专题05 万有引力（一）-2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编

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2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编专题05 万有引力定律（一）1、（2021·河南省洛阳市高三下学5月三模）火星和地球之间的距离成周期性变化，为人类探测火星每隔一定时间会提供一次最佳窗口期。已知火星和地球的公转轨道几乎在同一平面内，公转方向相同，火星的轨道半径约是地球轨道半径的1.5倍，则最佳窗口期大约每隔多长时间会出现一次（　　）A. 18个月 B. 24个月 C. 26个月 D. 36个月【答案】C【解析】设经过t时间地球从相距最近到再次相距最近，地球比火星多转一圈根据开普勒第三定律解得故选C。2、（2021·河南省郑州市高三下学期二模）担负着火星探测任务的“天问一号”的成功发射，标志着我国星际探测水平达到了一个新阶段。若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3：2，则火星与地球绕太阳运动的（　　）A. 线速度大小之比为： B. 角速度大小之比为2：3C. 向心加速度大小之比为9：4 D. 公转周期之比为2：3【答案】B【解析】行星绕太阳做匀速圆周运动所需的向心力由太阳对其的万有引力提供得则，，，又火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3：2，所以线速度大小之比为；角速度大小之比为；周期大小之比为；向心加速度大小之比为。故B正确ACD错误。故选B。3、（2021·湖南省衡阳市高三下学期二模）2020年11月24日，长征五号运载火箭搭载嫦娥五号探测器成功发射升空并将其送入预定轨道，11月28日，嫦娥五号进入环月轨道飞行，12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月壤着陆地球。假设嫦娥五号环绕月球飞行时，在距月球表面高度为h处，绕月球做匀速圆周运动（不计周围其他天体的影响），测出飞行周期T，已如万有引力常量G和月球半径R。则下列说法错误的是（　　）A. 嫦娥五号绕月球飞行的线速度为 B. 月球的质量为C. 月球的第一宇宙速为 D. 月球表面的重力加速度为【答案】B【解析】A．嫦娥五号绕月球飞行的轨道半径为（R+h），所以飞行的线速度为：故A正确；B．嫦娥五号绕月球做匀速圆周运动，由牛顿第二定律：解得月球的质量为：故B错误；C．月球第一宇宙速度为绕月球表面运行的卫星的速度，由牛顿第二定律得：解得月球的第一宇宙速度为故C正确；D．在月球表面，重力等于万有引力：月球表面的重力加速度为：g月=故D正确。本题选择错误，故选B。4、（2021·山东省济南市历城二中高三下学期压轴卷）2019年10月5日，我国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将“高分十号”卫星发射升空．其地面像元分辨率最高可达亚米级，主要用于国土普查、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域．“高分十号”卫星绕地球运转的轨道半径是、周期是，而地球绕太阳运转的轨道半径是、周期是．若将两者的运转均视为匀速圆周运动，则地球质量与太阳质量之比是A.  B.  C.  D. 【答案】A【解析】地球绕太阳公转和“高分十号”卫星绕地球运转，万有引力提供向心力，则有：中心体质量：可得地球质量为：同理，太阳质量为：则地球质量与太阳质量之比为：A.与分析相符，故A正确；B.与分析不符，故B错误；C.与分析不符，故C错误；D.与分析不符，故D错误．5、（2021·山东省烟台市高三下学期适应性练习）2020年7月23日我国用“长征五号”大型运载火箭发射首枚火星探测器“天问一号”，“天问一号”火星探测将通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视三项任务，这在人类火星探测史上开创了先河。2021年2月24日，探测器由调相轨道到达近火点时进行变轨，进入停泊轨道，为着陆做准备。若停泊轨道的近火点高度为a、远火点高度为b，周期为T，已知引力常量为G，火星半径为R，则火星的质量为（　　）A.  B. C.  D. 【答案】D【解析】设火星的近火卫星的周期为T1，根据开普勒第三定律可得对于近火卫星，根据万有引力提供向心力可得联立上式可得故选D。6、（2021·天津市红桥区高三下学第二次质检）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。该卫星（　　）A. 入轨后向心加速度大于地球表面赤道上物体随地球自传的向心加速度B. 入轨后的速度等于第一宇宙速度C. 