2018-2022高考物理真题按知识点分类汇编7-万有引力与航天（含解析）

五年2018-2022高考物理真题按知识点分类汇编7-万有引力

与航天（含解析）

一、单选题

1.（2022•全国•统考高考真题）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4（X）km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

2.（2022・浙江・统考高考真题）“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火

转移轨道到。点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天间一号（）

A.发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间

B.从尸点转移到Q点的时间小于6个月

C.在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小

D.在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度

3.（2022・山东•统考高考真题）“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〃圈。已知地

球半径为地轴R,自转周期为7,地球表面重力加速度为g,贝『'羲和号"卫星轨道距地

面高度为（）

地轴;

--1---

4.（2022・广东・高考真题）“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

5.（2022•浙江・高考真题）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

6.（2022•湖北•统考高考真题）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

7.（2022•浙江•高考真题）图甲中的装置水平放置，将小球从平衡位置。拉到A后释放,

小球在。点附近来回振动；图乙中被细绳拴着的小球由静止释放后可绕固定点来回摆

动。若将上述装置安装在太空中的我国空间站内进行同样操作，下列说法正确的是

)

试卷第2页，共18页

O,.A

甲乙

A.甲图中的小球将保持静止

B.甲图中的小球仍将来回振动

C.乙图中的小球仍将来回摆动

D.乙图中的小球将做匀速圆周运动

8.（2022•河北•统考高考真题）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&B.2C.0口.宁

9.（2021.全国.高考真题）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

1（XX）AU（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（）

1994

*^1995

/、1996

/\1997

/\»1998

'•1999

42000

黑洞Zooi

vv

2002

A.4X104MB.4X106MC.4X10SMD.4X10'°M

10.（2021•全国•高考真题）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ISxlCs的椭圆形停泊轨道，轨道与火星

表面的最近距离约为2.8xl（）5m。已知火星半径约为3.4xl（）6m,火星表面处自由落体的

加速度大小约为3.7m/s2,贝上天间一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（）

A.6x105mB.6x106mC.6x107mD.6x108m

11.（2021・天津•高考真题）2021年5月150,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，在火星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1运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道n运行，如图所示，两轨道

相切于近火点p,则天间一号探测器（）

A.在轨道H上处于受力平衡状态B.在轨道I运行周期比在n时短

c.从轨道I进入n在p处要加速D.沿轨道I向尸飞近时速度增大

12.（2021.山东.高考真题）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，等效总电阻为心导

体绳所受的安培力克服大小为了的环境阻力，可使卫星保持在原轨道上。已知卫星离地

平均高度为“，导体绳长为地球半径为凡质量为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（）

远地子卫星

电池¥

X5

电流”

速度

导体绳

近地子卫星匚二|

13.（2021・浙江•高考真题）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

试卷第4页，共18页

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=6.67xlO-UN•m2/kg2地球质量

«i=6.0xl024kg,月球质量〃?2=7.3xl（）22kg,月地距离〃=3.8xl05km,月球半径，2=L7xl03km。

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（）

34

A.16m/sB.l.lxl02mzsC.1.6xl0m/sD.1.4xl0m/s

14.（2021・浙江・高考真题）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（）

八〃/km

421-〜

420-N

419^JD

4181■-1_1_1-­1__L-=3---►

2345678〃月

A.绕地运行速度约为2.0km/s

B.绕地运行速度约为&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

15.（2021・北京・高考真题）2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成

为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。“天问一号”在火星

停泊轨道运行时，近火点距离火星表面2.8x102km、远火点距离火星表面5.9x105km,

则“天问一号”（）

A.在近火点的加速度比远火点的小B.在近火点的运行速度比远火点的小

C.在近火点的机械能比远火点的小D.在近火点通过减速可实现绕火星做圆

周运动

16.（2021•广东•高考真题）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

17.（2021.湖北.高考真题）2021年5月，天间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

18.（2021・海南•高考真题）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400km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

19.（2021•河北・高考真题）“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（）

20.（2021•山东•高考真题）从“玉兔”登月至犷祝融“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（）

试卷第6页，共18页

A.9：1B.9：2C.36：1D.72：1

21.（2021・江苏・高考真题）我国航天人发扬"两弹一星''精神砥砺前行，从“东方红一号”

