2020高中物理 第六章 万有引力与航天 高考真题集训课件 新人教版必修2

第六章高考真题集训一、选择题1．(2019·全国卷Ⅱ)2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆。在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描述F随h变化关系的图象是()答案D答案解析由万有引力公式F＝GMmR＋h2可知，探测器与地球表面距离h越大，F越小，排除B、C；而F与h不是一次函数关系，排除A。故选D。解析2．(2019·北京高考)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．入轨后可以位于北京正上方B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C．发射速度大于第二宇宙速度D．若发射到近地圆轨道所需能量较少答案D答案解析同步卫星只能位于赤道正上方，A错误；由GMmr2＝mv2r知，卫星的轨道半径越大，环绕速度越小，因此入轨后的速度小于第一宇宙速度(近地卫星的速度)，B错误；同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度、小于第二宇宙速度，C错误；若该卫星发射到近地圆轨道，所需发射速度较小，所需能量较少，D正确。解析3．(2019·天津高考)2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M、半径为R，探测器的质量为m，引力常量为G，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的()A．周期为4π2r3GMB．动能为GMm2RC．角速度为Gmr3D．向心加速度为GMR2答案A答案解析探测器绕月球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，对探测器，由牛顿第二定律得，GMmr2＝m2πT2r，解得周期T＝4π2r3GM，A正确；由GMmr2＝mv2r知，动能Ek＝12mv2＝GMm2r，B错误；由GMmr2＝mrω2得，角速度ω＝GMr3，C错误；由GMmr2＝ma得，向心加速度a＝GMr2，D错误。解析4．(2019·江苏高考)1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G。则()A．v1v2，v1＝GMrB．v1v2，v1GMrC．v1v2，v1＝GMrD．v1v2，v1GMr解析卫星绕地球运动，由开普勒第二定律知，近地点的速度大于远地点的速度，即v1v2。若卫星以近地点到地心的距离r为半径做圆周运动，则有GMmr2＝mv2近r，得运行速度v近＝GMr，由于卫星沿椭圆轨道运动，则v1v近，即v1GMr，B正确。解析答案B答案5．(2018·江苏高考)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动。与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是()A．周期B．角速度C．线速度D．向心加速度答案A答案解析设地球质量为M，人造卫星质量为m，人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，根据万有引力提供向心力有GMmr2＝mv2r＝mω2r＝m2πT2r＝ma，得v＝GMr，ω＝GMr3，T＝2πr3GM，a＝GMr2，因为与“高分四号”相比，“高分五号”的轨道半径较小，所以“高分五号”的T较小，a、ω、v较大，A正确，B、C、D错误。解析6．(2018·全国卷Ⅲ)为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为()A．2∶1B．4∶1C．8∶1D．16∶1解析设地球半径为R，根据题述，地球卫星P的轨道半径为RP＝16R，地球卫星Q的轨道半径为RQ＝4R，根据开普勒第三定律，T2PT2Q＝R3PR3Q＝64，所以P与Q的周期之比为TP∶TQ＝8∶1，C正确。解析答案C答案7．(2018·全国卷Ⅱ)2018年2月，我国500m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T＝5.19ms，假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为6.67×10－11N·m2/kg2。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为()A．5×109kg/m3B．5×1012kg/m3C．5×1015kg/m3D．5×1018kg/m3答案C答案解析设脉冲星质量为M，半径为R，体积为V，密度为ρ，星体表面一物块质量为m，根据天体运动规律知：GMmR2≥m2πT2R，ρ＝MV＝M43πR3，代入可得：ρ≥3πGT2≈5×1015kg/m3，故C正确。解析8．(2018·北京高考)若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证()A．地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1602B．月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1602C．自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的16D．苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的160答案B答案解析设月球质量为M月，地球质量为M，地球半径为r，苹果质量为m，则月球受到地球的万有引力为F月＝GMM月60r2，苹果受到地球的万有引力为F＝GMmr2，由于月球质量和苹果质量之间的关系未知，故两力的关系无法确定，故A错误；根据牛顿第二定律GMM月60r2＝M月a月，GMmr2＝ma，整理可以得到a月＝1602a，故B正确；在月球表面处GM月m′r2月＝m′g月，由于月球本身的半径和质量未知，故无法求出月球表面和地面表面重力加速度的关系，也无法求出苹果在月球表面受到的引力与在地球表面受到的引力之间的关系，故C、D错误。