2024年高考物理真題和模擬題分類匯編專題06萬有引力與航天

-1-專題06萬有引力與航天2024年高考真題1、（2024·湖南卷·T8）如圖，火星與地球近似在同一平面內(nèi)，繞太陽沿同一方向做勻速圓周運(yùn)動，火星的軌道半徑大約是地球的1.5倍。地球上的觀測者在大多數(shù)的時間內(nèi)觀測到火星相對于恒星背景由西向東運(yùn)動，稱為順行；有時觀測到火星由東向西運(yùn)動，稱為逆行。當(dāng)火星、地球、太陽三者在同始終線上，且太陽和火星位于地球兩側(cè)時，稱為火星沖日。忽視地球自轉(zhuǎn)，只考慮太陽對行星的引力，下列說法正確的是（）A.火星的公轉(zhuǎn)周期大約是地球的倍B.在沖日處，地球上的觀測者觀測到火星的運(yùn)動為順行C.在沖日處，地球上的觀測者觀測到火星的運(yùn)動為逆行D.在沖日處，火星相對于地球的速度最小【答案】CD【解析】A．由題意依據(jù)開普勒第三定律可知火星軌道半徑大約是地球軌道半徑的1.5倍，則可得故A錯誤；BC．依據(jù)可得由于火星軌道半徑大于地球軌道半徑，故火星運(yùn)行線速度小于地球運(yùn)行線速度，所以在沖日處火星相對于地球由東向西運(yùn)動，為逆行，故B錯誤，C正確；D．由于火星和地球運(yùn)動的線速度大小不變，在沖日處火星和地球速度方向相同，故相對速度最小，故D正確。故選CD。2、（2024·廣東卷·T2）“祝融號”火星車須要“休眠”以度過火星寒冷的冬季。假設(shè)火星和地球的冬季是各自公轉(zhuǎn)周期的四分之一，且火星的冬季時長約為地球的1.88倍?；鹦呛偷厍蚶@太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動。下列關(guān)于火星、地球公轉(zhuǎn)的說法正確的是（）A.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大 B.火星公轉(zhuǎn)的角速度比地球的大C.火星公轉(zhuǎn)的半徑比地球的小 D.火星公轉(zhuǎn)的加速度比地球的小【答案】D【解析】由題意可知，火星的公轉(zhuǎn)周期大于地球的公轉(zhuǎn)周期C．依據(jù)可得可知火星的公轉(zhuǎn)半徑大于地球的公轉(zhuǎn)半徑，故C錯誤；A．依據(jù)可得結(jié)合C選項(xiàng)，可知火星的公轉(zhuǎn)線速度小于地球的公轉(zhuǎn)線速度，故A錯誤；B．依據(jù)可知火星公轉(zhuǎn)的角速度小于地球公轉(zhuǎn)的角速度，故B錯誤；D．依據(jù)可得可知火星公轉(zhuǎn)的加速度小于地球公轉(zhuǎn)的加速度，故D正確。故選D。3、（2024·山東卷·T6）“羲和號”是我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。如圖所示，該衛(wèi)星圍繞地球的運(yùn)動視為勻速圓周運(yùn)動，軌道平面與赤道平面接近垂直。衛(wèi)星每天在相同時刻，沿相同方向經(jīng)過地球表面A點(diǎn)正上方，恰好繞地球運(yùn)行n圈。已知地球半徑為地軸R，自轉(zhuǎn)周期為T，地球表面重力加速度為g，則“羲和號”衛(wèi)星軌道距地面高度為（）A. B.C. D.【答案】C【解析】地球表面的重力加速度為g，依據(jù)牛頓其次定律得解得依據(jù)題意可知，衛(wèi)星的運(yùn)行周期為依據(jù)牛頓其次定律，萬有引力供應(yīng)衛(wèi)星運(yùn)動的向心力，則有聯(lián)立解得，故選C。4、（2024·全國乙卷·T14）2024年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約的“天宮二號”空間站上通過天地連線，為同學(xué)們上了一堂精彩的科學(xué)課。通過直播畫面可以看到，在近地圓軌道上飛行的“天宮二號”中，航天員可以自由地漂移，這表明他們（）A.所受地球引力的大小近似為零B.所受地球引力與飛船對其作用力兩者的合力近似為零C.