到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地

球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。

该卫星（）

A.运动速度大于第一宇宙速度

B.运动速度小于第一宇宙速度

C.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星

D.轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星

22.（2020・海南•高考真题）2020年5月5日，长征五号B运载火箭在中国文昌航天发

射场成功首飞，将新一代载人飞船试验船送入太空，若试验船绕地球做匀速圆周运动，

周期为T,离地高度为〃，已知地球半径为R,万有引力常量为G,则（）

A.试验船的运行速度为年

B.地球的第一宇宙速度为年

C.地球的质量为2万（2+〃）3

GT2

D.地球表面的重力加速度为4%2（R+尤

RT2

23.（2020•全国•统考高考真题）火星的质量约为地球质量的上，半径约为地球半径的;,

10/

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.0.2B.0.4C.2.0D.2.5

24.（2020.全国•统考高考真题）若一均匀球形星体的密度为p,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（）

25.（2020•全国•统考高考真题）“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。倍，地球表面重力

加速度大小为g。贝广嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为（）

A・悟B.席C.傍D.>

26.（2020・浙江•高考真题）如图所示，卫星〃、b、c沿圆形轨道绕地球运行。a是极地

轨道卫星，在地球两极上空约1000km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与a

相等；c是地球同步卫星，则（）

A.“、〃的周期比c大

B.4、人的向心力一定相等

C.“、人的速度大小相等

D.a、。的向心加速度比c小

27.（2020・浙江•统考高考真题）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（）

中国行星探测

Mars

A.轨道周长之比为2：3B.线速度大小之比为百

C.角速度大小之比为2&:3石D,向心加速度大小之比为9：4

28.（2020.山东.统考高考真题）我国将在今年择机执行“天问1号”火星探测任务。质量

为〃?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小速度由V。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（o.4g-B.«0.4g+C.m（0.2g-"D.

29.（2020.北京・统考高考真题）我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。己知火星

质量约为地球质量的10%,半径约为地球半径的50%,下列说法正确的是（）

A.火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度

试卷第8页，共18页

B.火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间

C.火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度

D.火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度

30.（2020.天津.统考高考真题）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

31.（2019•江苏•高考真题）1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,

该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动，如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别

为vi、V2,近地点到地心的距离为〃地球质量为引力常量为G。则（）

32.（2019•全国•高考真题）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&a火,它们沿轨道运行的速率分别为v金、v趟、v

火.已知它们的轨道半径R金■/?火，由此可以判定

A.aQa施＞a火B.aQa械＞a金

C.vQv金D.vQv金

33.（2019•浙江•高考真题）20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空的全新领域.现

有一艘远离星球在太空中直线飞行的宇宙飞船，为了测量自身质量，启动推进器，测出

飞船在短时间4内速度的改变为/v,和飞船受到的推力产（其它星球对它的引力可忽

略）.飞船在某次航行中，当它飞近一个孤立的星球时，飞船能以速度当在离星球的

较高轨道上绕星球做周期为T的匀速圆周运动.已知星球的半径为R,引力常量用G表

示.则宇宙飞船和星球的质量分别是（）

23

AFAvVRnFAvVT

△tGZ2;rG

23

cFArVRhF\tVT

AvGAv2兀G

34.（2018•全国•高考真题）为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P,其轨道

半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍.P与Q

的周期之比约为（）

A.2:1B.4:1C.8:1D.16:1

35.（2018・浙江・高考真题）土星最大的卫星叫“泰坦”（如图），每16天绕土星一周，其

公转轨道半径约为1.2x106kl已知引力常量G=6.67x10"NS/kg、则土星的质量

约为（）

A.5xl017kgB.5xl026kg

C.7xl033kgD.4xl036kg

36.（2019•海南•高考真题）2019年5月，我国第45颗北斗卫星发射成功.已知该卫星

轨道距地面的高度约为36000km,是“天宫二号''空间实验室轨道高度的90倍左右，则

（）

A.该卫星的速率比“天宫二号”的大

B.该卫星的周期比“天宫二号”的大

C.该卫星的角速度比“天宫二号•”的大

D.该卫星的向心加速度比“天宫二号''的大

37.（2019•全国•高考真题）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〃表示探测器与地球表面的距离，尸表示它所受的地

球引力，能够描F随。变化关系的图像是（）

A.

