2025届高考物理一轮复习 万有引力与宇宙航行 基础训练（含解析）

2025届高考物理一轮复习万有引力与宇宙航行

学校:姓名:班级:考号：

一、单选题（本大题共5小题）

1.2024年5月8日，“嫦娥六号”月球探测器成功实施近月制动，顺利进入绕

月椭圆轨道。如图所示，位置/距离月球最近，位置。距离月球最远。“嫦娥六

号”（）

B

。月球

A.在。点的速度最大B.从/点到6点做加速运动

C.在/点的加速度最大D.从6点到。点加速度方向沿轨迹的

切线方向

2.“天问一号”于2020年7月23日成功发射，经过多次变轨，于2021年5月

15日成功着陆火星，着陆后“祝融号”火星车成功传回遥测信号。己知“天问

一号”在距火星表面高度为。的圆形轨道上运行的周期为T,火星的半径为R,

引力常量为G,忽略火星自转的影响，则以下说法正确的是（）

A.“天问一号”在地球上的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间

B.“天问一号”在着陆火星的过程中，引力势能增大，动能减少，机械能守

恒

C.火星的平均密度为券

D.火星的第一宇宙速度为四H瞅

TVR

3.2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号运载火箭在酒泉卫星

发射中心圆满的完成了发射，与“天和”核心舱成功对接。飞船变轨前绕地稳定

运行在圆形轨道I上，椭圆轨道II为飞船的转移轨道，核心舱绕地沿逆时针方向

运行在圆形轨道III上，轨道I和H、II和III分别相切于48两点，则神舟十八

号（）

A.在I轨道上稳定运行的速度可能大于7.9km/s

B.在II轨道上由4向6运动时，速度减小，机械能减小

C.在II轨道上经过4点的速度大于在I轨道上经过4点的速度

D.应先变轨到m轨道，然后再通过加速完成与“天和”核心舱的对接

4.这次考试，是同学们进入高中物理大门后的第一次考试，希望同学们尽情展

示自己的才情。通过初中物理的学习，通过跨过高中物理大门时研读那“激动人

心的万千体验”，相信你们一定明白“世界是由物质组成的，物质是不断运动变

化着的，物质运动变化是有规律的，规律是可以被人们认识的。”这一物理学的

基本观念，物理学正是探索和认识物质运动规律的科学。期待同学们通过物理的

继续学习，成为具有深厚人文积淀和广博科学素养的现代中国人。以下与物理学

有关的说法，不正确的是（）

A.观察、实验及科学推理，是物理学的基本方法

B.物理规律可运用函数关系表示，也可运用图像表示

C.牛顿通过几条简单的定律，说明了地面上物体的运动与宇宙空间中天体的

运动遵循相同的规律

D.物理学的研究中，不会运用数学中的“统计”、“概率”等方法或思想

5.如图所示，一颗卫星绕地球做椭圆运动，运动周期为T,图中虚线为卫星的运

行轨迹，4、B、C、〃是轨迹上的四个位置，其中/距离地球最近，。距离地球最

远。方和〃点是弧线4%和4%的中点，下列说法正确的是（）

---------

，/二B

/ft地球

星

A.卫星在C点的速度最大、加速度最小

B.卫星在C点的引力势能最大、机械能最小

C.卫星从/经〃到，点的运动时间为工

2

D.卫星从6经/到，点的运动时间为工

2

二、多选题（本大题共3小题）

6.如图所示，有A、B两颗行星绕同一恒星。做圆周运动，运行方向相反。A行

星的周期为北，B行星的周期为"，在某一时刻两行星相距最近，则（）

A.经过时间”,两行星将再次相距最近

TB+TA

/A"