所受地球引力的大小與其隨飛船運(yùn)動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隨飛船運(yùn)動所需向心力的大小【答案】C【解析】ABC．航天員在空間站中所受萬有引力完全供應(yīng)做圓周運(yùn)動的向心力，飛船對其作用力等于零，故C正確，AB錯誤；D．依據(jù)萬有引力公式可知在地球表面上所受引力的大小大于在飛船所受的萬有引力大小，因此地球表面引力大于其隨飛船運(yùn)動所需向心力的大小，故D錯誤。故選C。5、（2024·浙江6月卷·T6）神州十三號飛船采納“快速返回技術(shù)”，在近地軌道上，返回艙脫離天和核心艙，在圓軌道環(huán)繞并擇機(jī)返回地面。則（）A.天和核心艙所處的圓軌道距地面高度越高，環(huán)繞速度越大B.返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài)，不受地球的引力C.質(zhì)量不同的返回艙與天和核心艙可以在同一軌道運(yùn)行D.返回艙穿越大氣層返回地面過程中，機(jī)械能守恒【答案】C【解析】AC．依據(jù)可得可知圓軌道距地面高度越高，環(huán)繞速度越?。欢灰俣认嗤司涂梢栽谕卉壍肋\(yùn)行，與返回艙和天和核心艙的質(zhì)量無關(guān)，故A錯誤，C正確；B．返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài)，仍舊受到地球引力作用，地球的引力供應(yīng)宇航員繞地球運(yùn)動的向心力，故B錯誤；D．返回艙穿越大氣層返回地面過程中，有阻力做功產(chǎn)生熱量，機(jī)械能減小，故D錯誤。故選C。6、（2024·浙江1月卷·T8）“天問一號”從地球放射后，在如圖甲所示的P點(diǎn)沿地火轉(zhuǎn)移軌道到Q點(diǎn)，再依次進(jìn)入如圖乙所示的調(diào)相軌道和停岸軌道，則天問一號（）A.放射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間B.從P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的時間小于6個月C.在環(huán)繞火星的停岸軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上小D.在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動時的速度均大于地球繞太陽的速度【答案】C【解析】A．因放射的衛(wèi)星要能變軌到繞太陽轉(zhuǎn)動，則放射速度要大于其次宇宙速度，即放射速度介于11.2km/s與16.7km/s之間，故A錯誤；B．因P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的轉(zhuǎn)移軌道的半長軸大于地球公轉(zhuǎn)軌道半徑，則其周期大于地球公轉(zhuǎn)周期（1年共12個月），則從P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的時間為軌道周期的一半時間應(yīng)大于6個月，故B錯誤；C．因在環(huán)繞火星的停岸軌道的半長軸小于調(diào)相軌道的半長軸，則由開普勒第三定律可知在環(huán)繞火星的停岸軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上小，故C正確；D．衛(wèi)星從P點(diǎn)變軌時，要加速增大速度，此后做離心運(yùn)動速度減小，則在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動時的速度P點(diǎn)速度大于地球繞太陽的速度，故D錯誤；故選C。7.(2024·湖北·T2)2024年5月，我國勝利完成了天舟四號貨運(yùn)飛船與空間站的對接，形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動，周期約90分鐘。下列說法正確的是（）A.