该卫星的机械能小于同质量的近地卫星的机械能D. 该卫星可以定位在天津上空一定高度处【答案】A【解析】A．同步卫星与地球表面赤道上物体具有相同角速度，根据可知，入轨后向心加速度大于地球表面赤道上物体随地球自传的向心加速度，故A正确；B．第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，最大的圆周运行速度，所有卫星的运行速度都不大于第一宇宙速度，故B错误；C．从近地轨道进入同步轨道需要点火加速离心，所以该卫星的机械能大于同质量的近地卫星的机械能，故C错误；D．地球静止轨道卫星即同步卫星，只能定点在赤道正上方，不会位于天津正上方，故D错误；故选A。7、（2021·河北省实验中学高三下学期调研）年月日，我国首个火星探测器“天问一号”传回了火星照片，如图所示。多年以后，小明作为一位火星移民，于太阳光直射赤道的某天晚上，在火星赤道上某处仰望天空。某时，他在西边的地平线附近恰能看到一颗火星人造卫星出现，之后极快地变暗而看不到了，他记下此时正是火星上日落后约小时分。后来小明得知这是我国火星基地发射的一颗绕火星自西向东运动的周期为的探测卫星，查阅资料得知火星自西向东自转且周期约为小时分，已知万有引力常量为。根据以上信息，分析可得火星密度的表达式为（　　）A.  B.  C.  D. 【答案】C【解析】运动轨迹如图所示火星自转周期小时分，日落后小时分，即转过，由图知根据万有引力提供向心力密度为解得故选C。8、（2021·广东省普宁二中高三下学期5月适应性考试）“天问一号”已于2020年7月23日在中国文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，成功进入预定轨道。“天问一号”将完成“环绕”“着陆”“巡视”火星这三大任务。已知日地间距约为1.5亿公里，火星直径约为地球的一半，质量约为地球的11%，将火星和地球绕太阳的运动均视为圆周运动，两者每隔约2.2年相遇（相距最近）一次，不考虑火星和地球间的万有引力，地球公转周期视为1年。下列说法正确的是（　　）A. “天问一号”的发射速度必须大于地球第一宇宙速度且小于第二宇宙速度B. 火星表面的“重力加速度”大于地球表面的重力加速度C. 由上述材料和天文学常识可以估算出火星公转的周期D. 由上述材料和天文学常识可以估算出火星的密度【答案】C【解析】A．“天问一号”脱离地球的吸引，则其发射速度必须大于地球第二宇宙速度，所以A错误；B．根据解得由题意可知则火星表面的“重力加速度”小于地球表面的重力加速度，所以B错误；C．设火星的公转周期为，两者每隔约t=2.2年相遇（相距最近）一次，则有解得所以C正确；D．必须知道火星与太阳间的距离，及火星的半径，或者知道地球与太阳间的距离，及地球的半径，才能估算出火星的密度，所以D错误；故选C。9、（2021·福建省南平市高三下学期第二次质检）2020年11月24日，长征五号遥五运载火箭托举嫦娥五号向着月球飞驰而去。12月17日，在闯过月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接、再入返回等多个难关后，历经重重考验的嫦娥五号返回器携带月球样品，成功返回地面。如图为“嫦娥五号”发射到达环月轨道的行程示意图，下列说法正确的是（　　）A. 在地月转移轨道上无动力奔月时，动能不断减小B. 接近环月轨道时，需要减速才能进入环月轨道C. “嫦娥五号”在地月转移轨道上运动的最大速度小于11.2km/sD. “嫦娥五号”在地球表面加速升空过程中地球引力越来越小，处于失重状态【答案】BC【解析】A．在地月转移轨道上无动力奔月时，受月球的引力作用，则动能不断增大，选项A错误；B．接近环月轨道时，需要减速制动，才能被月球俘获，进入环月轨道，选项B正确；C．“嫦娥五号”在地月转移轨道上没有脱离地球的引力，则运动的最大速度小于11.2km/s，选项C正确；D．“嫦娥五号”在地球表面加速升空过程中，加速度向上，则处于超重状态，选项D错误。故选BC。10、（2021·北京市西城区高三下学期5月测试）我国的月球探测计划“嫦娥工程”分为“绕、落、回”三步。“嫦娥五号”的任务是“回”。2020年11月24日，“嫦娥五号”成功发射，它分为四部分：着陆器、上升器、轨道器和返回器。12月3日，载着珍贵“月壤”的嫦娥5号“上升器”发动机点火，以“着陆器”作为发射台，从月面起飞（如图1），回到预定环月轨道，与绕月飞行的“轨道器与返回器组合体”成功交会对接（如图2），将珍贵的“月壤”转移到“返回器”中。12月17日，“返回器”进入月地转移轨道重返地球，以超高速进入大气层。由于速度太快会使得“返回器”与空气剧烈摩擦产生高温，高温会对“月壤”产生不利影响，甚至温度过高，返回器有燃烧殆尽的风险。为避免这些风险，采用“半弹道跳跃式返回”俗称“太空打水漂”的方式两次进入大气层，梯次气动减速（如图3）。最终在预定地点平稳着陆。