2021届高考物理新动向专题05 万有引力与航天

2021高考物理最新动向 专题05万有引力与航天（解析版） 【命题新趋势】 本章在高考中的主要考点有万有引力定律及其应用、环绕速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度、经典时空观和相对论时空观.天体运动问题是万有引力定律在匀速圆周运动模型中的典型应用，也是历年高考的必考考点之一，一般以选择题形式出现，高考对本章的考查主要体现在两方面：一是万有引力的大小和星体表面重力加速度的分析与计算；二是万有引力定律与牛顿运动定律、能量以及圆周运动知识相结合的天体运动综合问题的分析与求解.随着我国航天事业的发展，本章内容在高考中将成为一个考查热点. 【高考新动向】 考向一　行星运动定律、万有引力定律 1. （2020·新课标Ⅰ卷）火星的质量约为地球质量的，半径约为地球半径的，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. 0.4 C. 2.0 D. 2.5 【答案】B 【解析】设物体质量为m，则在火星表面有，在地球表面有，由题意知有，，故联立以上公式可得，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， ，，知卫星该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期。 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。下列应用公式进行的推论正确的有（　　） A. 由可知，甲的速度是乙的倍 B. 由可知，甲的向心加速度是乙的2倍 C. 由可知，甲的向心力是乙的 D. 由可知，甲的周期是乙的倍 【答案】CD 【解析】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，则，A．因为在不同轨道上g是不一样，故不能根据得出甲乙速度的关系，卫星的运行线速，代入数据可得，故A错误； B．因为在不同轨道上两卫星的角速度不一样，故不能根据得出两卫星加速度的关系，卫星的运行加速度，代入数据可得，故B错误； C．根据，两颗人造卫星质量相等，可得，故C正确； D．两卫星均绕地球做圆周运动，根据开普勒第三定律，可得，故D正确。 故选CD。 5. （2020·山东卷）我国将在今年择机执行“天问1号”火星探测任务。质量为m的着陆器在着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为t0、速度由v0减速到零的过程。已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小为g，忽略火星大气阻力。若该减速过程可视为一个竖直向下的匀减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】忽略星球的自转，万有引力等于重力，则，解得，着陆器做匀减速直线运动，根据运动学公式可知，解得，匀减速过程，根据牛顿第二定律得，解得着陆器受到的制动力大小为，ACD错误，B正确。故选B。 6．(2019年全国卷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 【解析】在嫦娥四号探测器“奔向”月球的过程中，根据万有引力定律，可知随着h的增大，探测器所受的地球引力逐渐减小，但并不是均匀减小的，故能够描述F随h变化关系的图象是D. 7．(2019年天津卷)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 B．动能为 C．角速度为 D．向心加速度为 【答案】A 【解析】嫦娥四号探测器环绕月球做匀速圆周运动时，万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，有＝mω2r＝m＝mr＝ma，解得ω＝ 、v＝ 、T＝ 、a＝，则嫦娥四号探测器的动能为Ek＝mv2＝，由以上可知A正确，B、C、D错误． 考向二　天体运动与人造卫星 1. （2020·天津卷）北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星（ ） A. 周期大 B. 线速度大 C. 角速度大 D. 加速度大 【答案】A 【解析】卫星有万有引力提供向心力有，可解得，，，，可知半径越大线速度，角速度，加速度都越小，周期越大；故与近地卫星相比，地球静止轨道卫星周期大，故A正确，BCD错误。故选A。 2．(2019年全国卷Ⅲ)金星、