組合體中的貨物處于超重狀態(tài)B.組合體的速度大小略大于第一宇宙速度C.組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大D.組合體的加速度大小比地球同步衛(wèi)星的小【答案】C【解析】【詳解】A．組合體在天上只受萬有引力的作用，則組合體中的貨物處于失重狀態(tài)，A錯誤；B．由題知組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動，而第一宇宙速度為最大的環(huán)繞速度，則組合體的速度大小不行能大于第一宇宙速度，B錯誤；C．已知同步衛(wèi)星的周期為24h，則依據(jù)角速度和周期的關(guān)系有由于T同>T組合體，則組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大，C正確；D．由題知組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動，有整理有由于T同>T組合體，則r同>r組合體，且同步衛(wèi)星和組合體在天上有則有a同<a組合體D錯誤。故選C。1、（2024·廣東一般中學(xué)高三下學(xué)期一模）“神舟十三號”飛船與我國空間站“天和”核心艙于2024年10月16日勝利對接。對接后開啟推動器，經(jīng)過t時間后飛船和空間站組合體的速度增量為m/s；若推動器用同樣的推力單獨(dú)對飛船進(jìn)行加速，經(jīng)過相同的時間后飛船的速度增量為m/s，設(shè)飛船的質(zhì)量約為3.0×103kg，則空間站的質(zhì)量約為（）A.2.5×104kg B.2.2×104kgC.4.4×102kg D.3.6×102kg【答案】B【解析】對飛船和空間站組合體，依據(jù)牛頓其次定律其中對飛船，依據(jù)牛頓其次定律其中聯(lián)立解得空間站的質(zhì)量約為故B正確，ACD錯誤。2.（2024·山東濰坊市高三下學(xué)期一模）“祝融”火星車由著陸平臺搭載著陸火星，如圖所示為著陸后火星車與著陸平臺分別后的“自拍”合影。著陸火星的最終一段過程為豎直方向的減速運(yùn)動，且已知火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，火星直徑約為地球直徑的。則（）

A.該減速過程火星車處于失重狀態(tài)B.該減速過程火星車對平臺的壓力大于平臺對火星車的支持力C.火星車在火星表面所受重力約為其在地球表面所受重力的D.火星的第一宇宙速度與地球第一宇宙速度之比約為【答案】C【解析】A．著陸火星的最終一段過程為豎直方向的減速運(yùn)動，在靠近火星表面時，火星車處于超重狀態(tài)，A錯誤；B．減速過程火星車對平臺的壓力與平臺對火星車的支持力是一對相互作用力，大小相等，方向相反，B錯誤；C.由可知知火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，火星直徑約為地球直徑的，故C正確；D．由可知因?yàn)榛鹦侵睆郊s為地球直徑的，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，D錯誤。故選C。3.（2024·江蘇南京鹽城市高三下學(xué)期二模）2024年5月16日至6月24日，運(yùn)行在約555km高度軌道上的“星鏈一1095”衛(wèi)星降軌至平均高度為382km的近圓軌道上，后持續(xù)運(yùn)行于這一與中國空間站相近的高度。在此期間，中國空間站實(shí)行了緊急避碰措施。關(guān)于衛(wèi)星的降軌，下列說法正確的是（）A.降軌前，衛(wèi)星在原軌道上處于平衡狀態(tài)B.降軌時，衛(wèi)星在原軌道上須要先行減速C.降軌后，衛(wèi)星在新軌道上運(yùn)動周期變大D.降軌后，衛(wèi)星在新軌道上的速度將大于第一宇宙速度【答案】B【解析】A．降軌前，衛(wèi)星在原軌道做圓周運(yùn)動，其合外力供應(yīng)向心力，衛(wèi)星在原軌道上不處于平衡狀態(tài)，A錯誤；B．