《高考真题》专题05 天体运动与人造航天器-2019年高考物理母题题源系列解析版
专题05 天体运动与人造航天器【母题来源一】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（新课标全国Ⅰ卷）【母题原题】（2019·新课标全国Ⅰ卷）在星球M 上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P 轻放在弹簧上端，P 由静止向下运动，物体的加速度a 与弹簧的压缩量x 间的关系如图中实线所示。
在另一星球N 上用完全相同的弹簧，改用物体Q 完成同样的过程，其a –x 关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。
已知星球M 的半径是星球N 的3倍，则A ．M 与N 的密度相等B ．Q 的质量是P 的3倍C ．Q 下落过程中的最大动能是P 的4倍D ．Q 下落过程中弹簧的最大压缩量是P 的4倍 【答案】AC【解析】由a –x 图象可知，加速度沿竖直向下方向为正方向，根据牛顿第二定律有：mg kx ma -=，变形式为：k a g x m =-，该图象的斜率为km-，纵轴截距为重力加速度g 。
根据图象的纵轴截距可知，两星球表面的重力加速度之比为：00331M N a g g a ==；又因为在某星球表面上的物体，所受重力和万有引力相等，即：2Mm G m g R '='，即该星球的质量2gR M G=。
又因为：343R M πρ=，联立得34g RG ρπ=。
故两星球的密度之比为：1:1NM M N N MR g g R ρρ=⋅=，故A 正确；当物体在弹簧上运动过程中，加速度为0的一瞬间，其所受弹力和重力二力平衡，mg kx =，即：kxm g=；结合a –x 图象可知，当物体P 和物体Q 分别处于平衡位置时，弹簧的压缩量之比为：00122P Q x x x x ==，故物体P 和物体Q 的质量之比为：16p N P Q Q M x g m m x g =⋅=，故B 错误；C 、物体P 和物体Q 分别处于各自的平衡位置（a =0）时，它们的动能最大；根据22v ax =，结合a –x 图象面积的物理意义可知：物体P 的最大速度满足2000012332P v a x a x =⋅⋅⋅=，物体Q 的最大速度满足：2002Q v a x =，则两物体的最大动能之比：222212412Q QkQ Q QkPP P P P m v E m v E m v m v ==⋅=，C 正确；物体P 和物体Q 分别在弹簧上做简谐运动，由平衡位置（a =0）可知，物体P 和Q 振动的振幅A 分别为0x 和02x ，即物体P 所在弹簧最大压缩量为20x ，物体Q 所在弹簧最大压缩量为40x ，则Q 下落过程中，弹簧最大压缩量时P 物体最大压缩量的2倍，D 错误；故本题选AC 。
【母题来源二】2019年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标全国II 卷）【母题原题】（2019·新课标全国Ⅱ卷）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 变化关系的图像是【答案】D【解析】根据万有引力定律可得：2()GMmF R h =+，h 越大，F 越大，故选项D 符合题意。
【母题来源三】2019年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标全国Ⅲ卷）【母题原题】（2019·新课标全国Ⅲ卷）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a 金、a 地、a 火，它们沿轨道运行的速率分别为v 金、v 地、v 火。
已知它们的轨道半径R 金<R 地<R 火，由此可以判定 A ．a 金>a 地>a 火B ．a 火>a 地>a 金C ．v 地>v 火>v 金D ．v 火>v 地>v 金【答案】A【解析】由万有引力提供向心力2MmGma R =可知轨道半径越小，向心加速度越大，故知A 项正确，B 错误；由22Mm v G m R R=得v =可知轨道半径越小，运行速率越大，故CD 都错误。
【命题意图】 本类题通常主要考查对描述圆周运动的基本参量——线速度、角速度、周期（频率）等概念的理解，以及对牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等规律的理解与应用。
【考试方向】 这类试题在考查题型上，通常以选择题的形式出现，极个别情况下会出现在计算题中，难度一般中等；在考查内容上一般考查对描述圆周运动参量间的关系、牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等基本概念和基本规律的理解与应用，有时还会涉及能量知识，同时还会考查运用控制变量法进行定性判断或定量计算的能力。
【得分要点】在行星（卫星）运动中，所做匀速圆周运动的向心力由中心天体对它们的万有引力提供，即：万F ＝F n ，设中心天体的质量为M ，行星或卫星（即环绕天体）的质量为m ，根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式有：万F ＝F n ＝2r Mm G＝r v m 2＝mrω2＝224T πmr ⋅＝ma n ，解得：1．（2019·北京市昌平区高一期末）北京时间2019年4月10日21时，在全球七大城市同时发布由“事件视界望远镜”观测到位于室女A 星系（M87）中央的超大质量黑洞的照片，如图所示。
