2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)13 萬有引力與航天(含解析)
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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)13 萬有引力與航天(含解析) 一、單項(xiàng)選擇題 1.2013年2月15日中午12時(shí)30分左右,俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州發(fā)生天體墜落事件.一塊隕石從外太空飛向地球,到A點(diǎn)剛好進(jìn)入大氣層,由于受地球引力和大氣層空氣阻力的作用,軌道半徑漸漸變小,則下列說法中正確的是( ) A.隕石正減速飛向A處 B.隕石繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)角速度漸漸變小 C.隕石繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)速度漸漸變大 D.進(jìn)入大氣層隕石的機(jī)械能漸漸變大 解析:隕石進(jìn)入大氣層前,只有萬有引力做正功,速度增大,A錯(cuò)誤;進(jìn)入大氣層后,空氣阻力做負(fù)功,機(jī)械能減小,D錯(cuò)誤;由=m=mω2r得:v=,ω=,故隨r
2、減小,v、ω均增大,B錯(cuò)誤,C正確. 答案:C 2.火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行,根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知( ) A.太陽位于木星運(yùn)行軌道的中心 B.火星和木星繞太陽運(yùn)行速度的大小始終相等 C.火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方 D.相同時(shí)間內(nèi),火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積 解析:本題考查開普勒定律,意在考查考生對開普勒三定律的理解.由于火星和木星在橢圓軌道上運(yùn)行,太陽位于橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由于火星和木星在不同的軌道上運(yùn)行,且是橢圓軌道,速度大小變化,火星和木星的運(yùn)行速度大小不一定相等,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由開普勒第三
3、定律可知,==k,=,C項(xiàng)正確;由于火星和木星在不同的軌道上,因此它們在近地點(diǎn)時(shí)的速度不等,在近地點(diǎn)時(shí)v火Δt與v木Δt不相等,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 答案:C 3.假設(shè)在宇宙中存在這樣三個(gè)天體A、B、C,它們在一條直線上,天體A離天體B的高度為某值時(shí),天體A和天體B就會(huì)以相同的角速度共同繞天體C運(yùn)轉(zhuǎn),且天體A和天體B繞天體C運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓軌道,如圖所示.以下說法正確的是( ) A.天體A做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度小于天體B做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度 B.天體A做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度小于天體B做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度 C.天體A做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大于天體C對它的萬有引力 D.天體A做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力等于天體C對
4、它的萬有引力 解析:由于天體A、B繞天體C運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓軌道,根據(jù)a=ω2r,v=ωr可知選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;天體A做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由天體B和C對其引力的合力提供的,所以選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤. 答案:C 4.我國“嫦娥一號”探月衛(wèi)星發(fā)射后,先在“24小時(shí)軌道”上繞地球運(yùn)行(即繞地球一圈需要24小時(shí));然后,經(jīng)過兩次變軌依次到達(dá)“48小時(shí)軌道”和“72小時(shí)軌道”;最后奔向月球.如果按圓形軌道計(jì)算,并忽略衛(wèi)星質(zhì)量的變化,則在每次變軌完成后與變軌前相比( ) A.衛(wèi)星動(dòng)能增大,引力勢能減小 B.衛(wèi)星動(dòng)能增大,引力勢能增大 C.衛(wèi)星動(dòng)能減小,引力勢能減小 D.衛(wèi)星動(dòng)能減小,引力勢能增大