降軌時，衛(wèi)星的軌道半徑降低，做向心運(yùn)動，萬有引力大于向心力，故衛(wèi)星在原軌道上須要先行減速，B正確；C．依據(jù)萬有引力供應(yīng)向心力，則有解得由此可知，軌道半徑越小，周期越小，故降軌后，衛(wèi)星在新軌道上運(yùn)動周期變小，C錯誤；D．依據(jù)萬有引力供應(yīng)向心力，則有解得由于當(dāng)軌道半徑等于地球半徑時，衛(wèi)星在軌道上的速度將等于第一宇宙速度，又降軌后運(yùn)行的軌道半徑大于地球半徑，故降軌后，衛(wèi)星在新軌道上的速度將小于于第一宇宙速度，D錯誤。故選B。4.（2024·山東濟(jì)南市高三下學(xué)期一模）2024年10月14日，我國勝利放射首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號”，實(shí)現(xiàn)我國太陽探測零的突破，這標(biāo)記著我國正式步人“探日”時代。“羲和號”衛(wèi)星運(yùn)行于離地高度公里的太陽同步軌道，該軌道是經(jīng)過地球南北極上空且圓心在地心的圓周。“羲和號”衛(wèi)星與離地高度公里的地球靜止軌道同步衛(wèi)星相比，下列說法正確的是（）A.“羲和號”衛(wèi)星的軌道平面可能與同步衛(wèi)星的軌道平面重合B.“羲和號”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的周期小于同步衛(wèi)星的周期C.“羲和號”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動加速度小于同步衛(wèi)星的加速度D.“羲和號”衛(wèi)星的線速度與同步衛(wèi)星的線速度大小之比等于【答案】B【解析】A．“羲和號”衛(wèi)星的軌道經(jīng)過地球南北極上空；而同步衛(wèi)星軌道是與地球赤道共面，則“羲和號”衛(wèi)星軌道平面不行能與同步衛(wèi)星的軌道平面重合，選項(xiàng)A錯誤；B．依據(jù)可得“羲和號”衛(wèi)星軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，可知“羲和號”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的周期小于同步衛(wèi)星的周期，選項(xiàng)B正確；C．依據(jù)可得可知“羲和號”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的加速度大于同步衛(wèi)星的加速度，選項(xiàng)C錯誤；D．依據(jù)可得“羲和號”衛(wèi)星的線速度與同步衛(wèi)星的線速度大小之比等于，選項(xiàng)D錯誤。故選B。5.（2024·江蘇如皋市高三下學(xué)期一調(diào)）我國第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號已經(jīng)運(yùn)行了50多年。如圖所示，A、B是東方紅一號繞地球運(yùn)動的遠(yuǎn)地點(diǎn)和近地點(diǎn)，則東方紅一號（）A.在A點(diǎn)的角速度大于B點(diǎn)的角速度B.在A點(diǎn)的加速度小于B點(diǎn)的加速度C.由A運(yùn)動到B過程中動能減小，勢能增加D.由A運(yùn)動到B過程中引力做正功，機(jī)械能增大【答案】B【解析】A．近地點(diǎn)的速度較大，可知B點(diǎn)線速度大于A點(diǎn)的線速度，依據(jù)東方紅一號在A點(diǎn)的角速度小于B點(diǎn)的角速度，故A錯誤；B．依據(jù)牛頓其次定律得可知東方紅一號在A點(diǎn)的加速度小于B點(diǎn)的加速度，故B正確；CD．東方紅一號沿橢圓軌道運(yùn)動，從A到B萬有引力做正功，動能增加，勢能減小，機(jī)械能守恒，故CD錯誤。故選B。6.