2021届高考物理：万有引力与航天含答案

2021年广东省新高考物理总复习测试卷曲线运动 万有引力与航天考生注意：1．本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，共4页．2．答卷前，考生务必用蓝、黑色字迹的钢笔或圆珠笔将自己的姓名、班级、学号填写在相应位置上．3．本次考试时间90分钟，满分100分．4．请在密封线内作答，保持试卷清洁完整．第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一个选项正确，第9～12题有多项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分)1．已知两个质点相距为r 时，它们之间的万有引力大小为F .若只将它们之间的距离变为2r ，则它们之间的万有引力大小为( )A ．4FB ．2F C.14F D.12F2．如图1所示，水平固定的半球形容器，其球心为O 点，最低点为B 点，A 点在左边的内壁上，C 点在右边的内壁上，从容器的边缘向着球心以初速度v 0平抛一个小球，抛出点及O 、A 、B 、C 点在同一个竖直面内，则( )图1A ．v 0大小适当时可以垂直打在A 点B ．v 0大小适当时可以垂直打在B 点C ．v 0大小适当时可以垂直打在C 点D ．一定不能垂直打在容器内任何一个位置3．如图2所示，一轻杆两端分别固定质量为m A 和m B 的两个小球A 和B (可视为质点)．将其放在一个光滑球形容器中从位置1开始下滑，当轻杆到达位置2时球A 与球形容器球心等高，其速度大小为v 1，已知此时轻杆与水平方向成θ＝30°，B 球的速度大小为v 2，则( )图2A ．v 2＝12v 1 B ．v 2＝2v 1 C ．v 2＝v 1 D ．v 2＝3v 14.如图3所示，搭载着“嫦娥二号”卫星的“长征三号丙”运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射，卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面100 km ，周期为118 min 的工作轨道，开始对月球进行探测．下列说法错误的是( )图3A ．卫星在轨道Ⅲ上的运行速度比月球的第一宇宙速度小B ．卫星在轨道Ⅲ上经过P 点的速度比在轨道Ⅰ上经过P 点时大C ．卫星在轨道Ⅲ上运行周期比在轨道Ⅰ上短D ．卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上多5．如图4所示，A 是静止在赤道上随地球自转的物体；B 、C 是同在赤道平面内的两颗人造卫星，B 位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C 是高分四号同步卫星．则下列关系正确的是( )。

2021年高考物理试题分项版解析专题05 万有引力与航天（含解析）【xx·上海·22B】1．两靠得较近的天体组成的系统成为双星，它们以两者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，因而不至于由于引力作用而吸引在一起。

设两天体的质量分布为和，则它们的轨道半径之比__________；速度之比__________。

1．【答案】；【考点定位】万有引力定律；圆周运动【名师点睛】本题考查双星问题，要掌握双星问题的特点：双星角速度相同，向心力由万有引力提供也相同，向心力大小也相等。

【xx·江苏·3】2．过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。

“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径为1/20，该中心恒星与太阳的质量比约为（）A．1/10 B．1 C．5 D．102．【答案】B【考点】天体运动【名师点睛】本题主要是公式，在天体运动中，万有引力提供向心力可求中心天体的质量。

【xx·福建·14】3．如图，若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心O的距离分别为r1、r2，线速度大小分别为v1、v2。

则（）3．【答案】 A【考点定位】天体运动【名师点睛】：本题主要是公式，卫星绕中心天体做圆周运动，万有引力提供向心力，由此得到线速度与轨道半径的关系【xx·重庆·2】4．宇航员王亚平在“天宫1号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象。

若飞船质量为，距地面高度为，地球质量为，半径为，引力常量为，则飞船所在处的重力加速度大小为A．0 B．C． D．4．【答案】B【考点定位】万有引力定律的应用。

【名师点睛】掌握万有引力定律求中心天体的质量和密度、环绕天体的线速度、角速度、周期、加速度；主要利用。

备战2021新高考物理-重点专题-万有引力与航天（三）一、单选题1.三颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，运行方向如图所示.已知，则关于三颗卫星，下列说法错误的是（）A.卫星运行线速度关系为B.卫星轨道半径与运行周期关系为C.已知万有引力常量G，现测得卫星A的运行周期T A和轨道半径R A，可求地球的平均密度D.为使A 与B同向对接，可对A适当加速2.如图所示，A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，下列说法中正确的是()A.B，C的角速度相等，且小于A的角速度B.B，C的线速度大小相等，且大于A的线速度C.B，C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度D.B，C的周期相等，且小于A的周期3.2020年4月24日，国家航天局宣布，我国行星探测任务命名为“天问”，首次火星探测任务命名为“天问一号”。

