2020--2022年三年全国高考物理真题汇编：万有引力与航天

试卷更新日期：2022-07-08 类型：二轮复习

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一、单选题

1. 2008年，我国天文学家利用国家天文台兴隆观测基地的2.16米望远镜，发现了一颗绕恒星HD173416运动的系外行星HD173416b，2019年，该恒星和行星被国际天文学联合会分别命名为“羲和”和“和“望舒”，天文观测得到恒星羲和的质量是太阳质量的2倍，若将望舒与地球的公转均视为匀速圆周运动，且公转的轨道半径相等。则望舒与地球公转速度大小的比值为（）

A、 $2 \sqrt{2}$ B、2 C、 $\sqrt{2}$ D、 $\frac{\sqrt{2}}{2}$

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2. 2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是（）

A、组合体中的货物处于超重状态 B、组合体的速度大小略大于第一宇宙速度 C、组合体的角速度大小比地球同步卫星的大 D、组合体的加速度大小比地球同步卫星的小

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3. 神舟十三号飞船采用“快速返回技术”，在近地轨道上，返回舱脱离天和核心舱，在圆轨道环绕并择机返回地面。则（）

A、天和核心舱所处的圆轨道距地面高度越高，环绕速度越大 B、返回舱中的宇航员处于失重状态，不受地球的引力 C、质量不同的返回舱与天和核心舱可以在同一轨道运行 D、返回舱穿越大气层返回地面过程中，机械能守恒

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4. “羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为地轴R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为（）

A、 ${(\frac{g R^{2} T^{2}}{2 n^{2} π^{2}})}^{\frac{1}{3}} - R$ B、 ${(\frac{g R^{2} T^{2}}{2 n^{2} π^{2}})}^{\frac{1}{3}}$ C、 ${(\frac{g R^{2} T^{2}}{4 n^{2} π^{2}})}^{\frac{1}{3}} - R$ D、 ${(\frac{g R^{2} T^{2}}{4 n^{2} π^{2}})}^{\frac{1}{3}}$

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5. “祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是（）

A、火星公转的线速度比地球的大 B、火星公转的角速度比地球的大 C、火星公转的半径比地球的小 D、火星公转的加速度比地球的小

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6. 2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约 $400km$ 的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（）

A、所受地球引力的大小近似为零 B、所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零 C、所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等 D、在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小

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7. 2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火属上首次留下国人的印迹。天问一号探测器成功发射后，顺利被火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星。经过轨道调整，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，两轨道相切于近火点P，则天问一号探测器（）

A、在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态 B、在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短 C、从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速 D、沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大

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8. 2021年5月，天问一号探测器软着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步。火星与地球公转轨道近似为圆，两轨道平面近似重合，且火星与地球公转方向相同。火星与地球每隔约26个月相距最近，地球公转周期为12个月。由以上条件可以近似得出（）

A、地球与火星的动能之比 B、地球与火星的自转周期之比 C、地球表面与火星表面重力加速度大小之比 D、地球与火星绕太阳运动的向心加速度大小之比

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9. 2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是（）

A、核心舱的质量和绕地半径 B、核心舱的质量和绕地周期 C、核心舱的绕地角速度和绕地周期 D、核心舱的绕地线速度和绕地半径

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10. 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。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为 $1000AU$ （太阳到地球的距离为 $1AU$ ）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为（）

A、 $4 \times 10^{4} M$ B、 $4 \times 10^{6} M$ C、 $4 \times 10^{8} M$ D、 $4 \times 10^{10} M$

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11. 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/s² ，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（）

A、6×10⁵m B、6×10⁶m C、6×10⁷m D、6×10⁸m

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12. 2021年4月29日，我国在海南文昌用长征五号B运载火箭成功将空间站天和核心舱送入预定轨道。核心舱运行轨道距地面的高度为 $400 km$ 左右，地球同步卫星距地面的高度接近 $36000km$ 。则该核心舱的（）

A、角速度比地球同步卫星的小 B、周期比地球同步卫星的长 C、向心加速度比地球同步卫星的大 D、线速度比地球同步卫星的小

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13. “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（　　）

A、 $\sqrt[3]{4}$ B、 $\sqrt[3]{\frac{1}{4}}$ C、 $\sqrt[3]{\frac{5}{2}}$ D、 $\sqrt[3]{\frac{2}{5}}$

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14. 迷你系绳卫星在地球赤道正上方的电离层中，沿圆形轨道绕地飞行。系绳卫星由两子卫星组成，它们之间的导体绳沿地球半径方向，如图所示。在电池和感应电动势的共同作用下，导体绳中形成指向地心的电流，等效总电阻为r。导体绳所受的安培力克服大小为f的环境阻力，可使卫星保持在原轨道上。已知卫星离地平均高度为H，导体绳长为 $L (L ≪ H)$ ，地球半径为R，质量为M，轨道处磁感应强度大小为B，方向垂直于赤道平面。忽略地球自转的影响。据此可得，电池电动势为（）

A、 $B L \sqrt{\frac{G M}{R + H}} + \frac{f r}{B L}$ B、 $B L \sqrt{\frac{G M}{R + H}} - \frac{f r}{B L}$ C、 $B L \sqrt{\frac{G M}{R + H}} + \frac{B L}{f r}$ D、 $B L \sqrt{\frac{G M}{R + H}} - \frac{B L}{f r}$

