知識(shí)點(diǎn)五 萬有引力與航天-2022年高考物理分類題庫(kù)

知識(shí)點(diǎn)五萬有引力與航天1.(2022·全國(guó)乙卷)2022年3月,中國(guó)航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400km的“天宮二號(hào)”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(hào)”中,航天員可以自由地飄浮,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(duì)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(dòng)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(dòng)所需向心力的大小【解析】選C。在近地圓軌道上飛行的“天宮二號(hào)”中,航天員所受地球引力提供向心力,飛船對(duì)其作用力近似為零,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C正確;航天員在地球表面上所受引力的大小F1=GMmR2,航天員隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小等于地球引力的大小,即F2=GMmr2,因?yàn)閞>R,所以在地球表面上所受引力的大小F1大于其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小F22.(2022·廣東選擇考)“祝融號(hào)”火星車需要“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(shí)長(zhǎng)約為地球的1.88倍?；鹦呛偷厍蚶@太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。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【解析】選D。由題意可知,火星的公轉(zhuǎn)周期大于地球的公轉(zhuǎn)周期,根據(jù)GMmr2=m4π2T2r可得T=2πr3GM,可知火星的公轉(zhuǎn)半徑大于地球的公轉(zhuǎn)半徑,故C錯(cuò)誤;根據(jù)GMmr2=mv2r可得v=GMr,結(jié)合C選項(xiàng),可知火星公轉(zhuǎn)的線速度小于地球公轉(zhuǎn)的線速度,故A錯(cuò)誤;根據(jù)ω=2πT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(cuò)誤;3.(2022·河北選擇考)2008年,我國(guó)天文學(xué)家利用國(guó)家天文臺(tái)興隆觀測(cè)基地的2.16米望遠(yuǎn)鏡,發(fā)現(xiàn)了一顆繞恒星HD173416運(yùn)動(dòng)的系外行星HD173416b,2019年,該恒星和行星被國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)分別命名為“羲和”和“望舒”,天文觀測(cè)得到恒星羲和的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的2倍,若將望舒與地球的公轉(zhuǎn)均視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),且公轉(zhuǎn)的軌道半徑相等。則望舒與地球公轉(zhuǎn)速度大小的比值為 ()A.22B.2C.2 D.2【解析】選C。地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)和行星望舒繞恒星羲和的勻速圓周運(yùn)動(dòng)都是由萬有引力提供向心力,由GMmr2=mv2r解得公轉(zhuǎn)的線速度大小為v=GMr,其中中心天體的質(zhì)量之比為2∶1,公轉(zhuǎn)的軌道半徑相等,則望舒與地球公轉(zhuǎn)速度大小的比值為4.(2022·浙江6月選考)神舟十三號(hào)飛船采用“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【解析】選C。根據(jù)GMmr2=mv2r,可得v=GMr,可知圓軌道距地面高度越高,環(huán)繞速度越小;而只要速度相同了就可以在同一軌道運(yùn)行,與返回艙和天和核心艙的質(zhì)量無關(guān),故A錯(cuò)誤,C正確;返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài),仍然受到地球引力作用,地球的引力提供宇航員繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力,故B錯(cuò)誤;返回艙穿越大氣層返回地面過程中,有空氣阻力做功產(chǎn)生熱量,5.(2022·湖北選擇考)2022年5月,我國(guó)成功完成了天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船與空間站的對(duì)接,形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),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【解析】選C。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(cuò)誤;由題知組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),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可能大于第一宇宙速度,B錯(cuò)誤;已知同步衛(wèi)星的周期為24h,則根據(jù)角速度和周期的關(guān)系有ω=2πT,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;由題知組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),有GMmr2=m4π2T2r,整理有T=2πr3GM,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ma=GMmr6.(2022·山東等級(jí)考)“羲和號(hào)”是我國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)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(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道平面與赤道平面接近垂直。衛(wèi)星每天在相同時(shí)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(hào)”衛(wèi)星軌道距地面高度為 ()A.(gR2T22C.(gR2T24n【解析】選C。地球表面的重力加速度為g,根據(jù)牛頓第二定律得GMmR2=mg,解得GM=gR2,根據(jù)題意可知,衛(wèi)星的運(yùn)行周期為T'=Tn,根據(jù)牛頓第二定律,萬有引力提供衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的向心力,則有GMm(R+h)2=m4π2T'2(7.(多選)(2022·遼寧選擇考)如圖所示,行星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)可以看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)。在地圖上容易測(cè)得地球—水星連線與地球—太陽(yáng)連線夾角α,地球—金星連線與地球—太陽(yáng)連線夾角β,兩角最大值分別為αm、βm則 ()A.水星的公轉(zhuǎn)周期比金星的大B.水星的公轉(zhuǎn)向心加速度比金星的大C.水星與金星的公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為sinαm∶sinβmD.水星與金星的公轉(zhuǎn)線速度之比為sinαm【解析】選B、C。根據(jù)萬有引力提供向心力有GMmR2=m4π2T2R=ma,可得T=2πR3GM,a=GMR2,因?yàn)樗堑墓D(zhuǎn)半徑比金星小,故可知水星的公轉(zhuǎn)周期比金星的小;水星的公轉(zhuǎn)