若某黑洞半径R 约为45 km ，质量M 和半径R 满足的关系为22M c R G=，（其中c 为光速，c =3.0×108 m/s ，G 为引力常量），则估算该黑洞表面重力加速度的数量级为A ．1010m/s 2B ．1012m/s 2C ．1014m/s 2D ．1016m/s 2【答案】B【解析】黑洞实际为一天体，天体表面的物体受到的重力近似等于物体与该天体之间的万有引力，对黑洞表面的某一质量为m 物体有：2=Mm G mg R ，又有22M c R G =，联立解得22c g R=，代入数据得重力加速度的数量级为1012m/s 2。
故选B 。
2．（2019·浙江省湖州市高一期末）如图，A 、B 为地球的两颗卫星，它们绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径满足A B r r <。
v 、a 、T 、k E 分别表示它们的环绕速度大小，向心加速度大小、周期和动能，下列判断正确的是A ．AB v v < B ．A B a a <C ．A B T T <D ．kA kBE E <【答案】C【解析】设卫星的质量为m 、轨道半径为r 、地球质量为M ．卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，有：222224=mM v G mr m r m ma r T r πω=＝＝；解得：v =2T =，ω=2GM a r =，则根据题意有：r A <r B 可得：A.由v =可得，v A >v B ，故A 错误。
由2GM a r =，可得，a A >a B ，故B 错误。
由2T =T A <T B ，故C 正确。
由于二者的质量关系是未知的，则不能比较它们的动能大小，故D 错误。
3．（2019·云南省云天化中学高一期末）如图所示，a 、b 、c 是环绕地球圆形轨道上运行的3颗人造卫星，它们的质量关系是m a ＝m b <m c ，则下列说法正确的是A ．c 加速可以追上b ，b 加速也能追上cB ．b 、c 的周期相等，且大于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D ．b 、c 所需向心力大小相等，且大于a 所需向心力的大小 【答案】B【解析】无论是c 加速还是b 加速，都将做离心运动离开原来的轨道，不可能追上同轨道上前面的卫星，选项A 错误；卫星运动时有万有引力提供圆周运动向心力即2224mM F G m r ma r Tπ==＝可得：T 如图有r a <r b =r c ，所以有T b =T C >T a ，故B 正确；2GM a r ＝，因为r a <r b =r c ，所以有a a >a b =a c ，故C 错误；由C 分析有a a >a b =a c ，又因为m a =m b <m c 所以有：F b <F a 和F b <F c ，即D 错误。
4．（2019·湖南省长沙市雅礼中学）2016年2月11日，美国自然科学基金召开新闻发布会宣布，人类首次探测到了引力波。
2月16日，中国科学院公布了一项新的探测引力波的“空间太极计划”。
由中山大学发起的空间引力波探测工程“天琴计划”于2015年7月正式启动。
计划从2016年到2035年分四阶段进行，将向太空发射三颗卫星探测引力波。
在目前讨论的初步概念中，天琴将采用三颗全同的卫星（SC1、SC2、SC3）构成一个等边三角形阵列，地球恰处于三角形中心，卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行探测，这三颗卫星在太空中的分列图类似乐器竖琴，故命名为“天琴计划”。
则下列有关三颗卫星的运动描述正确的是A ．三颗卫星一定是地球同步卫星B ．三颗卫星具有相同的加速度C ．三颗卫星的线速度比月球绕地球运动的线速度大且大于第一宇宙速度D ．若知道引力常量G 、三颗卫星绕地球运转周期T 及地球的半径R ，则可估算出地球的密度 【答案】D【解析】同步轨道卫星的半径约为42 400公里，是个定值，而三颗卫星的半径约为10万公里，所以这三颗卫星不是地球同步卫星，故A 错误；根据2mM Gma r =，解得：2GMa r =，由于三颗卫星到地球的距离相等，则它们的加速度大小相等，但是方向不同，故B 错误；第一宇宙速度是绕地球运动的最大速度，则三颗卫星线速度都小于第一宇宙速度，故C 错误；根据2324r M GTπ=，若知道万有引力常量G 及三颗卫星绕地球运转周期T 可以求出地球的质量M ，再知道地球半径R ，所以可以求出地球的密度，故D 正确。
5．（2019·重庆市南岸区高一期末）同步卫星离地心的距离为r ，运行速度为1v ，加速度1a ，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度2a 第一宇宙速度为2v ，地球的半径为R ，则A ．12a ra R= B ．12a R a r= C．12v v =D ．2122v v R r= 【答案】AC【解析】因为同步卫星的周期等于地球自转的周期，所以角速度相等，根据2a r ω=得，12a ra R=，故A 正确，B 错误；根据万有引力提供向心力22Mm v G m r r=，解得v =12v v =C 正确，D错误。
6．（2019·安徽省池州市高一期末）我国2020年将首次探测火星，将完成火星探测器围绕火星飞行、火星表面降落以及巡视探测等任务。
完整word版2019年高考物理二轮复习专题05万有引力定律与航天测含解析
万有引力定律与航天【满分：110分时间：90分钟】•、选择题（本大题共12小题，每小题5分，共60分。
在每小题给出的四个选项中，广8题只有•项符合题目要求：9~12题有多项符合题目妥求。