试卷第10页，共18页

Oh

38.（2018•全国♦高考真题）2018年2月，我国500m口径射电望远镜（天眼）发现毫

秒脉冲星”J0318+0253”，其自转周期六5.19ms,假设星体为质量均匀分布的球体，已

知万有引力常量为6.67x10-"N-m2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为

（）

A.5xl09kg/m3B.5xlOl2kg/m3

C.5xlOl5kg/m3D.5x10'8kg/m3

39.（2019•浙江•高考真题）某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星（即卫星相对于地

面静止），则此卫星的（）

A.线速度大于第一宇宙速度

B.周期小于同步卫星的周期

C.角速度大于月球绕地球运行的角速度

D.向心加速度大于地面的重力加速度

40.（2019•浙江•高考真题）下列陈述与事实相符的是

A.牛顿测定了引力常量

B.法拉第发现了电流周围存在磁场

C.安培发现了静电荷间的相互作用规律

D.伽利略指出了力不是维持物体运动的原因

41.（2018・海南.高考真题）土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多.由

此信息可知（）

A.土星的质量比火星的小

B.土星运行的速率比火星的小

C.土星运行的周期比火星的小

D.土星运行的角速度大小比火星的大

42.（2018•北京♦高考真题）若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循

同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证（）

A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的士

60~

B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的士

60"

C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的，

O

D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的

6（）

43.（2019•天津•高考真题）2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦

娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上

了中国足迹已知月球的质量为"、半径为R,探测器的质量为5，引力常量为G,

嫦娥四号探测器围绕月球做半径为"的匀速圆周运动时.，探测器的（）

A.周期为但ZB.动能为缙

VGM2R

C.角速度为竹D.向心加速度为零

44.（2018•浙江•高考真题）如图为人造地球卫星轨道的示意图，则卫星（）

A.在“轨道运行的周期为24h

试卷第12页，共18页

B.在人轨道运行的速度始终不变

C.在c轨道运行的速度大小始终不变

D.在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的

45.（2019•北京♦高考真题）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，

该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星），该卫星（）

A.入轨后可以位于北京正上方

B.入轨后的速度大于第一宇宙速度

C.发射速度大于第二宇宙速度

D.若发射到近地圆轨道所需能量较少

46.（2018.江苏•高考真题）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705km,之前已运行的“高分四号”轨道高度约为

36000km,它们都绕地球做圆周运动.与“高分四号”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

二、多选题

47.（2022・湖南・统考高考真题）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（）

火星

,、、

恒星背景/,/福录

亲®\\好日3

\J•

、、Z/

___

A.火星的公转周期大约是地球的、叵倍

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

48.（2022・辽宁・高考真题）如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地

图上容易测得地球一水星连线与地球一太阳连线夹角a,地球一金星连线与地球一太阳

连线夹角尸，两角最大值分别为%,、瓦…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%,:sin»“

D.水星与金星的公转线速度之比为府0:府瓦

49.（2022・重庆・高考真题）我国载人航天事业已迈入“空间站时代若中国空间站绕地

球近似做匀速圆周运动，运行周期为7,轨道半径约为地球半径的二倍，已知地球半径

为R，引力常量为G,忽略地球自转的影响，则（）

A.漂浮在空间站中的宇航员不受地球的引力

B.空间站绕地球运动的线速度大小约为粤

C.地球的平均密度约为善愕|

D.空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的倍

50.（2021.湖南.高考真题）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

球半径的上。下列说法正确的是（）

16

试卷第14页，共18页

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J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

51.（2021•重庆•高考真题）2021年5月15日“祝融号”火星车成功着陆火星表面，是我

国航天事业发展中具有里程碑意义的进展。此前我国“玉兔二号”月球车首次实现月球背

面软着陆，若“祝融号''的质量是“玉兔二号''的K倍，火星的质量是月球的N倍，火星的

半径是月球的「倍，火星与月球均视为球体，则（）

A.火星的平均密度是月球的今倍

B.火星的第一宇宙速度是月球的厢倍

c.火星的重力加速度大小是月球表面的迎倍

P

D.火星对“祝融号’’引力的大小是月球对“玉兔二号’’引力的普倍

52.（2021.辽宁・统考高考真题）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

53.（2021.福建・统考高考真题）两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致

密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星邑的位置

变化进行了持续观测，记录到的工的椭圆轨道如图所示。图中O为椭圆的一个焦点，

椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P.Q分别为轨道的远银心点和近银心点，。与。的

距离约为120AU（太阳到地球的距离为1AU）,S?的运行周期约为16年。假设区的运

动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，

可以推出（）

Q

A.S?与银河系中心致密天体的质量之比

B.银河系中心致密天体与太阳的质量之比

C.S?在尸点与。点的速度大小之比

D.S?在尸点与。点的加速度大小之比

54.（2020•江苏•统考高考真题）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.由丫=娴可知，甲的速度是乙的&倍

B.由〃可知，甲的向心加速度是乙的2倍

MmI

C.由尸=Gy可知，甲的向心力是乙的工

r4

D.由最=k可知，甲的周期是乙的20倍

55.（2019♦全国•高考真题）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。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。完成同样的过程，其“-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