已知万有引力常量，为计算火星的质量，需要测量的数据是（）A.火星表面的重力加速度和火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径B.火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径和火星的公转周期C.某卫星绕火星做匀速圆周运动的周期和火星的半径D.某卫星绕火星做匀速圆周运动的轨道半径和公转周期4.一宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动，飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上．用R表示地球的半径，g表示地球表面处的重力加速度，g′表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，F N表示人对秤的压力，下面说法中正确的是（）A.g′=0B.g′=C.F N=0D.F N=5.2019年11月23日8时55分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号“乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第50、51颗北斗导航卫星。

两颗卫星均属于中圆轨道（MEO）卫星，是我国的“北斗三号”系统的组网卫星。

这两颗卫星的中圆轨道（MEO）是一种周期为12小时，轨道面与赤道平面夹角为60°的圆轨道。

是经过GPS和GLONASS运行证明性能优良的全球导航卫星轨道。

万有引力定律与航天【原卷】1．据2021年2月10日的央视新闻报道，中国科学院国家授时中心表示：地球自转加快，一天已不足24小时！如果地球质量M 、半径R 不变，仅自转加快，地球同步卫星若要继续保持与地球同步，则其（ ）A ．轨道半径必须减小B ．角速度必须减小C ．运行速率必须减小D ．向心加速度一定减小2．中国首个火星探测器“天问一号”，已于2021年2月10。

日成功环绕火星运动。

若火星和地球可认为在同一平面内绕太阳同方向做圆周运动，运行过程中火星与地球最近时相距R o 、最远时相距5R 。

，则两者从相距最近到相距最远需经过的最短时间约为（ ）A ．365天B ．400天C ．670天D ．800天3．2021年1月，“天通一号”03星发射成功。

发射过程简化为如图所示：火箭先把卫星送上轨道1（椭圆轨道，P 、Q 是远地点和近地点）后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道2（圆轨道）；卫星最后变轨到轨道3（同步圆轨道）。

轨道1、2相切于P 点，轨道2、3相交于M 、N 两点。

忽略卫星质量变化。

（ ）A ．卫星在三个轨道上的周期321T T T >>B ．由轨道1变至轨道2，卫星在P 点向前喷气C ．卫星在三个轨道上机械能321E E E =>D ．轨道1在Q 点的线速度小于轨道3的线速度4．金星与地球半径接近，金星的质量约为地球质量的45，地球和金星各自的卫星公转半径的倒数1r与公转速度的平方2v 的关系图像如图所示，下列判断正确的是（ ）A ．金星的第一宇宙速度较小B ．取相同公转速度，金星的卫星的周期较大C ．图线a 表示的是地球，图线b 表示的是金星D ．取相同公转半径，金星的卫星向心加速度较大5．2021年2月24日10时22分，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将遥感三十一号03组卫星发射升空，卫星进入预定圆形轨道。

如图所示为该卫星绕地球运行示意图，测得卫星在t 时间内沿逆时针从P 点运动到Q 点，这段圆弧所对的圆心角为θ。

高考物理新力学知识点之万有引力与航天解析含答案一、选择题1．若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为2:7．已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R ．由此可知，该行星的半径约为（ ） A ．12R B ．72R C ．2R D ．7R 2．关于地球同步通讯卫星，下列说法中正确的是（ ） A ．它的轨道可以是椭圆B ．各国发射的这种卫星轨道半径都一样C ．它不一定在赤道上空运行D ．它运行的线速度一定大于第一宇宙速度3．由于地球自转和离心运动，地球并不是一个绝对的球形（图中虚线所示），而是赤道部分凸起、两极凹下的椭球形（图中实线所示），A 点为地表上地理纬度为θ的一点，在A 点有一静止在水平地面上的物体m ，设地球对物体的万有引力仍然可看做是质量全部集中于地心O 处的质点对物体的引力，地球质量为M ，地球自转周期为T ，地心O 到A 点距离为R ，关于水平地面对该物体支持力的说法正确的是（ ）A ．支持力的方向沿OA 方向向上B ．支持力的方向垂直于水平地面向上C ．支持力的大小等于2GMmR D ．支持力的大小等于222cos GMm m R R T πθ⎛⎫- ⎪⎝⎭4．关于做匀速圆周运动的人造地球卫星，下列说法中正确的是（ ） A ．半径越大，周期越大 B ．半径越大，周期越小C ．所有卫星的周期都相同，与半径无关D ．所有卫星的周期都不同，与半径无关5．太空——110轨道康复者”可以对卫星在太空中补充能源，使卫星的寿命延长10年或更长。