全部选对的得5分，选对但不全的得3 分，有选错的得0分。
）1.2017年10月24日，在地球观测组织（GEO）全会期间举办的“中国日”活动上，我国正式向国际社会免费开放共学我国新•代地球同步静II：轨道气象卫星“风云四号”（如图所示）和全球第•颗二氧化碳监测科学实验卫星（简称“碳卫星”）的数据。
“碳卫星”是绕地球极地运行的卫星，在离地球农而700公里的圆轨道对地球进行扫描,汇集约140天的数据可制作•张无缝隙全球覆盖的二氧化碳监测图，有关这两颗卫星的说法正确的是（）A.“风云四号”卫星的向心加速度大于“碳卫星”的向心加速度B.“风云四号”卫星的线速度小于“碳卫星”的线速度C.“碳卫星”的运行轨道理论上可以和地球某•条经线重合D.“风云四号”卫星的线速度大于第-宇宙速度【答案】B【解析】风云四号”卫星星地珀的同!红星，2运行的乳逍半轻大于嵌卫星”的轨半亀福•餉=号，则其冋1、加連刻、于做卫愛的冋心加連爲迭项狀眾卄帧；•=、畔可知，’何云醇”卫星的线理劇吁诫卫星”的编虫度，迭项B正跖锻卫星•的运行耙宜是过地卜及地球两楊的固走平面，而地球的经线融地玫釉译动的，则獭卫星•的运行轨适不可能相地珠其一条至线莹合，迭顶C唐误；•凤云四号”卫星的运行半径大于删的半径，则其线速康小于第一宇宙速度，选项n错误J故选B.2.某行星半径R=2440km,行星周围没有空气且忽略行星自转。
若某宇航员在距行星农而h=l. 25m 处由静止释放-物块，经t=ls后落地，则此行星,slOm /A.农面重力加速度为：5m.衣面重力加速度为/ sBs/ 47km. 2.第-宇宙速度大约为C.D.第-宇宙速度大约为78m / s【答案】Ctmi AB；由人=沏喘0 = 2-Stn/s--,故A3两顶错诫■CD：由&话= 罟可得第一宇宙逮晦i\ = 存=V2.5X2440X1057K/«?a 2.47七“/几故C项正确，D项错误。
专题05 万有引力与航天-聚焦2019年高考物理超重点十四讲(解析版)
GMm r－R GMm r2
2
Gm2 3r2
3GMm r2
D．三颗卫星对地球引力的合力大小为 【答案】BC
【解析】地球与卫星之间的距离应为地心与卫星之间的距离，选项 A 错误，B 正确；两颗相邻卫星与地球球
2
心的连线互成 120°角，间距为 3r，代入数据得，两颗卫星之间引力
Gm 大小为 2，选项 C 正确；三颗卫星对地球引力的合力为零，选项 D 错误． 3r
2 Mm 4π G 2 ＝mr 2 r T
表达式
2 3 4π r M＝ GT2
备注 只能得
r、T
3
的计 算
行天体
r、v
Mm v2 G 2 ＝m r r Mm v G 2 ＝m r r
2
M＝
rv2 G
到中心 天体的 质量
v、T
Mm 4π G 2 ＝mr 2 r T GMm mg＝ 2 R
2
2
M＝
vT 2πG
GmM R＋h
2
，得 g′＝
GM R＋h
2
.所以
g ＝ g′
R＋h R2
2
.
1．(多选)如图所示，三颗质星均为 m 的地球同步卫星等间隔分布在半径为 r 的圆轨道上，设地球质量为 M， 半径为 R.下列说法正确的是( )
A．地球对一颗卫星的引力大小为 B．一颗卫星对地球的引力大小为 C．两颗卫星之间的引力大小为
GMm 4π2 4π2r3 ＝ m r ， 解得 M ＝ .“51 r2 T2 GT2
1 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的 ，所以该中 20 1 20 4 365
3
心恒星与太阳的质量比约为
2019年高考物理复习天体运动专题练习(含答案)-文档资料
2021年高考物理复习天体运动专题练习〔含答案〕天体是天生之体或者天然之体的意思,表示未加任何掩盖.查字典物理网整理了天体运动专题练习,请考生练习. 一、单项选择题〔此题共10小题,每题6分,共60分.〕 1.〔2021武威模拟〕2021年6月20日上午10点神舟十号航天员首次面向中小学生开展太空授课和天地互动交流等科普教育活动,这是一大亮点.神舟十号在绕地球做匀速圆周运动的过程中,以下表达不正确的选项是〔〕A.指令长聂海胜做了一个太空打坐,是由于他不受力B.悬浮在轨道舱内的水呈现圆球形C.航天员在轨道舱内能利用弹簧拉力器进行体能锻炼D.盛满水的敞口瓶,底部开一小孔,水不会喷由【解析】在飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中,万有引力充当向心力,飞船及航天员都处于完全失重状态,聂海胜做太空打坐时同样受万有引力作用,处于完全失重状态,所以A错误；由于液体外表张力的作用,处于完全失重状态下的液体将以圆球形状态存在,所以B正确；完全失重状态下并不影响弹簧的弹力规律,所以拉力器可以用来锻炼体能, 所以C正确；由于敞口瓶中的水也处于完全失重状态,即水对瓶底部没有压强,所以水不会喷由,故D正确.【答案】A2.为研究太阳系内行星的运动,需要知道太阳的质量, 地球半径为R,地球质量为成太阳与地球中央间距为r,地球外表的重力加速度为g,地球绕太阳公转的周期T.那么太阳的质量为〔〕A.B.C. D.【解析】地球外表质量为m的物体万有引力等于重力,即G=mg 对地球绕太阳做匀速圆周运动有G=m解彳等M= D正确.【答案】D3.〔2021温州质检〕经国际小行星命名委员会命名的神舟星和杨利伟星的轨道均处在火星和木星轨道之间.神舟星平均每天绕太阳运行1.74109 m ,杨利伟星平均每天绕太阳运行1.45109 m.假设两行星都绕太阳做匀速圆周运动,那么两星相比拟〔〕A.神舟星的轨道半径大B.神舟星的加速度大C.杨利伟星的公转周期小D.