5、 解析:“嫦娥一號”變軌過程中,質(zhì)量變化可忽略不計(jì),由v=可知,軌道越高,衛(wèi)星速度越小,故變軌后衛(wèi)星動(dòng)能減小,A、B錯(cuò)誤;軌道變高時(shí),萬有引力對衛(wèi)星做負(fù)功,衛(wèi)星引力勢能增大,故C錯(cuò)誤,D正確. 答案:D 5.使物體脫離行星的引力束縛,不再繞該行星運(yùn)行,從行星表面發(fā)射所需的最小速度稱為第二宇宙速度,行星的第二宇宙速度v2與第一宇宙速度v1的關(guān)系是v2=v1.已知某行星的半徑為地球半徑的三倍,即r=3R,它表面的重力加速度為地球表面重力加速度的.不計(jì)其他行星的影響,已知地球的第一宇宙速度為8 km/s,則該行星的第二宇宙速度為( ) A.8 km/s B.4 km/s C.8 km
6、/s D.4 km/s 解析:由=m=mg可得:v地1==8 km/s,同理,v行1===4 km/s,由v行2=v行1可得該行星的第二宇宙速度v行2=8 km/s,A正確. 答案:A 6.在圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的國際空間站里,一宇航員手拿一只小球相對于太空艙靜止“站立”于艙內(nèi)朝向地球一側(cè)的“地面”上,如圖所示.下列說法正確的是( ) A.宇航員相對于地球的速度介于7.9 km/s與11.2 km/s之間 B.若宇航員相對于太空艙無初速度釋放小球,小球?qū)⒙涞健暗孛妗鄙? C.宇航員將不受地球的引力作用 D.宇航員對“地面”的壓力等于零 解析:7.9 km/s是發(fā)射衛(wèi)星
7、的最小速度,是衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的最大速度,可見,所有環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星、飛船等,其運(yùn)行速度均小于7.9 km/s,A錯(cuò)誤;若宇航員相對于太空艙無初速度釋放小球,由于慣性,小球仍具有原來的速度,所以地球?qū)π∏虻娜f有引力正好提供它做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力,故小球不會(huì)落到“地面”上,而是沿原來的軌道繼續(xù)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),B錯(cuò)誤;宇航員受地球的引力作用,此引力提供宇航員隨空間站繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,否則宇航員將脫離圓周軌道,C錯(cuò)誤;因宇航員受的引力全部提供了向心力,宇航員不能對“地面”產(chǎn)生壓力,處于完全失重狀態(tài),D正確. 答案:D 7.2011年11月3日,“神舟八號”飛船與“天宮一號”目標(biāo)飛
8、行器成功實(shí)施了首次交會(huì)對接.任務(wù)完成后“天宮一號”經(jīng)變軌升到更高的軌道,等待與“神舟九號”第二次交會(huì)對接.變軌前和變軌完成后“天宮一號”的運(yùn)行軌道均可視為圓軌道,對應(yīng)的軌道半徑分別為R1、R2,對應(yīng)的角速度和向心加速度分別為ω1、ω2和a1、a2,則有( ) A.= B.= C.變軌后的“天宮一號”比變軌前動(dòng)能增大了,機(jī)械能增加了 D.在正常運(yùn)行的“天宮一號”內(nèi),體重計(jì)、彈簧測力計(jì)、天平都不能使用了 解析:由G=mRω2可知,=,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由G=ma可知,=,選項(xiàng)B正確.變軌后的“天宮一號”比變軌前動(dòng)能減小了,機(jī)械能增加了,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在正常運(yùn)行的“天宮一號”內(nèi),體重計(jì)、天平都不
9、能使用了,但是彈簧測力計(jì)可以使用,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:B 8.隨著世界航空事業(yè)的發(fā)展,深太空探測已逐漸成為各國關(guān)注的熱點(diǎn),假設(shè)深太空中有一顆外星球,其質(zhì)量是地球質(zhì)量的2倍,半徑是地球半徑的,則下列判斷正確的是( ) A.該外星球的同步衛(wèi)星周期一定小于地球同步衛(wèi)星的周期 B.某物體在該外星球表面所受的重力是在地球表面所受重力的4倍 C.該外星球上第一宇宙速度是地球上第一宇宙速度的2倍 D.繞該外星球的人造衛(wèi)星和以相同軌道半徑繞地球的人造衛(wèi)星運(yùn)行速度相同 解析:由于不知該外星球的自轉(zhuǎn)周期,不能判斷該外星球的同步衛(wèi)星周期與地球同步衛(wèi)星的周期的關(guān)系,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由g=GM/R2,可知該
