2019-2023年高考物理分类汇编：万有引力与航天

2019-2023年高考物理分类汇编专题万有引力与航天

一、单选题

1.（2023•浙江♦高考真题）太阳系各行星几平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，称为

“行星冲日”，已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表：

行星名称地球火星木星土星天王星海王星

轨道半径R/AU1.01.55.29.51930

则相邻两次“冲日''时间间隔约为（）

A.火星365天

B.火星800天

C.天王星365天

D.天王星800天

2.（2022•天津•高考真题）2022年3月，中国空间站“天宫课堂”再次开讲，授课期间利

用了我国的中继卫是系统进行信号传输，天地通信始终高效稳定。已知空间站在距离地

面400公里左右的轨道上运行，其运动视为匀速圆周运动，中继卫星系统中某卫星是距

离地面36000公里左右的地球静止轨道卫星（同步卫星），则该卫星（）

A.授课期间经过天津正上空

B.加速度大于空间站的加速度

C.运行周期大于空间站的运行周期

D.运行速度大于地球的第一宇宙速度

3.（2022.福建•高考真题）2021年美国“星链”卫星曾近距离接近我国运行在距地390km

近圆轨道上的天宫空间站。为避免发生危险，天宫空间站实施了发动机点火变轨的紧急

避碰措施。已知质量为胆的物体从距地心r处运动到无穷远处克服地球引力所做的功为

G?,式中M为地球质量，G为引力常量：现将空间站的质量记为〃%,变轨前后稳

定运行的轨道半径分别记为4、4,如图所示。空间站紧急避碰过程发动机做的功至少

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为（)

311

C.-GMm--------

2a"4

4.（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>/2B.2

C.72D.立

2

5.（2022•浙江•统考高考真题）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・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（）

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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

7.（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T,地球表面重力加速度为g,贝『'薮和号"卫星轨道距地

面高度为（）

地轴;

（4n27t2）

8.（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

9.（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Q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（)

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A.发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间

B.从P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

10.（2022・浙江•统考高考真题）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（）

O,.A

甲

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

11.（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

12.（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36（X）0km。则该核心舱的（）

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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

13.（2021.湖北.统考高考真题）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

14.（2021•天津•高考真题）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在尸处要加速

D.沿轨道I向P飞近时速度增大

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,

贝广天问一号”（）

A.在近火点的加速度比远火点的小

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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・山东・高考真题）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.9：1B.9：2

C.36：1D.72：1

17.（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，等效总电阻为小导

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“乙H）,地球半径为R,质量为例，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L

电池一

电流

速度

导体绳

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GMBL

c.BL.-----1---

R+Hfr

GMBL

D.BL

R+Hfr

18.（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（）

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

19.（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

20.（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

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（）

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A.4X104MB.4X106A/

C.4X108MD.4xlO'°M

21.（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.6x105!!!B.6X1o6m

C.6x107mD.6x108m

22.（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

01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.皿B-心

52

C.入D.却

23.（2021•浙江•统考高考真题）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-"N-m2/kg2地球质量

,”=6.0xl()24kg,月球质量M?2=7.3xl()22kg,月地距离〃=3.8xl05km,月球半径r2=l.7xl03km()

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/sB.l.lxlO2m/s

C.1.6xlO3m/sD.1.4xl04m/s

24.（2020•海南•统考高考真题）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

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动，周期为了，离地高度为〃，已知地球半径为R,万有引力常量为G,则（）

人3久的g、-一、士心二2IR

A.试验船的运仃速度为1丁

B.地球的第一宇宙速度为二

T

c.地球的质量为2万（R+4

GT1

D.地球表面的重力加速度为至四成

RT2

25.（2020・北京•统考高考真题）我国首次火星探测任务被命名为“天问一号已知火星

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

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

26.（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

27.（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如减速到

零的过程。己知火星的质量约为地球的01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.B.帆［o.4g+J

C.D.

28.（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

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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2：3

B.线速度大小之比为0

C.角速度大小之比为2夜:3石

D.向心加速度大小之比为9：4

29.（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是月球半径的尸倍，地球质量是月球质量的。倍，地球表面重力

加速度大小为g。则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为（）

A画B画

VQPyQ

C.阿

VKPD.N悟QK

30.（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（）

31.（2020•全国•统考高考真题）火星的质量约为地球质量的白，半径约为地球半径的g,

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.0.4

C.2.0D.2.5

32.（2020•浙江"高考真题）如图所示，卫星氏c沿圆形轨道绕地球运行。〃是极地

轨道卫星，在地球两极上空约1000km处运行；。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（）

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A.a、b的周期比c大

B.”、6的向心力一定相等

C.。、〃的速度大小相等

D.a、〃的向心加速度比c小

33.（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

34.（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

为盯、V2,近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G。则（）

B.R>”>

c.v、<v2,v,=怦^

35.（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

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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

36.（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〃2,引力常量为G,

嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的（）

周期为借

A.

t,心L

B.动能力FGM-m

角速度为僧

C.

向心加速度为篝

D.

37.（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、火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、丫扭、u小已

知它们的轨道半径RFR炉R*,由此可以判定

A.aRaQa火

B.a)>a^>a金

C.vQv火〉u金

D.u火〉uJ&>v金

38.（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，能够描尸随力变化关系的图像是（）

A.

0h

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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

二、多选题

40.（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

16

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生闺3

GT2\n)

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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（居J倍

41.（2022•海南•高考真题）火星与地球的质量比为m半径比为6,则它们的第一宇宙

速度之比和表面的重力加速度之比分别是（）

C红==D汰=怛

g地匕v地Na

42.（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

连线夹角夕，两角最大值分别为%,,、力“。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sina,“:sin/?„,

D.水星与金星的公转线速度之比为Jsin：Jsin0m

43.（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（）

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恒星背景

--一_~

东［曰西

火星

//碗\\

I;\

YY•I

\'\太阳

\'、、J；

\、、---，//

、、____J

A.火星的公转周期大约是地球的再倍

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

44.（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P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府倍

c.火星的重力加速度大小是月球表面的四倍

P

D.火星对“祝融号”引力的大小是月球对“玉兔二号''引力的K苗N倍

45.（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S。的位置

变化进行了持续观测，记录到的S?的椭圆轨道如图所示。图中。为椭圆的一个焦点，

椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、。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S?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（）

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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p点与Q点的加速度大小之比

46.（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

47.（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（）

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（居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

48.（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a=可知，甲的向心加速度是乙的2倍

C.由尸=6曾可知，甲的向心力是乙的!

D.由，=%可知，甲的周期是乙的2夜倍

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49.（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，户由静止向下运动，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，其所

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.”与N的密度相等

B.。的质量是P的3倍

C.。下落过程中的最大动能是尸的4倍

D.。下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

三、解答题

50.（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，在近日点速度为叼，在远日点速度

为V2o求从近日点到远日点过程中太阳对行星所做的功W