杨利伟星的公转角速度大【解析】由万有引力定律有：G=m=ma=m〔〕2r=m2r得运行速度v=,加速度a=G,公转周期T=2,公转角速度=,由题设知神舟星的运行速度比杨利伟星的运行速度大,神舟星的轨道半径比杨利伟星的轨道半径小,那么神舟星的加速度比杨利伟星的加速度大,神舟星的公转周期比杨利伟星的公转周期小,神舟星的公转角速度比杨利伟星的公转角速度大,应选项A、C、D错误,B正确.【答案】B4.卫星甲绕质量为M1的行星以ri为半径做圆周运动,卫星乙绕质量为M2的行星以r2为半径做圆周运动.假设不考虑莫行星对另一行星的卫星的影响,用T1、T2和v1、v2分别表示卫星甲、乙的周期和线速度大小,那么以下关系正确的选项是〔〕A.= B.=C.=D.=【解析】行星与卫星间的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,对卫星甲：有G=m1=m1r1对卫星乙：G=m2=m2r2. 整理得=,二,选项D正确.【答案】D5.如图1所示是美国的卡西尼号探测器经过长达7年的艰苦旅行,进入绕土星飞行的轨道.假设卡西尼号探测器在半径为R 的土星上空离土星外表高h的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n图1周飞行时间为t ,万有引力常量为G,那么以下关于土星质量M和平均密度的表达式正确的选项是〔〕A.M=,=B.M=,=C.M=,=D.M=,=【解析】设卡西尼号的质量为卡西尼号围绕土星的中央做匀速圆周运动,具向心力由万有引力提供,G=m(R+h)()2 , 其中T=, 解得M=.又土星体积V=R3所以==,D正确.【答案】D6.宇航员乘坐的宇宙飞船正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球外表的高度为同步卫星离地球外表高度的十分之一,且运行方向与地球自转方向一致.以下说法中正确的是()A.飞船运行的加速度al与同步卫星运行的加速度a2的关系为a1=100a2B.飞船运行的速度等于同步卫星运行速度的倍C.站在地球赤道上的人观察到飞船向东运动D.在飞船上工作的宇航员因不受重力而在舱中悬浮或静止【解析】设地球半径为R,根据G=ma#=()=(10-)2100 ,所以a1100a2, A错；根据G=m B错；根据G=m(R+h舟飞船运行的周期小于同步卫星的周期,而地球自转的周期与同步卫星的周期相同,所以C对；完全失重不是不受重力, D错.【答案】C7.如图2所示,设想轨道A为天宫一号运行的圆轨道,轨道B为神舟九号变轨前的椭圆轨道, 如果它们的轨道平面相同, 且A、B轨道相交于P、Q两点,那么以下关于神舟九号和天宫一号的物理量说法正确的图2是〔〕A.一定具有相同的运动周期B. 一定具有相同的机械能C.在轨道上的P点或Q点时具有相同的速度D.在轨道上的P点或Q点时一定具有相同的加速度【解析】根据开普勒第三定律,如果神舟九号沿椭圆轨道运动的半长轴等于天宫一号圆轨道的半径,那么它们的运行周期相等,A错误；宇宙飞船的机械能是动能和引力势能的总和, 与飞船的质量有关,故机械能不一定相等,B错误；速度是矢量,因此在轨道上的P点或Q点即使速度大小相等,方向也不相同,C错误；由牛顿第二定律可知, 它们在P点或Q点时的加速度一定相同,D正确.【答案】D8.〔2021石家庄模拟〕宇宙中两个相距较近的星球可以看成双星,它们只在相互间的万有引力作用下,绕两球连线上的莫一固定点做周期相同的匀速圆周运动.根据宇宙大爆炸理论,双星间的距离在不断缓慢增加,设双星仍做匀速圆周运动,那么以下说法正确的选项是〔〕A.双星相互间的万有引力不变B.双星做圆周运动的角速度均增大C.双星做圆周运动的动能均不变D.双星做圆周运动的半径均增大【解析】由=m12r1=m22r2, L=r1+r2 ,可解得：=,r1=L,r2=L,万有引力F=,由此可见随着L的增大、F、均减小, r1、r2均增大,A、B错误,D正确；由v1=r1= , v2=,故随L 的增大,v1、v2均减小,双星圆周运动的动能也减小, C错误.【答案】D9.经长期观测,人们在宇宙中已经发现了双星系统,双星系统由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线速度远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为m1m2=32那么可知〔〕 A.m1、m2做圆周运动的角速度之比为23B.m1、m2做圆周运动的线速度之比为32C.m1做圆周运动的半径为LD.m2做圆周运动的半径为L【解析】双星系统在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O 点做周期相同的匀速圆周运动,角速度相同,A错误；由G=m12r1=m22r2得r1r2=m2m1=23,由v=r得两星球做圆周运动的线速度之比为v1v2=r1r2=23 , B错误;m1做圆周运动的半径为L, m2做圆周运动的半径为L, C正确,D错误.【答案】C10.地球同步卫星离地面的距离为地球半径的约6倍,假设莫行星的平均密度约为地球平均密度的一半,它的同步卫星距其外表的高度约是其半径的 2.5倍,那么该行星的自转周期约为〔〕A.6小时B.12小时C.24小时D.36小时【解析】绕行地球有T地=2 ,绕行莫行星有T奥=2 .综合体积与密度,对地球有M地=地R ,对莫行星有MM =莫R .③式代入式得T地=2,式代入式得T莫=2,两式相除得T奥=12小时,应选项B正确、选项A、C、D错误.【答案】B二、多项选择题〔此题共5小题,每题8分,共40分.〕11.卫星在莫一轨道上绕地球做圆周运动,由于受稀薄大气阻力的影响,卫星的绕行高度缓慢降低,对此以下说法正确的是〔〕A.