10、外星球表面的重力加速度為地球表面重力加速度的8倍,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由v=可知,該外星球上第一宇宙速度是地球上第一宇宙速度的2倍,選項(xiàng)C正確;繞該外星球的人造衛(wèi)星和以相同軌道半徑繞地球的人造衛(wèi)星運(yùn)行速度不相同,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:C 9.隨著我國登月計(jì)劃的實(shí)施,我國宇航員登上月球已不是夢想:假如我國宇航員登上月球并在月球表面附近以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)小球,經(jīng)時(shí)間t后回到出發(fā)點(diǎn).已知月球的半徑為R,萬有引力常量為G,則下列說法正確的是( ) A.月球表面的重力加速度為 B.月球的質(zhì)量為 C.宇航員在月球表面獲得 的速度就可能離開月球表面圍繞月球做圓周運(yùn)動(dòng) D.宇航員在月球表面附近繞
11、月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的繞行周期為 解析:以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)小球,經(jīng)時(shí)間t后回到出發(fā)點(diǎn),則v0=gt/2解得月球表面的重力加速度為,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由G=mg解得M==,選項(xiàng)B正確;月球第一宇宙速度v==,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;宇航員在月球表面附近繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的繞行周期為T==π,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:B 10.某行星自轉(zhuǎn)周期為T, 赤道半徑為R,研究發(fā)現(xiàn)若該行星自轉(zhuǎn)角速度變?yōu)樵瓉韮杀秾?dǎo)致該星球赤道上物體將恰好對行星表面沒有壓力,已知萬有引力常量為G,則以下說法中正確的是( ) A.該行星質(zhì)量為M= B.該星球的同步衛(wèi)星軌道半徑為r=R C.質(zhì)量為m的物體對行星赤道地面的壓力為
12、FN= D.環(huán)繞該行星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星線速度必不大于7.9 km/s 解析:由=m2·R可解得行星的質(zhì)量M=,A錯(cuò)誤;由=m·r可解得同步衛(wèi)星軌道半徑r=R,B正確;由-FN=m2·R可解得物體對赤道地面的壓力FN=,C錯(cuò)誤;由=m可解得該行星的第一宇宙速度v=,無法確定其與地球第一宇宙速度7.9 km/s的大小關(guān)系,D錯(cuò)誤. 答案:B 二、多項(xiàng)選擇題 11.目前,在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn)轉(zhuǎn),其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓,且軌道半徑逐漸變?。粜l(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程中,只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用,則下列判斷正確的是( ) A.衛(wèi)星的動(dòng)能逐漸減小
13、B.由于地球引力做正功,引力勢能一定減小 C.由于氣體阻力做負(fù)功,地球引力做正功,機(jī)械能保持不變 D.衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小 解析:由于空氣阻力做負(fù)功,衛(wèi)星軌道半徑變小,地球引力做正功,引力勢能一定減小,動(dòng)能增大,機(jī)械能減小,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤,B正確.根據(jù)動(dòng)能定理,衛(wèi)星動(dòng)能增大,衛(wèi)星克服阻力做的功小于地球引力做的正功,而地球引力做的正功等于引力勢能的減小,所以衛(wèi)星克服阻力做的功小于引力勢能的減小,選項(xiàng)D正確. 答案:BD 12.我國于2013年6月11日17時(shí)38分發(fā)射“神舟十號”載人飛船,并與“天宮一號”目標(biāo)飛行器對接.如圖所示,開始對接前,“天宮一號”在高軌道
14、,“神舟十號”飛船在低軌道,各自繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),距離地面的高度分別為h1和h2(設(shè)地球半徑為R),“天宮一號”的運(yùn)行周期約為90分鐘.則以下說法正確的是( ) A.“天宮一號”跟“神舟十號”的線速度大小之比為 B.“天宮一號”跟“神舟十號”的向心加速度大小之比為 C.“天宮一號”的角速度比地球同步衛(wèi)星的角速度大 D.“天宮一號”的線速度大于7.9 km/s 解析:由G=m可得,“天宮一號”與“神舟十號”的線速度大小之比為,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由G=ma可得“天宮一號”與“神舟十號”的向心加速度大小之比為,B項(xiàng)正確;地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期為24小時(shí),因此“天宮一號”的周期小于地球同步衛(wèi)星