假设“轨道康复者”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运动，且轨道半径为地球同步卫星的15，且运行方向与地球自转方向相同。

下列说法正确的是 A ．“轨道康复者”运行的重力加速度等于其所在轨道处的向心加速度 B ．“轨道康复者”运行的速度等于同步卫星运行速度的5倍 C ．站在地球赤道上的人观察到“轨道康复者”向西运动D ．“轨道康复者”可以从高轨道加速从而对低轨道上的卫星进行拯救6．“太空涂鸦”技术就是使低轨运行的攻击卫星在接近高轨侦查卫星时，准确计算轨道向其发射“漆雾”弹，并在临近侦查卫星时，压爆弹囊，让“漆雾”散开并喷向侦查卫星，喷散后强力吸附在侦查卫星的侦察镜头、太阳能板、电子侦察传感器等关键设备上，使之暂时失效。

专题06 万有引力定律与航天1. （2020·新课标Ⅰ卷）火星的质量约为地球质量的110，半径约为地球半径的12，则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为（ ） A. 0.2 B. 0.4C. 2.0D. 2.5【答案】B【解析】设物体质量为m ，则在火星表面有1121M mF GR ，在地球表面有2222M mF GR ，由题意知有12110M M ，1212R R =，故联立以上公式可得21122221140.4101F M R F M R ==⨯=，故选B 。

2. （2020·新课标Ⅱ卷）若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G ，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（） A.B.C.D.【答案】A【解析】卫星在星体表面附近绕其做圆周运动，则2224GMmm R R T， 343V R π= ，M Vρ=，知卫星该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期T =3. （2020·新课标Ⅲ卷）“嫦娥四号”探测器于2019年1月在月球背面成功着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球半径的K 倍。

已知地球半径R 是月球半径的P 倍，地球质量是月球质量的Q 倍，地球表面重力加速度大小为g 。

则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为（）A.B.C.D.【答案】D【解析】假设在地球表面和月球表面上分别放置质量为m 和0m 的两个物体，则在地球和月球表面处，分别有2Mm G mg R =，002M m QG m g R P '=⎛⎫⎪⎝⎭，解得2P g g Q '=，设嫦娥四号卫星的质量为1m ，根据万有引力提供向心力得1212Mm v QG m R R KK P P =⎛⎫ ⎪⎝⎭，解得v =，故选D 。

4. （2020·江苏卷）甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。

专题05 万有引力与航天【母题来源一】2021年高考全国卷【母题题文】（2021·全国高考真题）2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s 的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m 。

已知火星半径约为3.4×106m ，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s 2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（ ）A ．6×105mB ．6×106mC ．6×107mD ．6×108m【答案】 C【解析】忽略火星自转则2GMm mg R =① 可知2GM gR =设与为1.8×105s 的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为r ，由万引力提供向心力可知 2224GMm m r r Tπ=② 设近火点到火星中心为11R R d =+③设远火点到火星中心为22R R d =+④由开普勒第三定律可知31222()32R R r T T +=⑤ 由以上分析可得72610m d ≈⨯故选C 。

【母题来源二】2021年高考河北卷【母题题文】（2021·河北高考真题）“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日，假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日，已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为（ ）ABCD【答案】 D【解析】绕中心天体做圆周运动，根据万有引力提供向心力，可得2224GMmm R RT 则T=R由于一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则飞船的轨道半径R =飞同则R R 飞同 故选D 。

【母题来源三】2021年高考全国卷【母题题文】（2021·全国高考真题）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。