B经过时间t=,两行星将再次相距最近

TB-TA

经过时间公（…）两行星相距最远

c.2（1+，）77=1,3,5,

D经过时间公（…）两行星相距最远

2（”-4）72=1,3,5,

7.假设“天问一号”火星探测器在着陆火星前,‘天问一号"距火星表面高度

为h,绕火星做周期为7的匀速圆周运动，已知火星半径为R,引力常量为G,

下列说法正确的是（）

A.“天问一号”做圆周运动的角速度大小为2学7r

B.“天问一号”做圆周运动的线速度大小为2万（R+，

T

C.火星表面重力加速度为等

D.火星的质量为物萃

GT2

8.天舟七号货运飞船将采用3小时快速交会对接方式与天和核心舱实现地球外

400公里高度对接，由于北斗卫星的精准定位，将远距离导引过程由多圈次压缩

为一圈左右，从而实现快速对接。科学家发现沿霍曼椭圆轨道为最省钱轨道，如

图所示，天舟七号从近地点运动到远地点后再与天和核心舱对接，已知天和核心

舱的轨道半径是天舟七号在近地圆轨道I半径的〃倍；天和核心舱在轨道II上的

运动周期为"，地球半径为A,地球表面重力加速度为g。下面说法正确的是

（）

A.天舟七号通过加速从近地圆轨道I进入霍曼轨道

B.天舟七号在轨道II上通过加速可实现与天和核心舱对接

C.天和核心舱轨道离地面的高度为J邺组一R

V4兀2

D.若天舟七号从轨道I进入圆轨道n在霍曼轨道上恰好运动半周，其运动时

间为外于70

三、实验题（本大题共1小题）

9.(1)卡文迪许通过实验研究得出万有引力恒量的实验装置示意图是

图;库仑通过实验研究得出电荷之间相互作用力规律的实验装置示意图

是图_________

旋钮

悬丝

固

定金

属

球

/悬

吊

/在

的

丝

1上

棒

，

，

动

活

金

属

球

属

金

平

棒

端

衡

玻璃容器刻度

(b)

(2)卡文迪许利用如图所示的扭秤实验装置测量了引力常量2为了测量石英

丝极微的扭转角，该实验装置中采取使“微小量放大”的主要措施是。

A.增大T形架横梁的长度

B.利用平面镜对光线的反射

C.增大刻度尺与平面镜的距离

四、解答题(本大题共3小题)