卫星运行的动能增大,机械能减小B.卫星运行的动能减小,机械能减小C.空气阻力做的功与卫星机械能的变化大小相等D.地球引力做的功与卫星机械能的变化大小相等【解析】卫星圆形轨道半径r缓慢减小,具动能增大、势能减小、机械能减小,应选项A正确、选项B错误；由高轨道向低轨道变化,有|Wf|二|E机| ,应选项C正确；而|WG|E 机| ,应选项D 错误.【答案】AC12.(2021泉州质检)如图3所示,嫦娥三号从环月圆轨道上的P点实施变轨进入椭圆轨道,再由近月点Q开始进行动力下降,最后于2021年12月14日成功落月.以下说法正确的是()图3A.其轨道运行的周期大于沿轨道运行的周期 B.沿轨道运行至P点时,需制动减速才能进入轨道 C.沿轨道运行时,在P点的加速度大于在Q点的加速度 D.沿轨道运动时,由P点到Q点的过程中万有引力对其做正功【解析】由图中几何关系可知：圆轨道的半径R大于椭圆轨道的半长轴r,根据开普勒第三定律可知：=,那么TTII,选项A错误；嫦娥三号从圆轨道到椭圆轨道需要变轨做向心运动,变轨需要改变速度,而在该点处受到的万有引力不变, 故需要减速,选项B正确；因Q点离月球较近,嫦娥三号受到月球的引力较大,根据牛顿第二定律,可知：其在P点的加速度小于在Q点的加速度,选项C错误；沿椭圆轨道运行时,嫦娥三号在Q点的速度大于在P点的速度,故从P点到Q点过程中万有引力做正功,选项D 正确.【答案】BD13.宇宙中的有些恒星可组成双星系统.它们之间的万有引力比其他恒星对它们的万有引力大得多,因此在研究双星的运动时,可以忽略其他星球对它们的作用.S1和S2构成一个双星,它们在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上更一定点O做匀速圆周运动.S1的质量是S2质量的k倍〔k1〕,以下判断正确的选项是〔〕 A.S1、S2的角速度之比为1k B.S1、S2的线速度之比为1k C.S1、S2的加速度之比为1kD.S1、S2所受的向心力大小之比为k1【解析】双星系统有彼此之间的万有引力提供各自圆周运动的向心力,二者总保持在一条直线即直径上,得到二者角速度之比为11, A错；二者的向心力是相互作用力,因此向心力之比为11, D错；根据万有引力提供向心力有=m1R12=m2R22=m1a1=m2a2==k,即a1a2=1k, C对；根据v=R 知==1k, B对.【答案】BC14.〔2021合肥模拟〕北斗系统中两颗工作卫星1和2在同一轨道上绕地心O沿顺时针方向做匀速圆周运动,轨道半径为r,更时刻它们分别位于轨道上的A、B两位置,如图4所示.地球外表处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作图4用力.以下判断中正确的选项是〔〕 A.这两颗卫星的向心加速度大小为a=gB.这两颗卫星的角速度大小为=RC.卫星1由位置A运动至位置B所需的时间为t=D.如果使卫星1加速,它就一定能追上卫星2【解析】卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力充当向心力,即：G=ma由万有引力与重力关系, G=mg解两式得：a=g, A项对；由a=2r,将上式代入得：=,B项错；卫星1由位置A 运动到位置B所需时间为卫星周期的,由T=, t=, C 项正确；卫星1加速后做离心运动,进入高轨道运动,不能追上卫星2, D项错. 【答案】AC15.宇宙飞船绕地球做圆周运动时,由于地球遮挡阳光,会经历日全食过程,如图5所示.地球的半径为R,地球质量为M,引力常量为G,地球自转周期为T0.太阳光可看作平行光,不考虑地球图5公转的影响,宇航员在A点测由地球的张角为,以下说法中正确的选项是()A.飞船的高度为B.飞船的线速度为C.飞船的周期为2D.飞船每次日全食过程的时间为【解析】飞船绕行有：v= , T=2 ,应用几何关系.在OEA中有sin=,飞船高度为h=r-R .③式代入式,解得h=R(-1),应选项A错误；第10页解得v=,应选项B正确；解得T=2,选项C正确；每次日全食时间t为绕行BAC时间.由ODB2△0£人知=,又有二,解得=综合圆周运动规律.有：2=t,2T ,解得t=,解式得t=T ,应选项D错误.【答案】BC天体运动专题练习及答案的全部内容就是这些,查字典物理网希望考生可以实现自己的理想.第11页。
2019年高考物理一轮重要考点练习卷：天体运动及人造卫星
天体运动及人造卫星1．（2018·四川省宜宾市高一下学期期末教学质量监测）2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号”运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。
“墨子号”将由火箭发射至高度为500 km的预定圆形轨道。
此前6月在西昌卫星发射中心成功发射了第二十三颗北斗导航卫星G7，G7属地球静止轨道卫星（高度约为36 000 km），它将使北斗系统的可靠性进一步提高。
以下说法中正确的是A．这两颗卫星的运行线速度可能大于7.9 km/sB．“墨子号”的角速度比北斗G7的角速度小C．“墨子号”的周期比北斗G7的周期小D．“墨子号”的向心加速度比北斗G7的向心加速度小2．中国北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。
预计2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。