专题6 万有引力与航天一．选择题1. (2021新高考福建)两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖.他们对一颗靠近银河系中心的恒星2S 的位置变化进行了持续观测，记录到的2S 的椭圆轨道如图所示.图中O 为椭圆的一个焦点，椭圆偏心率（离心率）约为0.87.P 、Q 分别为轨道的远银心点和近银心点，Q 与O 的距离约为120AU （太阳到地球的距离为1AU ），2S 的运行周期约为16年.假设2S 的运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，可以推出A.2S 与银河系中心致密天体的质量之比B.银河系中心致密天体与太阳的质量之比C.2S 在P 点与Q 点的速度大小之比D.2S 在P 点与Q 点的加速度大小之比【答案】B D【解析】设银河系中心超大质量的致密天体质量为M 银心，恒星2S 绕银河系中心（银心）做椭圆轨道运动的椭圆半长轴为a ，半焦距为c ，根据题述Q 与O 的距离约为120AU ，可得a-c=120AU ，又有椭圆偏心率（离心率）约为c/a=0.87.联立可以解得a 和c ，设想恒星S2绕银心做半径为a 的匀速圆周运动，由开普勒第三定律可知周期也为TS2，因此G 22S M m a 银心=mS2a （22S T π）2，对地球围绕太阳运动，有G 2M m r 太阳地=m 地a （12T π）2，而a=120r ，TS2=16T1，联立可解得银河系中心致密天体与太阳的质量之比，不能得出2S 与银河系中心致密天体的质量之比，选项A 错误B 正确；由于远银心点和近银心点轨迹的曲率半径相同，设为ρ,恒星S2在远银心点，由万有引力提供向心力，G()22S M m a c +银心=mS22Pv ρ，在近银心点由万有引力提供向心力，G()22S M m a c -银心=mS22Qv ρ，联立可解得2S 在P 点与Q 点的速度大小之比为P Qv v =a ca c -+，选项C 正确；在远银心点和近银心点，由万有引力定律和牛顿第二定律，分别有G()22S M m a c +银心=mS2aP ，G()22S M m a c -银心=mS2aQ ，联立可解得2S 在P 点与Q 点的加速度大小之比为P Qa a =()()22a c a c -+，选项D 正确。

2021届高考物理--曲线运动、万有引力与航天含答案（一轮）一轮：曲线运动、万有引力与航天1、(2019年江西南昌三模)如图，人造地球卫星M、N在同一平面内绕地心O 做匀速圆周运动，已知M、N连线与M、O连线间的夹角最大值为θ，则M、N的运动速度大小之比等于A．tan θB．1tan θC．sin θD．1sin θ2、如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度ω转动，盘面上离转轴距离2.5 m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止。

物体与盘面间的动摩擦因数为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，盘面与水平面的夹角为30°，g取10 m/s2，则ω的最大值是( )A. rad/sB. rad/sC.1.0 rad/sD.0.5 rad/s3、2018年1月12日，我国以“一箭双星”方式成功发射第26颗、第27颗北斗导航卫星，这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星(介于近地和同步之间的轨道)．这两颗卫星()A．运行速度大于第一宇宙速度B．运行速度小于同步轨道卫星的运行速度C．发射速度大于第一宇宙速度D．发射速度小于同步轨道卫星的运行速度4、(双选)如图所示，某河宽d＝150 m，水流的速度大小为v1＝1.5 m/s，一小船以静水中的速度v2渡河，且船头方向与河岸成θ角，小船恰好从河岸的A点沿直线匀速到达河对岸的B点；若船头方向保持不变，小船以32v2的速度航行，则小船从河岸的A点沿与河岸成60°角的直线匀速到达河对岸的C点。

下列判断正确的是()A．v2＝1.5 m/sB．θ＝30°C．小船从A点运动到B点的时间为100 sD．小船从A点运动到C点的时间为20033s5、如图所示，长为L的细绳一端固定在O点，另一端拴住一个小球．在O点的正下方与O点相距2L3的地方有一枚与竖直平面垂直的钉子A.把球拉起使细绳在水平方向伸直，由静止开始释放，当细绳碰到钉子后的瞬间(细绳没有断)，下列说法中正确的是()A．小球的向心加速度突然增大到原来的3倍B．小球的线速度突然增大到原来的3倍C．小球的角速度突然增大到原来的1.5倍D．细绳对小球的拉力突然增大到原来的1.5倍6、在一斜面顶端，将甲、乙两个小球分别以v和v2的速度沿同一方向水平抛出，两球都落在该斜面上。