卷5 万有引力与宇宙航行-【创新教程】2027年高考物理总复习大一轮创新示范卷

物理 创新示范卷（五） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C D D Q B D BD BC BD 1.B[根据开普勒第二定律可知，对同一个行星而言， 7.D[b、c围绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供 行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等，且 向心力，a为地球赤道上的物体，由万有引力的一个分 行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化，离太 力提供向心力，故A错误：c为地球同步卫星，a为地 阳越近速率越大，所以地球靠近太阳的过程中，运行 球赤道上的物体，两者的周期与地球自转周期相等， 速率将增大，故A、C错误；根据开普勒第一定律可知 行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个 泰据=m芹，解释T√品，由慝园可知n< Axr r2 焦，点上，即地球绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于 椭圆的一个焦点上，故B项正确；根据开普勒第三定 rc,可得Ta=Te>Tb,故B错误；c为地球同步卫星， 律可知，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周 根据v=wr,a、c角速度相等，a的轨道半径小一些，则 期的二次方的比值都相等，由于火星的半长轴比较 大，所以火星绕太阳运行一周的时间比地球的长，故 有<根挑=m,解得√c的执道 r2 D项错误.] 半径大于b的轨道半径，则c的线速度小于b的线速 2.C[根据开普勒第二定律，近月点速度快，远月点速 度，则有℃a<u<,故C错误；c为地球同步卫星，根 度慢，可知嫦娥六号在孤cbd上的平均速度小于在孤 据a=wr,a、c角速度相等，a的轨道半径小一些，则 dac上的平均速度，孤cbd的长度为环月椭圆轨道周 长的一半，故再经过二分之一周期它将位于轨道的b、 有a>a张据=，好得aG,由于e的轮 2 d之间.] 道半径大于b的轨道半径，则c的加速度小于b的加 3.D[根据万有引力定律有F=GM太和m行里，引力的 r2 速度，则有ab>ac>aa,故D正确.] 大小取决于太阳质量、行星质量和二者距离，题目中 8.BD[A.探月卫星在地球表面附近的发射速度大于 没有给出行星的质量信息，A错误；根据万有引力提 7.9km/s,小于1l.2km/s,故A错误；B.卫星在轨道 供向心力有GM去m显=m行号，解得。 1、轨道2和转移轨道上运行经过P,点的速率大小关 2 系为ypm<vp2<vpg,由p1<vp2可知，卫星在轨道1 M胆，即行星与太阳距离越小，线速度越大.因此， 和轨道2上运行经过P点附近单位时间内扫过的面 积关系为△S1<△S2,故B正确；C.根据开普勒第三定 火星线速度应比木星的大，海王星轨道半径最大，线 速度最小，B、C错误；根据牛顿第二定律有G 牛，胃费此C格误D卫复袋次从训湘税避1到 M去超m型=ma,解得a=6M些，脚行星与大阳 调相轨道2和转移轨道，都应该在P点变轨，产生不 r2 2 同的加速度，速率也应不同，故D正确.] 距离越小，加速度越大.水星距离最近，因此加速度最 9.BC[设地球半径为R,则卫星B的轨道半径为R十 大，D正确.] d,根据开普勒第三定律有 4.D[椭圆轨道的近日，点到太阳中心的距离为0.6AU,远 日点到太阳中心的距离为35.0AU,则等效圆的半径 -B+,解得R=号，故A错误：对A卫里，根 T2(35T)2 为0.6+35.0AU=17,8AU,故选D.] 2 据万有引力提供向心力有 5.C[浮力产生的原因为液面不同高度的压力差，空间 MmA=mA G 站绕地稳定飞行时，地球对它的万有引力提供向心 R2 ()R,解得地球质量为M=灯R GT2 力，处于完全失重状态，液面没有压力差，所以斑马鱼 M 则地球的密度为0一 3π 只受万有引力作用，不受浮力作用，故A、B错误，C正 GT2 确：根据万有引力表达式下=GM可知，斑马鱼所在 故B正确；A卫星围绕地球做匀速圆周运动的线速度 轨道的半径更大，所以其所受地球引力比其在地面所 受引力大小更小，故D错误.] 即为第一宇宙速度，则有1=2R=, T T 6,B[由万有引为挑供向心力G=mR(停) 解得 故C正确：对在地球表面上的物体，则有G Mm 行星的质量为M=4πR ,行星的体积为v=」 R, mg,又地球质量为M=4mR GT2 可得行星的害度为厂票，则行星N,B的密度之比 部得g-2,故D错陕】 为会亮名成这以 10.BD[根据开普勒第三定律可知，在轨道I和轨道Ⅱ 上运动时周期不同，则载人飞船从b点运行到a点与 答案-10 创新示范卷·参考答案 空间站从c,点运行到a点所用的时间不相等，故A 错误：根据牛顿第二定律可得GMm=ma,可得a 可得加速度大小为a=GM_4π子，。 (3)椭圆轨道的远地点B到地心距离为近地点A到 ,可知载人飞船在轨道1上口点的加速度等于空 地心距离的k倍，则椭圆轨道的半长轴为 间站在轨道Ⅱ上Q点的加速度，故B正确：根据开普 (k+1)r a 勒第二定律可知，载人飞船在在轨道I上a点的速 2 2k 度小于其在b点的速度，故C错误；卫星绕地球做匀 设椭圆轨道的周期为T,根据开普勒第三定律可得 速圆周运动时，根据万有引力提供向心力可得GMm =r3 r2 =m二，可得可知我人飞格在6点凭地球 做匀速圆周运动的线速度大于空间站在轨道Ⅱ上 则飞船从A运动到B点，需要的时间至少为 点的速度，而载人飞船在b点需要，点火加速才能从 t=2 T /1k+1小3 圆轨道进入轨道I,所以载人飞船在轨道I上b点 的速度大于空间站在轨道Ⅱ上℃，点的速度，故D 答案：(1)4mr (2)4元 (3)T +1 正确.] GT2 T2 2 2k 11.解析：(1)由于地球自西向东自转，为了充分利用地 14.解析：(1)以初速度水平抛出一个小球，测得小球 球的自转速度，在地球上发射卫星时应自西向东发 经时间t垂直落到倾角为0的斜坡上，则有tan0= 射：因为越靠近赤道，地面上的物体随地球自转的线 速度越大，所以发射点建在靠近赤道较好 -,vy=gt, (2)设“鹊桥二号”中继星的质量为m,有GM 2 2 一m 解得月球表面的重力加速度为g一an0 解得=A GM (2)假设月球表面一物体质量为m,有G R2 =mg, “鹊桥二号”中继星的周期T= 4x2r3 GM 又M=p:号R, GM 4π2r3 3v0 答案：(1)自西向东靠近赤道(2)√ NGM 联立解得月球的密度为p=4 RGRt tan0 12.解析：(1)在空间站内处于完全失重状态，与重力有 (3)人造卫星绕月球表面做匀速圆周运动的最小周 关的现象会消失，但仍可以用弹簧测力计进行探究 期等于卫星靠近月球表面绕月球做匀速圆周运动的 力的合成的实验：但是探究加速度与力的关系实验 周期，由万有引力提供向心力为G=m签R, R2=m T2 由于完全失重，砝码对绳拉力为零，无法进行：平抛 运动实验也无法进行.不能顺利完成的是B和C. 联立解得T=2π Rt tan (2)根据以上分析可知，不能完成的原因是空间站内 Vo 的物体处于完全失重状态，或万有引力（重力）全部 答案：(1) 3U0 用来提供向心力：结果是B实验中的砝码无法牵引 ttan (2)xGRI tan 0 小车做匀加速直线运动，或细绳对小车无作用力，或 (3)2π Rt tan日 W vO 小车始终保持原来的运动状态.C实验中，锤子敲击弹 15.解析：(1)由图可知，当弹簧压缩量为0时，得M星球 簧片后，左端小球仍然静止，右端小球将做匀速运动. 表面上的重力加速度g=3ao, 答案：(1)BC 当弹簧的压缩量为x。时，物体的加速度为0，则弹簧 (2)空间站内的物体处于完全失重状态，或万有引力 (重力)全部用来提供向心力①B实验中的砝码无 的弹力等于F=mg,所以弹簧的劲度系数：k=卫= 法牵引小车做匀加速直线运动，或细绳对小车无作 3mao 用力，或小车始终保持原来的运动状态.②C实验中， T0 锤子敲击弹簧片后，左端小球仍然静止，右端小球将 做匀速运动 (2)对星球表面的物体，有：Gm=mg, 13.解析：(1)设地球质量为M,由万有引力提供向心力 可得GMm=m4, 解得星球的质量M=gR_3aR2 G G r2 2, 解得地球质量为M=4π2r 又：M=p·4xR 3 GT 9a0 (2)飞船在椭圆轨道上正常运行经过B点时，由牛顿 联立解得星球的密度p=4πGR 第二定律可得GMm=ma, 答案：(1)3nag (2 4xGR 答案-11创新示范卷（五） 第五章 万有引力与宇宙航行 (75分钟100分) 一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一项是 符合题目要求的) 1.某中学兴趣小组开展了有关开普勒三大定律的讨论，结合图，下面说法正确 火星。 的是 地球太阳● A.地球靠近太阳的过程中，运行速度的大小不变 B.地球绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上 C.在相等时间内，火星和太阳的连线扫过的面积与地球和太阳的连线扫过的面积相等 D.火星绕太阳运行一周的时间比地球绕太阳运行一周的时间短 2嫦娥六号探测器发射成功，开启了人类首次从月球背面采样之旅.如图，假设嫦 娥六号在环月椭圆轨道上沿图中箭头方向运动，只受到月球的引力，b为椭圆轨 郑 道长轴，cd为椭圆轨道短轴.某时刻嫦娥六号位于c点，则再经过二分之一周期 它将位于轨道的 ( A.b点 B.d点 C.b、d之间 D.a、d之间 3.