2023屆高考物理備考一輪總復(fù)習(xí)-萬有引力與航天復(fù)習(xí)卷含解析

2023屆高中物理高考備考一輪總復(fù)習(xí)

萬有引力與航天爍合復(fù)習(xí)卷

一、單選題（共7題）

1.發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的科學(xué)家是（）

A.牛頓B.開普勒C.卡文迪什D.哥白尼

2.某人造地球衛(wèi)星在距地面高度為力的圓形軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動。已知地球質(zhì)量為M,地球半

徑為凡衛(wèi)星質(zhì)量為，外引力常量為G。則衛(wèi)星在圓形軌道上運(yùn)行時（）

A.線速度大小丫=^^B.線速度大小v=在二

C.角速度大小。=/普D.角速度大小J普，

3.關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（）

A.某顆地球同步衛(wèi)星可能始終在北京的正上方

B.不同的地球同步衛(wèi)星，距離地面的高度可能不同

C.所有的地球同步衛(wèi)星的向心加速度的大小一定相等

D.所有的地球同步衛(wèi)星所受的萬有引力大小一定相等

4.下列說法錯誤的是（）

A.托勒密提出“日心說”，揭開了近代自然科學(xué)革命的序幕

B.開普勒得出行星與太陽的連線在相同的時間掃過的面積相等

C.牛頓萬有引力定律揭示了自然界物體之間普遍存在著一種基本相互作用：引力作用

D.卡文迪許用實(shí)驗(yàn)的方法測出了引力常數(shù)

5.2016年12月22日，我國成功發(fā)射了國內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（以下簡稱"碳衛(wèi)星”）。

如圖所示，設(shè)'‘碳衛(wèi)星''在半徑為R的圓周軌道上運(yùn)行，經(jīng)過時間f,通過的弧長為s,已知引力常數(shù)為G,

下列說法正確的是（）

,———、

/、

R:碳衛(wèi)星

■■■9

\地O球/

、、?一

A.“碳衛(wèi)星”內(nèi)的物體處于平衡狀態(tài)

B.“碳衛(wèi)星”的運(yùn)行速度大于7.9km/s

C.“碳衛(wèi)星”的發(fā)射速度大于11.2km/s

CR

D.可算出地球質(zhì)量為E

Gt2

6.北京時間2021年6月17日9時22分，搭載神舟十二號載人飛船的長征二號尸遙十二運(yùn)載火箭，在酒

泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射。順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入太空，采用自主快速交會對接

模式成功對接于天和核心艙前向端口，與此前已對接的天舟二號貨運(yùn)飛船一起構(gòu)成三艙（船）組合體，己

知組合體離地面的距離約為400km,下列說法正確的是（）

A.組合體的運(yùn)行速率大于7.9km/s

B.組合體的向心加速度大于9.8m/s2

C.組合體的運(yùn)行周期大于地球同步衛(wèi)星的周期

D.組合體的運(yùn)行速率大于地球同步衛(wèi)星的速率

7.我國火星探測器“天問一號”于2021年5月17日8時，實(shí)施第四次近火制動，進(jìn)入周期為&2h的“中繼

通信”軌道，已知火星質(zhì)量為6.4xl（Tkg,引力常量G=6.67x10"N-m2/kg2。如果“中繼通信”軌道近似為

圓形軌道，則該軌道半徑約為（）

A.5.6x10,2mB.3.6xl0'°mC.9.8xlO6mD.4.6xl05m

二、多選題（共5題）

8.2020年7月23日12時4,長征五號遙四運(yùn)載火箭將“天問一號”探測器在文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，經(jīng)

過9個多月，超4.75億公里路程，于2021年5月15日8時20分成功著陸火星。火星是太陽系八大行星

之一，假設(shè)地球和火星都繞太陽做勻速圓周運(yùn)動，已知火星到太陽的距離大于地球到太陽的距離，下列說

法正確的是（）

A.探測器的發(fā)射速度應(yīng)大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度

B.探測器的發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度

C.火星公轉(zhuǎn)的線速度大于地球公轉(zhuǎn)的線速度

D.火星公轉(zhuǎn)的加速度小干地球公轉(zhuǎn)的加速度

9.地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的7倍，地球半徑R=6400km,地球大氣層的厚度約為地球半

徑的一半。研究表明，并不是所有行星都能有同步衛(wèi)星，如果行星自轉(zhuǎn)太快，就可能不會有同步衛(wèi)星.而

且衛(wèi)星不能在大氣層內(nèi)飛行。根據(jù)上述條件，在地球質(zhì)量和半徑都不變的前提下，下列哪些情況中地球不

會有同步衛(wèi)星（重力加速度取g=10m/s2）（）

A.大氣層厚度不變，地球自轉(zhuǎn)周期減小到6垃小時

B.大氣層厚度不變，地球自轉(zhuǎn)周期減小到3小時

C.大氣層厚度增加到6.6倍地球半徑，地球自轉(zhuǎn)周期不變

D.大氣層厚度增加到2.5倍地球半徑，地球自轉(zhuǎn)周期減小到6小時

10.2020年6月23日9時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第

五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星，暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。假設(shè)衛(wèi)星在離地面高為〃的圓軌道上繞地球運(yùn)動，