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15. 从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的9倍，半径约为月球的2倍，“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月球车的2倍。在着陆前，“祝融”和“玉兔”都会经历一个由着陆平台支撑的悬停过程。悬停时，“祝融”与“玉兔”所受陆平台的作用力大小之比为（）

A、9∶1 B、9∶2 C、36∶1 D、72∶1

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16. 空间站在地球外层的稀薄大气中绕行，因气体阻力的影响，轨道高度会发生变化。空间站安装有发动机，可对轨道进行修正。图中给出了国际空间站在2020.02-2020.08期间离地高度随时间变化的曲线，则空间站（　　）

A、绕地运行速度约为 $2 .0km/s$ B、绕地运行速度约为 $8 .0km/s$ C、在4月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒 D、在5月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒

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17. 嫦娥五号探测器是我国首个实施月面采样返回的航天器，由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成。为等待月面采集的样品，轨道器与返回器的组合体环月做圆周运动。已知引力常量G=6.67×10^-11N・m²/kg²地球质量m=6.0×10²⁴kg，月球质量m₂=7.3×10²²kg，月地距离r₁=3.8×10⁵km，月球半径r₂=1.7×10³km。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200km处做环月匀速圆周运动时，其环绕速度约为（）

A、16m/s B、1.1×10²m/s C、1.6×10³m/s D、1.4×10⁴m/s

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18. “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、 $\sqrt{\frac{R K g}{Q P}}$ B、 $\sqrt{\frac{R P K g}{Q}}$ C、 $\sqrt{\frac{R Q g}{K P}}$ D、 $\sqrt{\frac{R P g}{Q K}}$

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19. 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、 $\sqrt{\frac{3 π}{G ρ}}$ B、 $\sqrt{\frac{4π}{G ρ}}$ C、 $\sqrt{\frac{1}{3 π G ρ}}$ D、 $\sqrt{\frac{1}{4π G ρ}}$

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20. 火星的质量约为地球质量的 $\frac{1}{10}$ ，半径约为地球半径的 $\frac{1}{2}$ ，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

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21. 火星探测任务“天问一号”的标识如图所示。若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3∶2，则火星与地球绕太阳运动的（）

A、轨道周长之比为2∶3 B、线速度大小之比为 $\sqrt{3} ： \sqrt{2}$ C、角速度大小之比为 $2 \sqrt{2} ： 3 \sqrt{3}$ D、向心加速度大小之比为9∶4

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22. 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

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23. 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、 $m (0.4 g - \frac{v_{0}}{t_{0}})$ B、 $m (0.4 g + \frac{v_{0}}{t_{0}})$ C、 $m (0.2 g - \frac{v_{0}}{t_{0}})$ D、 $m (0.2 g + \frac{v_{0}}{t_{0}})$

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二、多选题

24. 如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地图上容易测得地球—水星连线与地球—太阳连线夹角 $α$ ，地球—金星连线与地球—太阳连线夹角 $β$ ，两角最大值分别为 $α_{m}$ 、 $β_{m}$ 则（）

A、水星的公转周期比金星的大 B、水星的公转向心加速度比金星的大 C、水星与金星的公转轨道半径之比为 $\sin α_{m} ： \sin β_{m}$ D、水星与金星的公转线速度之比为 $\sqrt{\sin α_{m}} ： \sqrt{\sin β_{m}}$

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25. 如图，火星与地球近似在同一平面内，绕太阳沿同一方向做匀速圆周运动，火星的轨道半径大约是地球的1.5倍。地球上的观测者在大多数的时间内观测到火星相对于恒星背景由西向东运动，称为顺行；有时观测到火星由东向西运动，称为逆行。当火星、地球、太阳三者在同一直线上，且太阳和火星位于地球两侧时，称为火星冲日。忽略地球自转，只考虑太阳对行星的引力，下列说法正确的是（）

A、火星的公转周期大约是地球的 $\sqrt{\frac{8}{27}}$ 倍 B、在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为顺行 C、在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为逆行 D、在冲日处，火星相对于地球的速度最小

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26. 2021年2月，我国首个火星探测器“天问一号”实现了对火星的环绕。若已知该探测器在近火星圆轨道与在近地球圆轨道运行的速率比和周期比，则可求出火星与地球的（）

A、半径比 B、质量比 C、自转角速度比 D、公转轨道半径比

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27. 2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的 $\frac{1}{16}$ 。下列说法正确的是（）

A、核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的 ${(\frac{16}{17})}^{2}$ 倍 B、核心舱在轨道上飞行的速度大于 $7.9 km/s$ C、核心舱在轨道上飞行的周期小于 $24 h$ D、后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小

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28. 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 $v = \sqrt{g R}$ 可知，甲的速度是乙的 $\sqrt{2}$ 倍 B、由 $a = ω^{2} r$ 可知，甲的向心加速度是乙的2倍 C、由 $F = G \frac{M m}{r^{2}}$ 可知，甲的向心力是乙的 $\frac{1}{4}$ D、由 $\frac{r^{3}}{T^{2}} = k$ 可知，甲的周期是乙的 $2 \sqrt{2}$ 倍

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