轨道Ⅰ变轨到椭圆轨道Ⅱ，以便返回地球。下列说法正确的是（　　）

A. 嫦娥五号在轨道Ⅰ和Ⅱ运行时均超重

B. 嫦娥五号在轨道Ⅰ和Ⅱ运行时机械能相等

C. 嫦娥五号在轨道Ⅰ和Ⅱ运行至P处时速率相等

D. 嫦娥五号在轨道Ⅰ和Ⅱ运行至P处时加速度大小相等

12． （2021四川绵阳三模）2020年12月17日凌晨，嫦娥五号成功着陆在内蒙古四子王旗，标志着我国首次月球采样返回任务圆满完成。若嫦娥五号在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的周期为 T1,在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的周期为T2,则地球与月球的平均密度之比为

A.           B.          C.            D.

13.（2021宁夏银川模拟）嫦娥五号（chang’e 5）由国家航天局组织实施研制，是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器，为中国探月工程本阶段的收官之战。已知登月探测器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行，然后经过一系列过程，在理月面4m高处做一次悬停（可认为是相对于月球静止）；最后关闭发动机，探测器自由下落，取样后再择机返回地球。已知探测器的质量约为8.2×103kg，地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的3.7倍，地球表面的重力加速度大小约为9.8m/s2。则此探测器

A．在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9m/s

B．悬停时受到的反冲作用力约为8.0×104N

C．从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒

D．在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度

14. （2021广州一模）我国于2020年11月24日发射的嫦娥五号月球探测器成功实施无人月面取样返回。已知地球的质量为M1、表面的重力加速度大小为g1、半径为R1、第一宇宙速度为v1，月球的质量为M2、表面的重力加速度大小为g2、半径为R2、月球探测器近月环绕速度为v2,则v1与v2之比为

A.                  B.            C.          D.

15. （2021山西太原期末） 嫦娥五号返回器带着月壤初入大气层时，速度高达11km/s为利用大气层多次减速，采用了跳跃式返回技术——太空“打水漂”。如图，虚线球面为大气层的边界，返回器从a点无动力滑入大气层，然后经b点从c点“跳”出，到达最远的d点后以7.9km/s的速度从e点二次进入大气层。已知d离地面高h，地球质量为M、半径为R，引力常量为G，不考虑其他变化，则返回器（　　）

A. 在b点的机械能小于在c点的机械能

B. 在d点加速度的大小为

C. 在d点速度的大小为

D. 在c、e两点的动能相等

16. （2021辽宁适应性考试）“嫦娥五号”探测器绕月球做匀速圆周运动时，轨道半径为r，速度大小为v。已知月球半径为R，引力常量为G，忽略月球自转的影响。下列选项正确的是（　　）

A. 月球平均密度为

B. 月球平均密度为

C. 月球表面重力加速度为

D. 月球表面重力加速度为

17. （2021辽宁抚顺重点高中期末） 2020年11月24日，“嫦娥五号”月球探测器发射成功，这是我国首次执行月球采样返回任务，也是迄今为止我国执行的最为复杂的航天任务。“嫦娥五号”探测器由四大部分组成：轨道器、着陆器、上升器和返回器。下列说法正确的是（　　）

A．轨道器驻留在绕月轨道上，其速度大于月球的第一宇宙速度

B．着陆器在靠近月球表面时需要启动反推火箭徐徐降落以实现软着陆，在软着陆的过程中其机械能减小

C．上升器以着陆器作为发射架，从月面上加速起飞，这时月壤样品处于失重状态

D．返回器在回到与轨道器相同的绕月轨道后，可以直接加速，实现与轨道器的对接

18．[2021·辽宁沈阳铁路实验中学月考]“嫦娥四号”月球探测器于2018年12月8日在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭发射成功．“嫦娥四号”经历地月转移、近月制动、环月飞行，最终实现人类首次月球背面软着陆和巡视勘察．已知地球质量为M1、半径为R1、地球表面的重力加速度为g，月球质量为M2、半径为R2，两者均可视为质量分布均匀的球体．则下列说法正确的是(　　)