（2024·山東菏澤高三下學(xué)期一模）2024年10月16日神舟十三號載人飛船順當(dāng)放射升空，翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員開啟了為期6個月的天宮空間站之旅，在距地面大約395km（相當(dāng)于荷澤到日照的距離）的軌道上運(yùn)行。在2024年12月9日下午的太空授課中，王亞平說他們一天剛好可以看到16次日出。已知地球半徑為6370km，萬有引力常量，若只知上述條件，則不能確定的是（）A.空間站的運(yùn)行周期 B.空間站的加速度C.地球的第一宇宙速度 D.空間站和地球之間的萬有引力【答案】D【解析】A．一天剛好可以看到16次日出A錯誤；B．空間站繞地球做勻速圓周運(yùn)動，對空間站，由圓周運(yùn)動規(guī)律和萬有引力定律得因?yàn)榈肂錯誤；C．由得C錯誤；D．由不知道空間站得質(zhì)量，D正確。故選D。7.（2024·山東煙臺市德州市高三下學(xué)期一模）人造地球衛(wèi)星與地心間距離為r時，取無窮遠(yuǎn)處為勢能零點(diǎn)，引力勢能可以表示為，其中G為引力常量，M為地球質(zhì)量，m為衛(wèi)星質(zhì)量。衛(wèi)星原來在半徑為r1的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動，由于淡薄空氣等因素的影響，飛行一段時間后其圓周運(yùn)動的半徑減小為r2。此過程中損失的機(jī)械能為（）A. B.C. D.【答案】A【解析】依據(jù)衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動，由地球的萬有引力供應(yīng)向心力，則軌道半徑為r1時有衛(wèi)星的引力勢能為軌道半徑為r2時衛(wèi)星的引力勢能為設(shè)摩擦而損失的機(jī)械能為，依據(jù)能量守恒定律得聯(lián)立以上各式可得故A正確，BCD錯誤。故選A。8.（2024·湖南岳陽市高三下學(xué)期二模）中國科學(xué)家利用“慧眼”太空望遠(yuǎn)鏡觀測到了銀河系的MaxiJ1820+070是一個由黑洞和恒星組成的雙星系統(tǒng)，距離地球約10000光年。依據(jù)觀測，黑洞的質(zhì)量大約是太陽的8倍，恒星的質(zhì)量只有太陽的一半，若已知太陽質(zhì)量為M，引力常量為G，據(jù)此以上信息可以估算出（）A.黑洞與恒星做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑之比B.黑洞與恒星做勻速圓周運(yùn)動的線速度大小之比C.黑洞做勻速圓周運(yùn)動的角速度大小D.恒星的自轉(zhuǎn)周期【答案】AB【解析】ABC．設(shè)黑洞的質(zhì)量為，恒星的質(zhì)量為，黑洞和恒星組成雙星系統(tǒng)，則角速度相等，設(shè)為，設(shè)黑洞的軌道半徑為，恒星的軌道半徑為，則恒星和黑洞的距離依據(jù)萬有引力供應(yīng)向心力：對黑洞對恒星聯(lián)立可得則依據(jù)，可得，由于不知道黑洞和恒星的距離，無法求出角速度，故AB正確，C錯誤；D．依據(jù)題中條件無法求出恒星的自轉(zhuǎn)周期，故D錯誤。故選AB。9.（2024·湖北八市高三下學(xué)期二模）2024年10月我國放射的神舟十三號飛船實(shí)現(xiàn)了和空間站徑向?qū)拥男峦黄?，如圖甲所示。假定對接前飛船在橢圓軌道Ⅰ上，如圖乙所示，Ⅱ?yàn)榭臻g站圓軌道，軌道半徑為kR（R為地球半徑），A為兩軌道交點(diǎn)，B為飛船軌道近地點(diǎn)。地球表面重力加速度為g，下列說法中正確的是（）A.空間站在圓軌道Ⅱ上的向心加速度大于gB.飛船和空間站在A處所受的萬有引力相同C.飛船在A處的機(jī)械能大于B處的機(jī)械能D.飛船在B處的速度【答案】D【解析】A．空間站繞地球做勻速圓周運(yùn)動時，萬有引力充當(dāng)向心力，有在地面的物體，有因?yàn)榭臻g站在圓軌道Ⅱ上時軌道半徑大于地球半徑，故向心加速度小于g，A錯誤；B．由萬有引力表達(dá)式可知飛船和空間站在A處所受的萬有引力還與飛船和空間站的質(zhì)量有關(guān)，因?yàn)轭}目中不知