专辑05 万有引力-2021年高考上海市高三下学期5月二模物理试题汇编（解析版）

2021 年高考上海市高三下学期 5 月二模物理试题汇编 专题 05 万有引力 1、（2021·上海市长宁区高三下学期 5 月二模）月球是质量为 M 半径为 R 的球体，其表面的重力加速度为 g0，嫦娥五号探测器在离月球表面高度为 h 的圆形环月轨道运动时具有的速度为（ ） A. 0g R B. 0 ( )g R h C. GM R D. ( ) GM R h 【答案】D 【解析】 在月球表面上，由万有引力等于重力得 ' ' 02 MmG m gR  嫦娥五号探测器在离月球表面高度为 h 的圆形环月轨道运动时，由万有引力提供向心力，则 2 2( ) G m mR h R h vM   可得嫦娥五号探测器具有的速度为 ( ) GMv R h   故选 D。 2、（2021·上海市普陀区高三下学期 5 月二模）2013 年 6 月 20 日，女航天员王亚平在“天宫一号”目标飞行 器里成功进行了我国首次太空授课．授课中的一个实验展示了失重状态下液滴的表面张力引起的效应．在 视频中可观察到漂浮的液滴处于相互垂直的两个椭球之间不断变化的周期性“脉动”中．假设液滴处于完全失 重状态，液滴的上述“脉动”可视为液滴形状的周期性微小变化（振动），如图所示．已知液滴振动的频率表 达式为 f kr   ＝ ，其中 k 为一个无单位的比例系数，r 为液滴半径，ρ为液体密度，σ为液体表面张力系 数（其单位为 N/m），α、β、γ是相应的待定常数．对于这几个待定常数的大小，下列说法中可能正确的是 （ ） A. 3 2 ＝ ， 1 2 ＝ ， 1 2 ＝- B. 3 2 ＝- ， 1 2 ＝- ， 1 2 ＝ C. 2＝- ， 1 2 ＝ ， 1 2 ＝- D. 3＝- ， 1＝- ， 1＝ 【答案】B 【解析】 从物理单位的量纲来考虑，则 A 中单位 3 1 1 2 2 2 3( ) ( )kg Nm sm m   ，故 A 错误；在 B 选项中， 3 1 1 12 2 2 3( ) ( )kg Nm sm m    ， 故 B 正确；对 C 选项， 1 1 7 2 2 2 2 3( ) ( )kg Nm s mm m     ，故 C 错误；在 D 选项中， -3 1 1 -2 3( ) ( )kg Nm sm m   ，故 D 错误。 故选 B。 3、（2021·上海市闵行区高三下学期 5 月二模）一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，若每天上午同一时刻 运行至上海市闵行区（东经 121  ，北纬 31  ）正上方，则（ ） A. 该卫星一定是地球同步卫星 B. 该卫星轨道平面与北纬 31 所确定的平面共面 C. 该卫星运行周期一定是 24 h D. 该卫星运行周期可能是 12 h 【答案】D 【解析】 A．同步卫星的轨道一定在赤道上方，该卫星能经过上海上方，所以不是同步卫星，故 A 错误； B．人造卫星的轨道平面一定过地心，故 B 错误； CD．因每天同一时刻在地球上方的同一位置，所以地球自转一周，则该卫星绕地球运动 N 周，则地球自转 周期一定是该卫星运行周期的整数倍，故 C 错误、D 正确； 故选 D。 4、（2021·上海市闵行区高三下学期 5 月二模）下列物理学常量单位正确的是（ ） A. 引力常量 N·kg2/m2 B. 阿伏加德罗常数 mol-1 C. 静电力常量 N·C2/m2 D. 普朗克常量 J/s 【答案】B 【解析】 A．由 2 GMmF r  得 2FrG Mm  G 的单位是 N⋅m2/kg2，故 A 错误； B．阿伏加德罗常数单位：mol−1，故 B 正确； C．由 2  kQqF r  得 2Frk Qq  k 的单位是 N⋅ m2/C2，故 C 错误； D．由 E hv 得 Eh v  h 的单位是 J Hz ，即 J⋅s，故 D 错误。 故选 B。 