B.Q的质量是尸的3倍

C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍

D.。下落过程中弹簧的最大压缩量是尸的4倍

56.（2018•全国•高考真题）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力

试卷第16页，共18页

波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km,

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

57.（2018・天津•高考真题）2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星"张衡一号”

发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之

一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加

速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以

上数据可以计算出卫星的（）

A.密度B.向心力的大小C.离地高度D.线速度的大小

三、解答题

58.（2022・江苏・高考真题）在轨空间站中物体处于完全失重状态，对空间站的影响可忽

略，空间站上操控货物的机械臂可简化为两根相连的等长轻质臂杆，每根臂杆长为L

如题图1所示，机械臂一端固定在空间站上的。点，另一端抓住质量为〃，的货物，在

机械臂的操控下，货物先绕。点做半径为2L、角速度为。的匀速圆周运动，运动到A

点停下，然后在机械臂操控下，货物从A点由静止开始做匀加速直线运动，经时间f到

达B点,A.8间的距离为以

（1）求货物做匀速圆周运动时受到合力提供的向心力大小F,.:

（2）求货物运动到B点时机械臂对其做功的瞬时功率P。

（3）在机械臂作用下，货物、空间站和地球的位置如题图2所示，它们在同一直线上,

货物与空间站同步做匀速圆周运动，已知空间站轨道半径为r,货物与空间站中心的距

离为乩忽略空间站对货物的引力，求货物所受的机械臂作用力与所受的地球引力之比

K：工。

空间站,

货物/二二里J

//货物\\

Z

/机械臂2L­：：\

R1•地球!

4为0'、、…一J

图1图2

59.（2022•北京♦高考真题）利用物理模型对问题进行分析，是重要的科学思维方法。

（1）某质量为机的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，在近日点速度为力，在远日点速度

为V2。求从近日点到远日点过程中太阳对行星所做的功卬；

（2）设行星与恒星的距离为r,请根据开普勒第三定律（；=k）及向心力相关知识,

证明恒星对行星的作用力尸与，•的平方成反比；

（3）宇宙中某恒星质量是太阳质量的2倍，单位时间内向外辐射的能量是太阳的16倍。

设想地球“流浪”后绕此恒星公转，且在新公转轨道上的温度与“流浪”前一样。地球绕太

阳公转的周期为刀，绕此恒星公转的周期为T2,求才。

60.（2021・福建•统考高考真题）一火星探测器着陆火星之前，需经历动力减速、悬停避

障两个阶段。在动力减速阶段，探测器速度大小由96m/s减小到0,历时80s。在悬停

避障阶段，探测器启用最大推力为7500N的变推力发动机，在距火星表面约百米高度处

悬停，寻找着陆点。已知火星半径约为地球半径的火星质量约为地球质量的卡，

地球表面重力加速度大小取10面针，探测器在动力减速阶段的运动视为竖直向下的匀减

速运动。求：

（1）在动力减速阶段，探测器的加速度大小和下降距离；

（2）在悬停避障阶段，能借助该变推力发动机实现悬停的探测器的最大质量。

试卷第18页，共18页

参考答案：

1.C

【详解】ABC.航天员在空间站中所受万有引力完全提供做圆周运动的向心力，飞船对其作

用力等于零，故C正确，AB错误；

D.根据万有引力公式

F»=G下

可知在地球表面上所受引力的大小大于在飞船所受的万有引力大小，因此地球表面引力大于

其随飞船运动所需向心力的大小，故D错误。

故选C。

2.C

【详解】A.因发射的卫星要能变轨到绕太阳转动，则发射速度要大于第二宇宙速度，即发

射速度介于11.2km/s与16.7km/s之间，故A错误;

B.因P点转移到。点的转移轨道的半长轴大于地球公转轨道半径，则其周期大于地球公转

周期（1年共12个月），则从P点转移到。点的时间为轨道周期的一半时间应大于6个月,

故B错误;

C.因在环绕火星的停泊轨道的半长轴小于调相轨道的半长轴，则由开普勒第三定律可知在

环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小，故c正确;

D.卫星从。点变轨时，要加速增大速度，即在地火转移轨道Q点的速度小于火星轨道的

速度，而由

GMmv2

——；—=m—

r-r

可得

GM

可知火星轨道速度小于地球轨道速度，因此可知卫星在Q点速度小于地球轨道速度，故D

错误;

故选Co

3.C

【详解】地球表面的重力加速度为g,根据牛顿第二定律得

答案第1页，共33页

GMm

卞』

解得

GM=gR2

根据题意可知，卫星的运行周期为

T

7'=—

n

根据牛顿第二定律，万有引力提供卫星运动的向心力，则有

GMm472

---------7=m—r-lR+h)