如图，“七星连珠”是一种罕见的天文现象，指太阳系中距太阳由近到远的七颗 行星（水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星）在天空中几乎排列成一条 直线.假设某次“七星连珠”发生时，七颗行星运动均看成匀速圆周运动，且仅 受太阳引力作用，下列说法正确的是 ( A.水星距离太阳最近，受到太阳引力最大 B.火星线速度比木星的小 C.海王星轨道半径最大，运动的线速度最大 D.水星距离太阳最近，加速度最大 4.在天文学上，常用地球公转轨道的半径作为长度单位，叫作天文单 哈雷营星 位，用符号AU表示.如图所示，哈雷彗星绕太阳运行的轨道为椭圆， 椭圆轨道的近日点到太阳中心的距离为0.6AU,远日点到太阳的距 太阳 离为35.0AU.哈雷星沿椭圆轨道绕太阳运行的周期可等效为绕太 阳做匀速圆周运动的周期，则等效圆的半径为 阳 A.4.1 AU B.8.9 AU C.12.3AU 如 D.17.8AU 5.2024年4月，神舟十八号飞船航天员乘组携带“水生密闭生态实验模块”进入中国空间站“问 天”实验舱，实施国内首次在轨水生生态系统研究项目.该模块主体为一个充满水的“太空鱼 缸”，其中有金鱼藻和4条斑马鱼.该系统在轨运行期间，忽略空间站受到的空气摩擦力和地球 之外的天体引力，则 A.斑马鱼受到浮力、地球引力和向心力 B.斑马鱼受到的浮力与地球引力大小相等，方向相反 C.斑马鱼所受向心力来自地球引力 D.斑马鱼所受地球引力与其在地面所受引力大小相等 6《天问》是屈原笔下的不朽诗篇，而“天问”行星探索系列代表着 蜜 中国人对深空物理研究的不懈追求.如图所示，半径相同的两 球形行星A、B各有一个近表面卫星C、D,各自绕行周期分别 工已知二2，忽略卫星到行星表面的高度，则有 A,B的密度之比为 A. 1 C.2 D.2 2 5-1 7.如图所示，a为地球赤道上的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动 的人造卫星，c为地球同步卫星.关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中正 确的是 A.a、b、c三物体，都仅由万有引力提供向心力 B.周期关系为Ta>Tb>T C.线速度的大小关系为v.<,<v。 D.向心加速度的大小关系为a,>a>aa 二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分.在每小题给出的四个选项中，有多项符合 题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.我国探月工程计划于2030年前实现中国人登月目标.如图 调相轨道1 调相轨道2 所示为探月卫星计划轨道示意图，调相轨道1、调相轨道2 和转移轨道于P点相切，轨道1和轨道2的半长轴分别为 a1、a2,卫星在轨道1和轨道2上运行的周期分别为T1 地球 转移轨道 T,,卫星在轨道1和轨道2上运行时单位时间内扫过的面 积分别为△S1、△S2.则 () A.探月卫星在地球表面附近的发射速度大于11.2km/s B.△S<△S c.示 D.卫星在3个轨道上运行经过P点时的速率不相等 9.某天文爱好者观测赤道平面内做圆周运动的A、B两颗卫星的运行规律，A是近 地卫星，B卫星运行过程中离A卫星的最小距离为d,测得A卫星的运行周期 为T,B卫星的运行周期为33T,引力常量为G,π已知，忽略地球自转，由此求 得 ( A地球的半径为号 B地球的密度为3开 GT C地球的第一宇宙速度为 D.地球表面的重力加速度为4xd 3T 10.2025年10月31日，“神舟二十一号”载人飞船发射升空，次日与空间站天 和核心舱自主交会对接成功.将二者对接前的轨道简化如图，轨道I为载 人飞船运行的椭圆轨道，轨道Ⅱ为空间站运行的圆轨道.两轨道相切于椭 c 圆轨道的远地点a,b为椭圆轨道的近地点，c为轨道Ⅱ上一点，a、b、c三点 共线，则载人飞船 () A.从b点运行到a点与空间站从c点运行到a点所用的时间相等 B.在轨道I上a点的加速度等于空间站在轨道Ⅱ上a点的加速度 C.在轨道I上a点的速度大于其在b点的速度 D.在轨道I上b点的速度大于空间站在轨道Ⅱ上c点的速度 三、非选择题（本题共5小题，共54分） 11.(6分)2024年3月17日，探月工程四期“鹊桥二号”中继星和“长征八号”遥三运载火箭在中 国文昌航天发射场完成技术区相关工作，星箭组合体转运至发射区，计划于近日择机实施发 射.请完成下列填空： (1)为了充分利用地球的自转速度，在地球上发射卫星时应 (填“自西向东”“自东向西” “自南向北”或“自北向南”)发射，发射点建在 (填“靠近赤道”或“靠近两极”)较好 (2)若“鹊桥二号”中继星发射入轨后绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为，地球的质量为M, 引力常量为G,则入轨后“鹊桥二号”中继星的线速度大小为 ,周期为 5-2 12.