地球的質(zhì)量為半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為萬有引力常量為G。則下列選項(xiàng)中正確的是（）

Mm

A.衛(wèi)星受到地球的引力為7

R+h

—Mm

B.衛(wèi)星受到地球的引力為G3行

C.衛(wèi)星在軌運(yùn)行速度大于第一宇宙速度

D.衛(wèi)星在軌運(yùn)行速度小于第一宇宙速度

11.如圖所示，發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地軌道1,然后經(jīng)點(diǎn)火使其在橢圓軌道2上運(yùn)行，

最后再次點(diǎn)火將衛(wèi)星送入同步軌道3.軌道1、2相切于A點(diǎn)，軌道2、3相切于B點(diǎn)。則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、

2、3軌道正常運(yùn)行時，下列說法中正確的是（）

B

A.衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率

B.衛(wèi)星在軌道3上經(jīng)8點(diǎn)的速率大于在軌道2上經(jīng)8點(diǎn)的速率

C.衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時經(jīng)過B點(diǎn)時的速率小于在軌道1上的速率

D.衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時，經(jīng)過A點(diǎn)的加速度大于在軌道1上經(jīng)過A點(diǎn)時的加速度

12.2019年11月5日我國成功發(fā)射第49顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，標(biāo)志著北斗三號系統(tǒng)3顆地球同步軌道衛(wèi)星全

部發(fā)射完畢。人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌方可到達(dá)預(yù)定軌道，在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)

星從圓軌道I的A點(diǎn)先變軌到桶圓軌道H,然后在B點(diǎn)變軌進(jìn)入地球同步軌道IH,則（）

、in同步軌道

A.衛(wèi)星在同步軌道III上的運(yùn)行速度小于7.9km/s

B.衛(wèi)星在軌道穩(wěn)定運(yùn)行時，經(jīng)過A點(diǎn)時的速率比過B點(diǎn)時小

C.若衛(wèi)星在I、II、III軌道上運(yùn)行的周期分別為r、72、△，則Ti〈乃＜73

D.現(xiàn)欲將衛(wèi)星由軌道H變軌進(jìn)入軌道III,則需在B點(diǎn)通過點(diǎn)火加速來實(shí)現(xiàn)

三、解答題（共4題）

13.隨著“嫦娥”系列成功奔月和回收，我國宇航員登月步伐將進(jìn)一步加快。假設(shè)宇航員駕駛宇宙飛船到達(dá)

月球，他在月球表面做了一個實(shí)驗(yàn)：在離月球表面高度為力處，將一小球以初速度%水平拋出，測得水平

射程為X。已知月球的半徑為R,萬有引力常量為G。不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響。求：

（1）月球表面的重力加速度大小g。；

（2）月球的質(zhì)量M；

（3）月球的第一宇宙速度丫。

14.空間站是--種在近地軌道長時間運(yùn)行，可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。如圖

所示，某空間站在軌道半徑為R的近地圓軌道I上圍繞地球運(yùn)行，一宇宙飛船與空間站對接檢修后再與空

間站分離，分離時宇宙飛船依靠自身動力裝置在很短的距離內(nèi)加速，進(jìn)入橢圓軌道II運(yùn)行。已知橢圓軌道

的遠(yuǎn)地點(diǎn)到地球球心的距離為3.5凡地球質(zhì)量為M,萬有引力常量為G,求：

（1）空間站圍繞地球運(yùn)行的周期；

（2）分離后，飛船在橢圓軌道上至少運(yùn)動多長時間才有機(jī)會和空間站進(jìn)行第二次對接？

15.我國在2018年12月8日發(fā)射的“嫦娥四號''測控器在被月球捕獲、落月過程中，其中一階段在繞月

的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動，若“嫦娥四號''在環(huán)月圓軌道繞行n圈所用時間為r,如圖所示。已知月球半

徑為R，月球表面處重力加速度為gn,引力常量為Go試求:

(1)月球的質(zhì)量M,

(2)“嫦娥四號”環(huán)繞月球的軌道半徑/??