15、的周期,由ω=可知,周期小則角速度大,C項(xiàng)正確;“天宮一號”的線速度小于地球的第一宇宙速度,D錯(cuò). 答案:BC 13.宇宙中存在一些質(zhì)量相等且離其他恒星較遠(yuǎn)的四顆星組成的四星系統(tǒng),通常可忽略其他星體對它們的引力作用.設(shè)四星系統(tǒng)中每個(gè)星體的質(zhì)量均為m,半徑均為R,四顆星穩(wěn)定分布在邊長為a的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上.已知引力常量為G.關(guān)于宇宙四星系統(tǒng),下列說法正確的是( ) A.四顆星圍繞正方形對角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B.四顆星的軌道半徑均為 C.四顆星表面的重力加速度均為 D.四顆星的周期均為2πa 解析:其中一顆星體在其他三顆星體的萬有引力作用下,合力方向指向?qū)蔷€的交點(diǎn),圍繞正
16、方形對角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由幾何知識(shí)可得軌道半徑均為a,故A正確B錯(cuò)誤;在星體表面,根據(jù)萬有引力等于重力,可得G=m′g,解得g=,故C正確;由萬有引力定律和向心力公式得+=m,T=2πa,故D正確. 答案:ACD 14.(xx·新課標(biāo)全國Ⅰ)太陽系各行星幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng).當(dāng)?shù)厍蚯『眠\(yùn)行到某地外行星和太陽之間,且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象,天文學(xué)稱為“行星沖日”.據(jù)報(bào)道,xx年各行星沖日時(shí)間分別是:1月6日木星沖日;4月9日火星沖日;5月11日土星沖日;8月29日海王星沖日;10月8日天王星沖日.已知地球及各地外行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑如表所示,則下列判斷正
17、確的是( ) 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 軌道半徑(AU) 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30 A.各地外行星每年都會(huì)出現(xiàn)沖日現(xiàn)象 B.在xx年內(nèi)一定會(huì)出現(xiàn)木星沖日 C.天王星相鄰兩次沖日的時(shí)間間隔為土星的一半 D.地外行星中,海王星相鄰兩次沖日的時(shí)間間隔最短 解析:本題考查開普勒定律、周期公式等知識(shí)點(diǎn),意在考查考生的邏輯分析能力.設(shè)某行星相鄰兩次沖日的時(shí)間間隔為t,地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期為T,某行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期為T行,則t-t=2π,可得t=;而根據(jù)開普勒定律可得=,聯(lián)立可得t=,代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得t火=≈2.195T,t木=≈1
18、.092T,t土=≈1.035T,t天=≈1.012T,t海=≈1.006T.根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知,各地外行星并不是每年都會(huì)出現(xiàn)沖日現(xiàn)象,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;木星在2014年1月6日出現(xiàn)了木星沖日現(xiàn)象,再經(jīng)1.092T將再次出現(xiàn)木星沖日現(xiàn)象,所以在xx年內(nèi)一定會(huì)出現(xiàn)木星沖日,選項(xiàng)B正確;根據(jù)上述數(shù)據(jù),天王星相鄰兩次沖日的時(shí)間間隔不是土星的一半,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知,海王星相鄰兩次沖日的時(shí)間間隔最短,選項(xiàng)D正確.
答案:BD
15.如圖所示,地球球心為O,半徑為R,表面的重力加速度為g.一宇宙飛船繞地球無動(dòng)力飛行且沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng),軌道上P點(diǎn)距地心最遠(yuǎn),距離為3R,則( )
A.飛船在P點(diǎn)的加速度一定是
B.飛船經(jīng)過P點(diǎn)的速度一定是
C.飛船經(jīng)過P點(diǎn)的速度小于
D.飛船經(jīng)過P點(diǎn)時(shí),對準(zhǔn)地心彈射出的物體一定沿PO直線落向地面
解析:
飛船經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度a=,在地球表面的物體有mg=,又因?yàn)閞=3R,聯(lián)立解得a=,A正確.若飛船在P點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則v==,而飛船此時(shí)在P點(diǎn)做近心運(yùn)動(dòng),所以vP
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