解析9．(2018·天津高考)(多选)2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看做是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫星的()A．密度B．向心力的大小C．离地高度D．线速度的大小答案CD答案解析根据题意，已知卫星运动的周期T，地球的半径R，地球表面的重力加速度g，卫星受到的万有引力充当向心力，故有GMmr2＝m4π2T2r，等式两边卫星的质量被抵消，则不能计算卫星的密度，更不能计算卫星的向心力大小，A、B错误；由GMmr2＝m4π2T2r，解得r＝3GMT24π2，而r＝R＋h，GM＝gR2，故可计算卫星距离地球表面的高度，C正确；根据公式v＝2πrT，轨道半径可以求出，周期已知，故可以计算出卫星绕地球运动的线速度，D正确。解析10．(2018·全国卷Ⅰ)(多选)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星()A．质量之积B．质量之和C．速率之和D．各自的自转角速度答案BC答案解析依题意已知两颗中子星的周期T、距离L，各自的自转角速度不可求，D错误；对m1：Gm1m2L2＝m1ω2r1，对m2：Gm1m2L2＝m2ω2r2，已知几何关系：r1＋r2＝L，ω＝2πT，联立以上各式可解得：r1＝m2m1＋m2L，r2＝m1m1＋m2L，m1＋m2＝4π2L3GT2，B正确；速率之和v1＋v2＝ωr1＋ωr2＝ω(r1＋r2)＝2πLT，C正确；质量之积m1m2＝ω2L2r2G·ω2L2r1G＝2πLT4G2·r1r2，r1r2不可求，故m1m2不可求，A错误。解析11．(2017·北京高考)利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是()A．地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)B．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离答案D答案解析在地球表面附近，在不考虑地球自转的情况下，物体所受重力等于地球对物体的万有引力，有GMmR2＝mg，可得M＝gR2G，A项能求出地球质量。根据万有引力提供卫星、月球、地球做圆周运动的向心力，由GMmR2＝mv2R，vT＝2πR，解得M＝v3T2πG，B项能求出地球质量；由GMm月r2＝m月2πT月2r，解得M＝4π2r3GT2月，C项能求出地球质量；由GM日Mr2地＝M2πT地2r地，会消去两边的M，故D项不能求出地球质量。故选D。解析12．(2017·全国卷Ⅲ)2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的()A．周期变大B．速率变大C．动能变大D．向心加速度变大答案C答案解析根据万有引力提供向心力有GMmr2＝m2πT2r＝mv2r＝ma，可得周期T＝4π2r3GM，速率v＝GMr，向心加速度a＝GMr2，对接前后，轨道半径不变，则周期、速率、向心加速度均不变，质量变大，则动能变大，C正确，A、B、D错误。解析13．(2017·江苏高考)(多选)“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空。与“天宫二号”空间实验室对接前，“天舟一号”在距地面约380km的圆轨道上飞行，则其()A．角速度小于地球自转角速度B．线速度小于第一宇宙速度C．周期小于地球自转周期D．向心加速度小于地面的重力加速度答案BCD答案解析根据GMmr2＝mω2r知，“天舟一号”的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，则“天舟一号”的角速度大于同步卫星的角速度，而同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，所以“天舟一号”的角速度大于地球自转的角速度，周期小于地球自转的周期，A错误，C正确；第一宇宙速度为最大环绕速度，所以“天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度，B正确；地面重力加速度为g＝GMR2，而“天舟一号”的向心加速度a＝GMr2，小于地面的重力加速度g，D正确。解析14．(2016·全国卷Ⅲ)关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是()A．开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律B．开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律C．开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因D．开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律答案B答案解析开普勒行星运动定律是开普勒在天文观测数据的基础上总结的，选项A错误，B正确；牛顿找到了行星运动规律的原因，发现了万有引力定律，选项C、D错误。解析15．(2016·全国卷Ⅰ)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯。目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为()A．1hB．4hC．8hD．16h答案B答案解析根据题意，地球自转周期变小时，同步卫星周期变小，轨道半径变小，卫星之间连线对地球的张角为60°且在如图所示的位置时，能实现题目中目的的同时保证地球自转周期最小。根据sin30°＝Rr，可得r＝2R，根据开普勒第三定律r3T2＝k，地球自转周期变化前同步卫星的周期T1＝24h，半径r1＝6.6R，故2R3T2＝6.6R324h2，解得周期约为4h，选项B正确。解析16．(2015·四川高考)登上火星是人类的梦想，“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星。地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响。根据下表，火星和地球相比()行星半径/