5、（2021·上海市静安区高三下学期 5 月二模）“嫦娥五号”的轨道器和返回器的组合体（简称“甲”） 与上升器（简称“乙”）要在环月轨道上实现对接，以便将月壤样品从上升器转移到返回器中。如图所示， 对接前，甲、乙在各自的轨道上做匀速圆周运动，若仅已知甲、乙的线速度大小分别为 v1、v2，月球半径为 R，乙所在轨道离月球表面高度为 h，引力常量 G 已知，则（ ） A. v1>v2，可以计算出月球表面重力加速度大小 B. v1>v2，不可以计算出月球表面重力加速度大小 C. v1＜v2，可以计算出月球表面重力加速度大小 D. v1＜v2，不可以计算出月球表面重力加速度大小 【答案】A 【解析】 根据 2 2 Mm vG mr r  可得 GMv r  因甲的轨道半径较小，可知 v1>v2 根据 2 2 2( ) Mm vG mR h R h   可求解月球的质量 M，根据 2 MmG mgR  可求解月球表面的重力加速度。 故选 A。 6、（2021·上海市宝山区高三下学期 5 月二模）地球北极点的重力加速度为 g，若在北极点水平抛出一个质 量为 2kg 的物体，物体刚好不再落回地面，而绕地球中心做匀速圆周运动，则该物体的向心加速度为（ ） A. g B. 2g C. 3g D. 4g 【答案】A 【解析】 物体刚好不再落回地面，而绕地球中心做匀速圆周运动，物体受到的万有引力提供匀速圆周匀速的向心力， 根据牛顿第二定律得 2 MmG maR ＝ 地球北极点的重力加速度为 g，万有引力等于重力 2 MmG mgR ＝ 解得 a=g 故 A 正确，BCD 错误。 故选 A。 7、（2021·上海市浦东新区高三下学期 5 月二模）2020 年 12 月嫦娥五号探测器圆满完成中国首次月球采样 返回任务。在探测器“奔向”月球的过程中经过多次变轨，最后成为一颗月球卫星。设该卫星的轨道为圆 形，且贴近月球表面，则该近月卫星的运行速率约为（已知月球表面重力加速度约为地球表面重力加速度 的 1 6 ，月球半径约为地球半径的 1 4 ，近地卫星的速率约为 7.9 km/s）（ ） A. 0.3 km/s B. 1.3 km/s C. 1.6 km/s D. 11.2 km/s 【答案】C 【解析】 某天体表面卫星由万有引力提供向心力 2vmg m R  解得 v gR 近月卫星和近地卫星的速度之比为 R Rv g v g 月 月月 地 地 地 解得 1.6km/sv 月 故选 C。 8、（2021·上海市金山区高三下学期 5 月二模）卡文迪许利用______实验测量了引力常量 G。两物体间的 万有引力大小相等，与两物体质量是否相等______。（选填“有关”或“无关”） 【答案】 (1). 扭秤 (2). 无关 【解析】 卡文迪许第一次在实验室利用扭秤实验测出了引力常量，两物体间的万有引力总是大小相等，与两物体质 量是否相等无关，遵循牛顿第三定律。 9、（2021·上海市徐汇区高三下学期 5 月二模）太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周 运动。当地球恰好运行到某 地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文学称为“行星冲 日”。已知火星和地球的轨道半径之比为 1.5：1，则火星相邻两次冲日的时间间隔为___________年。在太 阳系其他行星中，___________星相邻两次冲日的时间间隔最短。 【答案】 (1). 2.2 (2). 海王 【解析】 [1]根据开普勒第三定律可得 3 3 2 2 r r kT T  火 地 地火 ， =1T地 年 解得 3 3 27= = .8 rT Tr 火 地火 地 18年 火星相邻两次冲日的时间间隔为 t，则有 2 2 2t tT T     地 火 解得 =2.2 1 Tt T T   地 地 火 年 [2]根据 1 Tt T T   地 地 行 则行星的公转周期越大，相邻两次冲日的时间间隔越小，各行星中海王星的公转周期最大，所以海王星相 邻两次冲日的时间间隔最短。