如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则A．卫星a的角速度小于c的角速度B．卫星a的加速度大于b的加速度C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度D．卫星b的周期大于24 h3．2017年4月，我国用“长征七号”运载火箭把货运飞船“天舟一号”送上太空，它与轨道髙度为393 km的“天宫二号”空间实验室对接并进行货物和燃料补充，完成任务后最终坠入大海。
下列说法中正确的有A．“天宮二号”空间实验室在轨运行速度大于第一宇宙速度B．“天宫二号”空间实验室的加速度大于同步卫星的加速度C．“天舟一号”货运飞船从低轨道加速后与“天宫二号”空间实验室对接D．“天舟一号”货运飞船在轨运行时的机械能小于坠入大海时的机械能4．（2018·江苏省南京市金陵中学、海安高级中学、南京外国语学校高三模拟）据《科技日报》报道，2020年前我国将发射8颗绕地球做匀速圆周运动的海洋系列卫星：包括4颗海洋水色卫星、2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星，以加强对黄岩岛、钓鱼岛及西沙群岛等岛屿附近海域的监测。
万有引力与航天(解析版)--五年(2019-2023)高考物理真题分项汇编(全国通用)
专题05万有引力与航天一、单选题1(2023·山东·统考高考真题)牛顿认为物体落地是由于地球对物体的吸引，这种吸引力可能与天体间(如地球与月球)的引力具有相同的性质、且都满足F∝Mmr2。
已知地月之间的距离r大约是地球半径的60倍，地球表面的重力加速度为g，根据牛顿的猜想，月球绕地球公转的周期为()A.30πr gB.30πgr C.120πrg D.120πgr【答案】C【详解】设地球半径为R，由题知，地球表面的重力加速度为g，则有mg=G M地m R2月球绕地球公转有G M地m月r2=m月4π2T2r r=60R联立有T=120πr g故选C。
2(2023·北京·统考高考真题)2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破。
“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为720km，运行一圈所用时间约为100分钟。
如图所示，为了随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”，下列说法正确的是()A.“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为1°B.“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于7.9km/sC.“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离【答案】A【详解】A．因为“夸父一号”轨道要始终保持要太阳光照射到，则在一年之内转动360°角，即轨道平面平均每天约转动1°，故A正确；B．第一宇宙速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大环绕速度，则“夸父一号”的速度小于7.9km/s，故B错误；C．根据=maG Mmr2可知“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故C错误；D．“夸父一号”绕地球转动，地球绕太阳转动，中心天体不同，则根据题中信息不能求解地球与太阳的距离，故D错误。
专题05 天体运动与人造航天器-2019年高考物理母题题源系列(解析版)
专题05 天体运动与人造航天器【母题来源一】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（新课标全国Ⅰ卷）【母题原题】（2019·新课标全国Ⅰ卷）在星球M 上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P 轻放在弹簧上端，P 由静止向下运动，物体的加速度a 与弹簧的压缩量x 间的关系如图中实线所示。
在另一星球N 上用完全相同的弹簧，改用物体Q 完成同样的过程，其a –x 关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。
已知星球M 的半径是星球N 的3倍，则A ．M 与N 的密度相等B ．Q 的质量是P 的3倍C ．Q 下落过程中的最大动能是P 的4倍D ．Q 下落过程中弹簧的最大压缩量是P 的4倍 【答案】AC【解析】由a –x 图象可知，加速度沿竖直向下方向为正方向，根据牛顿第二定律有：mg kx ma -=，变形式为：k a g x m =-，该图象的斜率为km-，纵轴截距为重力加速度g 。
根据图象的纵轴截距可知，两星球表面的重力加速度之比为：00331M N a g g a ==；又因为在某星球表面上的物体，所受重力和万有引力相等，即：2Mm G m g R '='，即该星球的质量2gR M G=。
又因为：343R M πρ=，联立得34g RG ρπ=。