(R+犷T'2、7

联立解得

八=护-R

V4n~7T~

故选C。

4.D

【详解】由题意可知，火星的公转周期大于地球的公转周期

C.根据G^=相苓，•可得

T=2兀

可知火星的公转半径大于地球的公转半径，故C错误;

A.根据G丝=m±可得

rr

结合C选项，可知火星的公转线速度小于地球的公转线速度，故A错误；

B.根据刃=皆可知火星公转的角速度小于地球公转的角速度，故B错误;

D.根据6詈Mm=〃皿可得

GM

a=-r-

r

可知火星公转的加速度小于地球公转的加速度，故D正确。

故选D。

答案第2页，共33页

5.C

【详解】AC.根据

-Mm

G——=m—

r-r

可得

v=

可知圆轨道距地面高度越高，环绕速度越小；而只要环绕速度相同，返回舱和天和核心舱可

以在同一轨道运行，与返回舱和天和核心舱的质量无关，故A错误，C正确;

B.返回舱中的宇航员处于失重状态，仍然受到地球引力作用，地球的引力提供宇航员绕地

球运动的向心力，故B错误;

D.返回舱穿越大气层返回地面过程中，有阻力做功产生热量，机械能减小，故D错误。

故选C。

6.C

【详解】A.组合体在天上只受万有引力的作用，则组合体中的货物处于失重状态，A错误:

B.由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，而第一宇宙速度为最大的环绕速度,

则组合体的速度大小不可能大于第一宇宙速度，B错误;

C.已知同步卫星的周期为24h,则根据角速度和周期的关系有

2%

a)=——

T

由于T回＞T.冷.则组合体的角速度大小比地球同步卫星的大，C正确;

D.由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，有

_Mm4/

G-=m^r

整理有

T=2TT

由于T同＞T组合体,知\r同＞Y组合体,且同步卫星和组合体在天上有

则有

a同组合体

D错误。

答案第3页，共33页

故选c。

7.B

【详解】AB.空间站中的物体处于完全失重状态，甲图中的小球所受的弹力不受失重的影

响，则小球仍将在弹力的作用下来回振动，A错误，B正确;

CD.图乙中的小球在地面上由静止释放时，所受的回复力是重力的分量，而在空间站中处

于完全失重时，回复力为零，则小球由静止释放时，小球仍静止不动，不会来回摆动；也不

会做匀速圆周运动，若给小球一定的初速度，则小球在竖直面内做匀速圆周运动，C、D错

误。

故选B»

8.C

【详解】地球绕太阳公转和行星望舒绕恒星羲和的匀速圆周运动都是由万有引力提供向心

力，有

—Mmv2

G——=m—

解得公转的线速度大小为

GM

V=

其中中心天体的质量之比为2:1,公转的轨道半径相等，则望舒与地球公转速度大小的比值

为正，故选C。

9.B

【详解】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7M6年，地球的

公转周期7>1年，S2绕黑洞做圆周运动的半径，与地球绕太阳做圆周运动的半径R关系是

r=1000R

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

6瞿=僦）=,成苧

解得太阳的质量为

4兀/

M=

~GTT

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

,,,2%、2

G―—=mra>2=mr(——)-

r2T

答案第4页，共33页

解得黑洞的质量为

..4乃2,

M1=,

“GT2

综上可得

=3.90xIO（1知

故选B。

10.C

【详解】忽略火星自转则

GMm与

二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『，由万引力提供向心力可知

GMm4/

——；­=m—―r②

r2T2

设近火点到火星中心为

&=R+4③

设远火点到火星中心为

R2=R+d2@

由开普勒第三定律可知

K+/?23

r3_（2）⑤

7272

由以上分析可得

7

d2n6x10m

故选C。

11.D

【详解】A.天问一号探测器在轨道n上做变速圆周运动，受力不平衡，故A错误；

B.根据开普勒第三定律可知，轨道I的半径大于轨道II的半长轴，故在轨道I运行周期比

在n时长，故B错误；

c.天间一号探测器从轨道I进入H,做近心运动，需要的向心力要小于提供的向心力，故

答案第5页，共33页

要在P点点火减速，故C错误；

D.在轨道I向尸飞近时，万有引力做正功，动能增大，故速度增大，故D正确。

故选D。

12.A

【详解】根据

2

Mm

G-------------7m----------

(R+”)2(R+H)

可得卫星做圆周运动的线速度

v=