16.宇宙中有一星球，其半徑為R,自轉(zhuǎn)周期為T,引力常量為G,該天體的質(zhì)量為若一宇航員來到

位于赤道的一斜坡前，將一小球自斜坡底端正上方的。點(diǎn)以初速度w水平拋出，如圖所示，小球垂直擊

中了斜坡，落點(diǎn)為P點(diǎn)，求

(1)該星球赤道地面處的重力加速度⑶；

(2)則P點(diǎn)距水平地面的高度從

參考答案

1.A

【詳解】

發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的科學(xué)家是牛頓。

故選A,

2.B

【詳解】

根據(jù)

GMm,=m」一=m(D2(R+h)

(R+h)2R+h

可得線速度大小

7R+h

角速度大小

GM

Y(R+〃)3

故選Bo

3.C

【詳解】

A.某顆地球同步衛(wèi)星只能定點(diǎn)在赤道上空，不可能始終在北京的正上方，選項(xiàng)A錯誤；

B.根據(jù)

—Mm4乃?

6下=皿亍r

可知，所有的同步衛(wèi)星的周期都相同，則軌道半徑相同，即不同的地球同步衛(wèi)星，距離地面的高度一定相

同，選項(xiàng)B錯誤；

C.根據(jù)

4萬丁

°F

可知，所有的地球同步衛(wèi)星的軌道半徑和周期都相同，則向心加速度的大小一定相等，選項(xiàng)C正確；

D.所有的地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量不一定相同，則所受的萬有引力大小不一定相等，選項(xiàng)D錯誤。

故選C。

4.A

【詳解】

A.哥白尼提出“日心說”，揭開了近代自然科學(xué)革命的序幕。故A錯誤，符合題意；

B.開普勒得出行星行星運(yùn)動的三大定律，得到行星與太陽的連線在相同的時間掃過的面積相等-開普勒第

二定律。故B正確，不符合題意；

C.牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，揭示了自然界物體之間普遍存在著一種基本相互作用：引力作用。故C正

確，不符合題意；

D.卡文迪許用扭秤實(shí)驗(yàn)測出了引力常數(shù)。故D正確，不符合題意。

故選A?

5.D

【詳解】

A.“碳衛(wèi)星”繞地球運(yùn)行，做勻速圓周運(yùn)動，萬有引力提供向心力，故不是平衡狀態(tài)，處于失重狀態(tài)，A

錯誤；

B.v=7.9km/s為第一宇宙速度，是最大的運(yùn)行速度，"碳衛(wèi)星'’軌道半徑比地球半徑大，因此其運(yùn)行速度

應(yīng)小于7.9km/s,B錯誤;