A．月球表面的重力加速度为2

B．探测器在月面行走时，探测器内的仪器处于完全失重状态

C．月球的第一宇宙速度为R1

D．“嫦娥四号”环月飞行的最小周期为2π

19.（2020年5月北京朝阳模拟）中国探月工程三期主要实现采样返回任务，部分过程可简化如下：探测器完成样本采集后从月球表面升空，沿椭圆轨道在远月点与绕月圆轨道飞行的嫦娥五号完成对接。已知月球半径约为地球半径的1/4，月球质量约为地球质量的1/100，地球表面的重力加速度g=10m/s2。下列说法正确的是（    ）

A．探测器从月球表面发射时的速度至少为7.9km/s

B．对接前嫦娥五号飞行的加速度小于1.6 m/s2

C．若对接后嫦娥五号在圆轨道上运行，则其速度比对接前的大

D．对接前探测器在椭圆轨道上运行的周期大于嫦娥五号的运行周期

20.（2020江苏高考仿真模拟3）2018年12月8日发射成功的嫦娥四号探测器经过约110小时奔月飞行，到达月球附近，成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获并顺利进入环月轨道。若将发射过程简化如下：探测器从地球表面发射后，进人地月转移轨道，经过M点时变轨进入距离月球表面100km的圆形轨道I，在轨道I上经过P点时再次变轨进入椭圆轨道Ⅱ，之后将择机在Q点着陆月球表面。下列说法正确的是     （   ）

A．“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上的速度小于月球的第一宇宙速度

B．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在P点的加速度大于在Q点的加速度

C．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道I运行的周期

D．“嫦娥四号”在地月转移轨道上经过M点的动能大于在轨道Ⅰ上经过M点的动能

21.（2020河南南阳期末）按照我国月球探测活动计划，在第一步“绕月”工程圆满完成各项目标和科学探测任务后，第二步是“落月”工程，该计划已在2013年之前完成。设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0，飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道I运动，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时再次点火进入月球近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动。则（　　）

A. 飞船在轨道1上运行的线速度大小为v=
B. 飞船在A点变轨时动能增大
C. 飞船在轨道Ⅲ绕月球运动一周所需的时间为T=2π
D. 飞船从A到B运行的过程中机械能增加

22．（2020江苏高考仿真模拟2） 如图所示，“嫦娥四号”由地面发射后进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面100公里、周期为118分钟的圆轨道Ⅲ，此后在该轨道再次成功实施变轨控制，顺利进入预定的着陆准备轨道，并于2019年1月3日成功着陆在月球背面的艾特肯盆地冯.卡门撞击坑的预选着陆区，自此中国成为全球首个在月球背面着陆的国家。不计四号卫星的质量变化，下列说法正确的是(   )                              

A．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期

B．“嫦娥四号”在轨道Ⅲ上经过P点时的加速度比在轨道Ⅰ上经过P点时的加速度小

C．“嫦娥四号”在轨道Ⅲ上经过P点时的运行速度比在轨道Ⅱ上经过P点时的运行速度大

D．“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅲ上的机械能大

23.“嫦娥四号”探测器于2018年12月8日由长征三号乙运载火箭发射升空，经过了26天飞行之后，于2019年1月3日成功着陆月球背面，通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，揭开了古老月背的神秘面纱。如图所示为“嫦娥四号”飞行轨道示意图。下列说法正确的是（　　）

A. “嫦娥四号”探测器在与火箭分离前始终处于失重状态
B. “嫦娥四号”探测器在月球附近降轨前后，机械能增大
C. “嫦娥四号”探测器由地球飞向近月轨道过程中，引力势能先减小后增大
D. 不通过“鹊桥”中继星，在月球背面的着陆器无法将信息直接传回地球

二、计算题

1. （2023江苏南通第一次质检）“嫦娥五号”探测器是中国首个实施无人月面取样的航天器，其发射的简化过程如图。先将探测器送入近地圆轨道Ⅰ，在近地点多次变轨后依次进入椭圆轨道Ⅱ和地月转移轨道。被月球俘获后，再多次变轨进入近月圆轨道Ⅲ。已知轨道Ⅱ远地点和近地点到地心距离之此为a，探测器在轨道Ⅰ和轨道Ⅲ运行的周期之比为b，求：

（1）地球和月球的平均密度之比；

（2）探测器在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ运行的周期之比。