故两星球的密度之比为：1:1NM M N N MR g g R ρρ=⋅=，故A 正确；当物体在弹簧上运动过程中，加速度为0的一瞬间，其所受弹力和重力二力平衡，mg kx =，即：kxm g=；结合a –x 图象可知，当物体P 和物体Q 分别处于平衡位置时，弹簧的压缩量之比为：00122P Q x x x x ==，故物体P 和物体Q 的质量之比为：16p N P Q Q M x g m m x g =⋅=，故B 错误；C 、物体P 和物体Q 分别处于各自的平衡位置（a =0）时，它们的动能最大；根据22v ax =，结合a –x 图象面积的物理意义可知：物体P 的最大速度满足2000012332P v a x a x =⋅⋅⋅=，物体Q 的最大速度满足：2002Qv a x =，则两物体的最大动能之比：222212412Q QkQ Q Q kPP P P P m v E m vE m v m v ==⋅=，C 正确；物体P 和物体Q 分别在弹簧上做简谐运动，由平衡位置（a =0）可知，物体P 和Q 振动的振幅A 分别为0x 和02x ，即物体P 所在弹簧最大压缩量为20x ，物体Q 所在弹簧最大压缩量为40x ，则Q 下落过程中，弹簧最大压缩量时P 物体最大压缩量的2倍，D 错误；故本题选AC 。
【原创】2019届高考物理一轮复习真题解析：专题(5)万有引力与航天
万有引力与航天1.我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km，它们都绕地球做圆周运动．与“高分四号冶相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（）A.周期B. 角速度C. 线速度D. 向心加速度【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）【答案】 A点睛：本题考查人造卫星运动特点，解题时要注意两类轨道问题分析方法：一类是圆形轨道问题，利用万有引力提供向心力，即求解；一类是椭圆形轨道问题，利用开普勒定律求解。
2.如图所示的装置可以将滑块水平方向的往复运动转化为OB杆绕O点的转动,图中A、B、O 三处都是转轴。
当滑块在光滑的水平横杆上滑动时,带动连杆AB运动,AB杆带动OB杆以O 点为轴转动,若某时刻滑块的水平速度v,连杆与水平方向夹角为α,AB杆与OB杆的夹角为β,此时B点转动的线速度为( )A. B.C. D.【解析】选A。
A点的速度的方向沿水平方向,如图将A点的速度分解,根据运动的合成与分解可知,沿杆方向的分速度v A分=vcosα,B点做圆周运动,实际速度是圆周运动的线速度,可以分解为沿杆方向的分速度和垂直于杆方向的分速度,如图设B的线速度为v′,则v B分=v′cosθ=v′sinβ,又二者沿杆方向的分速度是相等的,即v A分=v B分,联立可得v′=,选项A 正确。
3.如图所示的装置可以将滑块水平方向的往复运动转化为OB杆绕O点的转动,图中A、B、O 三处都是转轴。
当滑块在光滑的水平横杆上滑动时,带动连杆AB运动,AB杆带动OB杆以O 点为轴转动,若某时刻滑块的水平速度v,连杆与水平方向夹角为α,AB杆与OB杆的夹角为β,此时B点转动的线速度为( )A. B.C. D.【解析】选A。
A点的速度的方向沿水平方向,如图将A点的速度分解,根据运动的合成与分解可知,沿杆方向的分速度v A分=vcosα,B点做圆周运动,实际速度是圆周运动的线速度,可以分解为沿杆方向的分速度和垂直于杆方向的分速度,如图设B的线速度为v′,则v B分=v′cosθ=v′sinβ,又二者沿杆方向的分速度是相等的,即v A分=v B分,联立可得v′=,选项A 正确。
2019年高考物理母题题源系列专题13近代物理初步含解析
专题13 近代物理初步【母题来源一】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）【母题原题】（2019·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。
光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光为可见光。
要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1. 63eV~3.10eV的可见光。
故。
故本题选A。
【母题来源二】2019年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅱ卷）【母题原题】（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，1u=931MeV/c2，c为光速。
在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV【答案】C【解析】由知，=，忽略电子质量，则：，故C选项符合题意。
【母题来源三】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）【母题原题】（2019·天津卷）如图为、、三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。
由、、组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是【答案】C【解析】由光电效应的方程，动能定理，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率，则可知三种光的折射率的关系为，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。
【母题来源四】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）【母题原题】（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。
专题05 天体运动与人造航天器-2018年高考物理母题题源系列 Word版含解析