C.v=7.9m/s為第一宇宙速度，是最小的地面發(fā)射速度，“碳衛(wèi)星”軌道半徑比地球半徑大，因此其發(fā)射速

度應(yīng)大于7.9km/s,但要小于U.2km/s,C錯誤；

D.“碳衛(wèi)星”的線速度

S

v=-

t

根據(jù)萬有引力提供向心力

GMmv2

、=m-

R-R

解得地球質(zhì)量

“rRs'R

M=——=-

GGt72

D正確。

故選D。

6.D

【詳解】

A.由題意可知，萬有引力提供向心力，根據(jù)公式有

cMmv2

G—z-=m—

rr

即

八匣

已知組合體離地面的距離約為400km,故可得運(yùn)行軌道半徑大于地球的半徑，則組合體的運(yùn)行速率小于

7.9km/s,A錯誤；

B.由題意可知，萬有引力提供向心力，根據(jù)公式有

「Mm

G—r=mg

r

即

GM

已知組合體離地面的距離約為400km,故可得運(yùn)行軌道半徑大于地球的半徑，則組合體的向心加速度小于

9.8m/s2,B錯誤；

C.由題意可知，萬有引力提供向心力，根據(jù)公式有

「Mm2T2

G—丁=a(——)r

r2T

即

T=三

VGA/

已知組合體離地面的距離約為400km,比同步衛(wèi)星距離地面的距離要小，故組合體的運(yùn)行周期小于地球同

步衛(wèi)星的周期，C錯誤；

D.由題意可知，萬有引力提供向心力，根據(jù)公式有

-Mmv2

G——=m—

r~r

即

已知組合體離地面的距離約為400km,比同步衛(wèi)星距離地面的距離要小，故組合體的運(yùn)行速率期大于地球

同步衛(wèi)星的運(yùn)行速率，D正確。

故選Do

7.C

【詳解】

由萬有引力提供向心力

「Mm4乃2

G-=m^r

則

解得

r?9.8xl06m

故C正確。

故選C。

8.BD

【詳解】

AB.探測器要發(fā)射到火星，則需要逃逸出地球的引力場，由于火星在太陽的引力場中，所以探測器的發(fā)射

速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，故B正確，A錯誤；

CD.根據(jù)萬有引力提供向心力，則有

_Mmv2

G——=m—=nui

rr

可得

由于火星的軌道半徑大于地球軌道半徑，則火星公轉(zhuǎn)的線速度小于地球公轉(zhuǎn)的線速度，火星公轉(zhuǎn)的加速度

小干地球公轉(zhuǎn)的加速度，故D正確，C錯誤。

故選BD。

9.CD

【詳解】

根據(jù)萬有引力提供衛(wèi)星的向心力可得：

GMm4/

解得衛(wèi)星的周期

T=27T.I-----

\GM

對地球同步衛(wèi)星有『7R,所以

1—27rAi--------=\11,2.7tA----24h

VGM\GM

AB.若大氣層厚度不變，衛(wèi)星的最小軌道半徑

所以大氣層厚度不變，要保留同步衛(wèi)星的話，地球自轉(zhuǎn)周期最多減小到2.4小時，才能保留同步衛(wèi)星，故

AB錯誤；

C.大氣層厚度增加到6.6倍地球半徑，即軌道半徑為

/=R+6.6R=7.6R>7R

若地球自轉(zhuǎn)周期不變，此時地球同步衛(wèi)星處在大氣層內(nèi)部，不能存留，故C正確：

D.大氣層厚度增加到2.5倍地球半徑，此時地球同步衛(wèi)星的軌道半徑最小為

r"=R+2.5R=35R

其對應(yīng)的地球同步衛(wèi)星的最小周期為

地球自轉(zhuǎn)周期做多減小到8小時，才能保留同步衛(wèi)星，故D正確。

故選CDo

10.BD

【詳解】

AB.由萬有引力公式得衛(wèi)星受到地球得引力為

r心Mm

F-G-------------r

(R+/l)2

故B正確，A錯誤；

CD.第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的最大速度，所以衛(wèi)星在軌道運(yùn)行的速度小于第一宇宙速度,

故D正確，C錯誤。

故選BDo

11.BC

【詳解】

A.根據(jù)高軌低速，衛(wèi)星在軌道3上的速率小于于在軌道I上的速率，故A錯誤；

B.由軌道2進(jìn)入軌道3需要點(diǎn)火加速，所以衛(wèi)星在軌道3上經(jīng)B點(diǎn)的速率大于在軌道2上經(jīng)8點(diǎn)的速率，

故B正確；

C.根據(jù)高軌低速，衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時經(jīng)過8點(diǎn)時的速率小于在軌道1上的速率，故C正確；

D.衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時，經(jīng)過A點(diǎn)是萬有引力產(chǎn)生的加速度，在軌道1上經(jīng)過A點(diǎn)時的加速度也是萬

有引力產(chǎn)生的，兩個軌道的A點(diǎn)衛(wèi)星受到的萬有引力相同，故加速度相同，故D錯誤。

故選BCo

12.ACD

【詳解】

A.由萬有引力提供向心力有

?Mmv2

G—丁=m—

R2R

得

則軌道半徑越大，線速度越小，衛(wèi)星在同步軌道HI上的運(yùn)行速度小于7.9km/s,故A正確；

B.由開普勒第二定律可知近地點(diǎn)速度快，遠(yuǎn)地點(diǎn)速度慢，故B錯誤；

C.由開普勒第三定律

戈一

了一

可知軌道大的周期大，故C正確；

D.衛(wèi)星由軌道H變軌進(jìn)入軌道HI,是由向心運(yùn)動變?yōu)閳A周運(yùn)動，則需在8點(diǎn)通過點(diǎn)火加速來實(shí)現(xiàn)，故D

正確。

故選ACDo

13.(1)淬；⑵之瓦f2；(3)voy/2hR

xGx"x

【詳解】

(1)在月球上水平拋出小球，在豎直方向有

,1，

h=28°r

水平方向有

x=vot

聯(lián)立解得

紀(jì)竽

(2)在月球表面忽略月球自轉(zhuǎn)，萬有引力等于重力，即

_Mm

6下=叫

解得

*斗

Gx2

(3)對貼近月球表面附近的衛(wèi)星，萬有引力提供向心力，則有

K

解得月球的第一宇宙速度

X

14.(1)T=27r,—;(2)54乃、旦

1\GM\GM

【詳解】

(1)設(shè)空間站在軌道I上運(yùn)行周期為T”萬有引力提供空間站做圓周運(yùn)動的向心力，貝I：

「Mm2TT

G——=m（-Y2R

R-7；

解得

Tr^~

T.=2TTJ-----

'VGM

(2)航天飛船所在橢圓軌道的半長軸：

,3.5/?+/?9n

L==A

24

設(shè)航天飛船在軌道II上運(yùn)動的周期為72,由開普勒第三定律：

(弓)2_/)3

（刀）（R）

解得

27

T,=—7]

281

要完成對接，飛船和空間站須同時到達(dá)橢圓軌道的近地點(diǎn)，故所需時間:

/=2771

解得：

Z=54^-J---

NGM

5⑴陪⑵小陪

【詳解】

(1)月球表面處引力等于重力

-Mm

6方=呻

得

M=^

G

(2)“嫦娥四號”做勻速圓周運(yùn)動，有