2021年各地高考物理真题分类汇编万有引力定律与航天

2021年高考物理真题 专题万有引力定律与航天 1. （2021 浙江卷）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（） 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 答案D 解析 在5月份轨道半径基本不变，故可视为机械能守恒，故D正确。故选D。 2. （2021 -全国乙卷）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 量为可以推测出该黑洞质量约为（） A. 4x104M B. 4x106M C. 4x108M D. 4x1010M 答案B 解析 可以近似把S2看成匀速圆周运动，由图可知，S2绕黑洞的周期T16年，地球的公转周期 7bl年，S2绕黑洞做圆周运动的半径r与地球绕太阳做圆周运动的半径R关系是 r 10007 地球绕太阳的向心力由太阳对地球的引力提供，由向心力公式可知 4兀R3 解得太阳的质量为Mr 同理S2绕黑洞的向心力由黑洞对它的万有引力提供，由向心力公式可知 厂 M j ,2, 2 兀、2 G驾一 m ra m r（） rT 解得黑洞的质量为M GT2 综上可得3.90 x106M 故选B。 3. （2021 全国甲卷）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1.8x105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距 离约为2.8x105m。已知火星半径约为3.4x106m,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. 6x105mB. 6x106mC. 6x107m D. 6xl08m 答案C 解析 忽略火星自转则 GMm mg① 可知GM gR2 设与为1.8X105s的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为广，由万引力提供向心力可 设近火点到火星中心为 R 4③ 设远火点到火星中心为 R d④ （RlR2\3 由开普勒第三定律可知r3 _Z_ ⑤ rp2rp2 由以上分析可得t/2 6xl07m 故选C。 4. （2021 -湖南卷）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下列说法 16 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［号］倍 B, 核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9km/s C, 核心舱在轨道上飞行的周期小于24h 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 答案AC 解析 根据万有引力定律有FGr R2 核心舱进入轨道后的万有引力与地面上万有引力之比为Z R R 16 16 17 所以A正确; 根据 T 2iJ-J \GM 可知轨道半径越大周期越大，则其周期比同步卫星的周期小，小于24h,所以C正确； 故选AC。 5. （2021-W北卷）“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.啊 B. 答案D 解析 绕中心天体做圆周运动，根据万有引力提供向心力，可得竺羿mR R- T- GMT2 ,2 径 夫飞 GxO.W册 x4x 地GM地 物2 2 则刍命 2 由于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，则飞船的轨道半 可得也 可得怦 故选D。 6. （2021春浙江卷）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G6.67xlO-nN - m2/kg2地球质量m6.0 xl024kg,月球质量 Z27.3xlO22kg,月地距离n3.8xlO5km,月球半径r21.7xl03kmo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. l.lxlO2m/s C. 1.6xl03m/s D. 1.4xl04m/s 【答案】C 【解析】 6.67x10 x7.3xl22 1.7x103200x103 故选C。 7. （2021 广东卷）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，己知引力常量，由下列物理量能计算出地球质 量的是（） B,核心舱的质量和绕地周期 D,核心舱的绕地线速度和绕地半径 A.核心舱的质量和绕地半径 C.核心舱的绕地角速度和绕地周期 答案D 解析 根据核心舱做圆周运动向心力由地球的万有引力提供，可得 Mm r V- ,4/ m mco r m r rT 物2户 GT- 27 3 r/曰 M V 尸 CO r 可得M G G 可知已知核心舱的质量和绕地半径、已知核心舱的质量和绕地周期以及已知核心舱的角速度 和绕地周期，都不能求解地球的质量；若已知核心舱的绕地线速度和绕地半径可求解地球的 质量。故选D。