(8分)某同学被中国空间站“天宫课堂”展示的奇妙现象深深吸引，联想到平时做过或思考过 的实验，他提出了一组问题并邀你作答： (1)在围绕地球做匀速圆周运动的空间站内，下列力学实验中，不能够顺利完成的是 和 (填正确答案标号). A.探究两个互成角度的力的合成规律 橡皮筋 弹簧测力计 轻质小圆环 。"g 刻度尺 B.探究加速度与力、质量的关系 打点计时器 小车 细线 滑轮 纸带 轨道 水平实验台 砝码 C.研究平抛运动的竖直分运动 弹簧片 小球 (2)不能够顺利完成的原因主要是 ,其结果是 (至少回答对一个实验造成的结果). 13.(10分)我国神舟二十一号载人飞船于2025年10月31日成功发射，其发 预定圆轨道 射过程简化如下：飞船由火箭送人近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上， 在B点变轨刚好与预定圆轨道上的空间站实现对接.空间站在预定圆轨 B地球，4 道上运行的周期为T,预定圆轨道的半径为r,椭圆轨道的远地点B到地 心距离为近地点A到地心距离的k倍，引力常量为G,求： 椭圆轨道 (1)地球的质量； (2)飞船在椭圆轨道上正常运行经过B点时的加速度大小； (3)飞船从A运动到B点，需要的时间至少为多少. 5-3 14.(14分)载人登月计划是我国的“探月工程”计划中实质性的目标.假设 宇航员登上月球后，以初速度。水平抛出一个小球，测得小球经时间 t垂直落到倾角为0的斜坡上.已知引力常量为G,月球的半径为R,不 考虑月球自转的影响，求： 0 777777777777777777777777 (1)月球表面的重力加速度； (2)月球的密度； (3)人造卫星绕月球表面做匀速圆周运动的最小周期T. 15.(16分)宇航员在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把一质量 3a 为m的物体P轻放在弹簧上端由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧 的压缩量x间的关系如图所示.已知万有引力常量为G,星球M的半径 为R.求： 0 (1)弹簧的劲度系数； (2)星球M的密度. 烯 5-4 创新示范卷（五） (物理)答题卡 姓 名 准考证号 条形码粘贴区（居中） 缺考 注意事项 填涂样例 1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，并认真在规定位置贴 正确填涂 好条形码。 违纪 2.选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米及以上黑色字 错误填涂 迹的签字笔书写，要求字体工整，笔迹清楚。 3.严格按照题号在相应的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效。 ☑X☒O 4.保持卡面清洁，不装订，不要折叠，不要破损。 】0 选择题 (共46分，1一7小题，每小题4分，8~10小题，每小题6分) 正确填涂 1ABCD 2ABC回 3ABCD 4ABCD 5ABCD 6ABCD 7ABCD 8ABCD 9ABCD 10ABCD ■ ■ 各 非选择题（共54分）（需用0.5毫米黑色签字笔书写） 的答题 11.(6分) 内作答 (1) (2) ,超出边框的答案无效 12.(8分) (1) (2) 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 物理答题卡（五）第1页（共4页） 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 13.(10分) 预定圆轨道 B 地球 A 椭圆轨道 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 物理答题卡（五）第2页（共4页） 考生 考生务必将姓名、座号用0.5毫米黑色签字笔认真填写在书写框内，座号的每个 姓名 座号 必填 书写框只能填写一个阿拉伯数字，填写样例：若座号02，则填写为回回 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 14.(14分) 0 77777777777777777777777777777 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 物理答题卡（五）第3页（共4页） 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 15.(16分) 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 请在各题目的答题区域内作答，超出边框的答案无效 物理答题卡（五）第4页（共4页）