母题05 天体运动与人造航天器【母题来源一】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标I卷）【母题原题】（多选）2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。
根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100 s时,它们相距约400 km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈,将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星（）A. 质量之积B. 质量之和C. 速率之和D. 各自的自转角速度【答案】BC【点睛】此题以最新科学发现为情景,考查天体运动、万有引力定律等。
【母题来源二】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）【母题原题】2018年2月,我国500 m口径射电望远镜（天眼）发现毫秒脉冲星“J0318+0253”,其自转周期T=5.19 ms,假设星体为质量均匀分布的球体,已知万有引T稳定自转的星体的密度最小值约为（）A. B.C. D.【答案】 C【解析】试题分析;在天体中万有引力提供向心力,,天体的密度公式结【命题意图】本类题通常主要考查对描述圆周运动的基本参量——线速度、角速度、周期（频率）等概念的理解,以及对牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等规律的理解与应用。
【考试方向】这类试题在考查题型上,通常以选择题的形式出现,极个别情况下会出现在计算题中,难度一般中等；在考查内容上一般考查对描述圆周运动参量间的关系、牛顿第二定律、向心力公式、万有引力定律等基本概念和基本规律的理解与应用,有时还会涉及能量知识,同时还会考查运用控制变量法进行定性判断或定量计算的能力。
【得分要点】在行星（卫星）运动中,所做匀速圆周运动的向心力由中心天体对它们的万有引力提供,即：万F ＝F n ,设中心天体的质量为M ,行星或卫星（即环绕天体）的质量为m ,根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式有：万F ＝F n ＝2r Mm G ＝rvm2＝mrω2＝224T πmr ＝ma n ,解得：【母题1】太阳系外行星大多不适宜人类居住,绕恒星“Glicsc581”运行的行星“Gl-581c ”却很值得我们期待．该行星的温度在0℃到40℃之间,质量是地球的6倍,直径是地球的1.5倍．公转周期为13个地球日．“Glicsc581”的质量是太阳质量的0.31倍．设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体,绕其中心天体做匀速圆周运动,则（ ） A. 在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同B. 如果人到了该行星,C. 该行星与“Glicsc581”的距离是日地距离的D. 恒星“Glicsc581”的密度是地球的169倍 【答案】 B【解析】当卫星绕任一行星表面附近做匀速圆周运动时的速度即为行星的第一宇宙速度,得是行星的质量,R是行星的半径。
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高考物理万有引力和航天试题归类例析一、开普勒行星运动定律【例1】（2019·浙江卷）长期以来“卡戎星（Charon）”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1=19600km，公转周期T1=6.39天。
2019年3月，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r2=48000km，则它的公转周期T2最接近于（）A．15天B．25天C．35天D．45天【解析】由开普勒行星第三定律的周期定律（）3=（）2，代入解得T2=25天，选项B正确。
【答案】B二、行星的运动参数及规律【例2】（2019·上海卷）动能相等的两人造地球卫星A、B的轨道半径之比R A:R B=1:2，它们的角速度之比= ，质量之比m A:m B= 。
【解析】两卫星绕地球做匀速圆周运动，其万有引力充当向心力，，所以两者角速度之比为；线速度之比为，根据题意知两者动能相等，所以质量之比为1:2。
【答案】；1:2【例3】（2019·安徽卷）在科学研究中，科学家常将未知现象同已知现象进行比较，找出其共同点，进一步推测未知现象的特性和规律。
法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引问题时，曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系。
已知单摆摆长为l，引力常量为G。
地球的质量为M。
摆球到地心的距离为r，则单摆振动周期T与距离r的关系式为A．B．C．D．【解析】由于万有引力使物体产生加速度，由牛顿第二定律得：，而单摆的振动周期公式为，联立得：。
B正确。
【答案】B三、万有引力定律在天体运动中的综合应用【例4】（2019·海南卷）设地球自转周期为T，质量为M，引力常量为G，假设地球可视为质量均匀分布的球体，半径为R。
同一物体在南极和赤道水平面上静止时所受到的支持力之比为A． B． C． D．【解析】物体在南极地面所受的支持力等于万有引力，。
在赤道处，，得，又，则，由以上各式可得，选项A正确。