根据以上信息，判断下列说法正确的是（　　）A. “上升器”从点火上升到回到预定环月轨道的过程中，“月壤”一直处于超重状态B. “月壤”随“返回器”进入环月轨道后，“返回器”的弹力给“月壤”提供向心力C. 为了利用地球自转，节省燃料，“嫦娥五号”应采用由东向西发射D. 为了利用地球自转，降低回收过程中的风险，“返回器”应采用由西向东进入大气层回收【答案】D【解析】A．“上升器”点火加速上升时“月壤”处于超重状态；回到预定环月轨道时，处于失重状态，选项A错误；B．“月壤”随“返回器”进入环月轨道后，月球对“月壤”的万有引力给“月壤”提供向心力，选项B错误；C．地球自西向东转，则为了利用地球自转，节省燃料，“嫦娥五号”应采用由西向东发射，选项C错误；D．为了利用地球自转，降低回收过程中的风险，“返回器”应采用由西向东进入大气层回收，选项D正确。故选D。11、（2021·北京市西城区高三下学期5月测试）2021年2月24日，“天问一号”火星探测器经过200多天的飞行，成功进入椭圆形的轨道绕火星运动，开展对火星的观测，并为着陆火星做好准备。如图所示，在“天问一号”沿椭圆轨道由“远火点”向“近火点”运动的过程中，下列说法正确的是（　　）A. 火星对探测器引力逐渐减小B. 探测器的速度逐渐减小C. 引力对探测器做负功，探测器的势能逐渐减小D. 引力对探测器做正功，探测器的动能逐渐增大【答案】D【解析】在“天问一号”沿椭圆轨道由“远火点”向“近火点”运动的过程中，火星对探测器的引力逐渐变大，引力对探测器做正功，探测器的动能逐渐增大，速度变大。故选D。12、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末）2020年12月17日“嫦娥五号”首次地外天体采样返回任务圆满完成。在采样返回过程中，“嫦娥五号”要面对取样、上升、对接和高速再入等四个主要技术难题，要进行多次变轨飞行。“嫦娥五号”绕月球飞行的三条轨道示意图如图所示，轨道1是贴近月球表面的圆形轨道，轨道2和轨道3是变轨后的椭圆轨道，并且都与轨道1相切于A点。A点是轨道2的近月点，B点是轨道2的远月点，“嫦娥五号”在轨道1上的运行速率约为1.7km/s。不计变轨中“嫦娥五号”的质量变化，不考虑其他天体的影响，下列说法中正确的是（　　）A. “嫦娥五号”在轨道2经过A点时的加速度大于在轨道1经过A点时的加速度B. “嫦娥五号”在轨道2经过B点时的速率一定小于1.7 km/sC. “嫦娥五号”在轨道3上运行的最大速率小于其在轨道2上运行的最大速率D. “嫦娥五号”在轨道3所具有的机械能小于其在轨道2所具有的机械能【答案】B【解析】A．由于A点到月心的距离不变，根据可知“嫦娥五号”在轨道2经过A点时的加速度等于在轨道1经过A点时的加速度，选项A错误；B．根据得假设有一以月心为圆心的圆轨道经过B点，根据卫星的速度公式可知此轨道上的速度小于1.7km/s，而卫星在圆轨道上的B点必须减速才会做近心运动进入2轨道运动，所以卫星在轨道2经过B点时的速率一定小于1.7km/s，选项B正确；C．“嫦娥五号”由轨道2变轨到轨道3，必须在A点加速，所以“嫦娥五号”在轨道3所具有的最大速率大于在轨道2所具有的最大速率，选项C错误；D．由于“嫦娥五号”由轨道2变轨到轨道3，必须在A点加速，机械能增加，所以“嫦娥五号”在3轨道所具有的机械能大于在2轨道所具有的机械能，选项D错误。故选B。13、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末反馈）2020年12月17日，“嫦娥五号”首次地外天体采样返回任务圆满完成。在采样返回过程中，“嫦娥五号”要面对取样、上升、对接和高速再入等四个主要技术难题，要进行多次变轨飞行。“嫦娥五号”绕月球飞行的三条轨道示意图如图所示，轨道1是贴近月球表面的圆形轨道，轨道2和轨道3是变轨后的椭圆轨道，并且都与轨道1相切于A点。A点是轨道2的近月点，B点是轨道2的远月点，“嫦娥五号”在轨道1上的运行速率约为1.7km/s。不计变轨中“嫦娥五号”的质量变化，不考虑其他天体的影响，下列说法中正确的是（　　）A. “嫦娥五号”在轨道2上运行的过程中，经过A点时的加速度大于经过B点时的加速度B. “嫦娥五号”从轨道1进入轨道2需要在A点加速C. “嫦娥五号”在轨道2经过A、B两点时的机械能相等D. “嫦娥五号”在轨道3上运行时所受到的万有引力始终不做功【答案】ABC【解析】A.根据牛顿第二定律可知，“嫦娥五号”的向心加速度a与到月心的距离r的关系满足由于rA＜rB，所以“嫦娥五号”在轨道2上运行的过程中，经过A点时的加速度大于经过B点时的加速度，故A正确；B.“嫦娥五号”从轨道1进入轨道2需要在A点加速，故B正确；C.“嫦娥五号”在轨道2上运动时只有万有引力做功，机械能守恒，所以“嫦娥五号”在轨道2经过A、B两点时的机械能相等，故C正确；D.“嫦娥五号”在轨道3上由近日点向远日点运动过程中，万有引力做负功，由远日点向近日点运动过程中，万有引力做正功，故D错误。故选ABC。