10.中国探月工程(“嫦娥工程”)分为“绕”“落”“回”3个阶段，嫦娥五

号月球探测器已经成功实现采样返回，不久的将来中国宇航员将登上月球。已知

引力常量为G。

(1)若探测器在靠近月球表面的圆形轨道无动力飞行，测得其环绕周期为T,

忽略探测器到月面的高度，求月球的密度。

(2)忽略其他星球的影响，将地球和月球称为双星，他们受到彼此的万有引力

作用，分别围绕其连线上的某一点。做周期相同的匀速圆周运动，如图所示。已

知地球和月球中心之间的距离为3地球质量〃，月球质量〃，求月球的运动周

期为小

11.2023年，中国航天成功发射近七十次，其中某一卫星绕地球做匀速圆周运

动，已知地球的半径为凡已知该卫星绕地球运行的周期为7,距地球表面的高

度为R,引力常量为G。求：

(1)地球的质量M-,

(2)地球的密度夕。

12.改编自刘慈欣科幻小说的电影一一《流浪地球2》中，电影中的太空电梯非

常吸引人。如图甲所示。太空电梯的原理并不复杂，与生活中的普通电梯十分相

似。只需在地球同步轨道上建造一个空间站，并用某种足够长也足够结实的“绳

索”将其与地面相连，当空间站围绕地球运转时，宇航员、乘客以及货物可以通

过像电梯轿厢一样的升降舱沿“绳索”直入太空，这样不需要依靠火箭、飞船这

类复杂航天工具。现假设已经建成了如图所示的太空电梯，其通过超级缆绳将地

球赤道上的固定基地、同步空间站和配重空间站连接在一起，它们随地球同步旋

转。图中同步空间站与地球同步卫星处在同一个运行轨道，距离地面的高度为

%。配重空间站比同步空间站更高，P是缆绳上的一个平台，距离地面高度为

为。已知地球的半径大小为A,地球自转周期为7,引力常量为2求：

(1)求地球质量的表达式。

(2)平台P跟随地球自转的向心加速度的大小。

(3)若绑定同步空间站与配重空间站的缆绳均断裂，同步空间站将做―

(填圆周运动/离心运动/近心运动)，配重空间站将做______(填圆周运动/离

心运动/近心运动)。若此后配重空间站开始调整速度，最终以速度■在更高的

轨道环绕地球做圆周运动，求：

此时配重空间站距离地面的高度H的表达式。

一地步卫星、、、

「二、超级缆绳.、、、、、'、配重空间站

——A/、、口

参考答案

I.【答案】C

【详解】A.位置C距离月球最远，因此势能最大，根据机械能守恒，探测器动

能最小，速度最小，A错误；

B.从4点到5点，势能增大，动能减小，做减速运动，B错误；

Mm

C.根据万有引力提供向心力G器=ma,则在4点的距离最近，加速度最大，C

正确；

D.从夕点到C点加速度方向都指向月球，D错误；选C。

2.【答案】D

【详解】A.由于“天问一号”飞到火星位置时，已经脱离地球的束缚，但没有

脱离太阳的束缚，因此在地球上的发射速度介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之

间，A错误；

B.“天问一号”在着陆火星的过程中，火星引力做正功，因此引力势能减少,

动能增加，机械能守恒，B错误；

GMm47r4

C.由于^^二根才依+力①，而万《o夕，可得火星的密度

(«+/?)-1"3

3兀（R+协3

P=c错误;

GT2R3

D.根据吗=m匕②，①②联立解得火星的第一宇宙速度y=

R2RTNR

D正确。选D。

3.【答案】C

【详解】A.根据=解得v=\甲,近地卫星的环绕速度等于第一宇

rrVr

宙速度7.9km/s,圆形轨道I的轨道半径大于地球半径，则神舟十八号在I轨道

上稳定运行的速度小于7.9km/s,A错误；

B.神舟十八号在II轨道上由4向6运动时，只有万有引力做负功，则速度减

小，机械能不变，B错误；

C.II轨道相对于I轨道是高轨道，由高轨道到低轨道，需要在切点位置减速，

可知。在H轨道上经过4点的速度大于在I轨道上经过A点的速度，C正确；

D.神舟十八号应先变轨到n轨道，然后再通过加速完成与“天和”核心舱的对

接，D错误。选C。

4.【答案】D

【详解】A.观察、实验及科学推理，是物理学的基本方法，A正确；

B.物理规律可运用函数关系表示，也可运用图像表示，B正确；

C.牛顿通过几条简单的定律，说明了地面上物体的运动与宇宙空间中天体的运

动遵循相同的规律，C正确；

D.物理学的研究中，同样会运用数学中的“统计”、“概率”等方法或思想，D

错误。选D。

5.【答案】C

【详解】A.由图可知/是近地点，C点是远地点，在A的速度最大，在。的速度

最小，根据牛顿第二定律与万有引力定律有生旦=胸，可知在/点的加速度最

r

大，在C点的加速度最小，A错误；

B.卫星从4到。过程中，引力做负功，引力势能增大，即C点引力势能最大，

由于只有引力做功，则机械能守恒，B错误；

C.卫星从/经6到，的速度一直减小，从/经，到。的速度也一直减小，两种

情况下路程一样，根据对称性规律可知，卫星从/经，到c点的运动时间为

2

C正确；

D.卫星从6经/到。的速度一直大于从6经，到〃的速度，两种情况下的路程

一样，所以可知卫星从6经/到〃点的运动时间小于g,D错误。选C。

6.【答案】AC

【详解】AB.当A、B再次相距最近时，即A、B转过的角度之和为2万，即

In2"TT

一十一=21，解得”下、•》，A正确，B错误;

IB十iA

777977、

CD.经过时间乙A、B相距最远，则有t=nji(〃=1,3,5,…)，解

得，=2(7+T)(〃=1，3,5,…),C正确，D错误。选AC。

7.【答案】AB

【详解】AB.“天问一号”做圆周运动的角速度大小为0=干，“天问一号”做

圆周运动的线速度大小为v=o(R+/z)=二华也，AB正确;

D.根据万有引力提供向心力可得看GM不m7=机4条42(R+/0,可得火星的质量为

(/v+n)1

M=4/(W,口错误；

GT2

C.根据物体在火星表面受到的万有引力等于重力，可得竿=感,解得火星表

面重力加速度为8=空="生史，C错误。选AB。

R-R2T2

8.【答案】ACD

【详解】A.从近地圆轨道通过加速离心才能到达椭圆轨道，A正确;

B.天舟七号在轨道II上加速后将做离心运动，向着更高的轨道运动，即同轨道

上无法实现对接，B错误;

GMm4兀2又攀=g、h=r-R,解得

C.万有引力等于向心力，有——--=m一丁丁

修喑一R,C正确；

D.根据题意可知，天舟七号在霍曼轨道运动时间为椭圆轨道运动周期的一半,

（〃厂+厂了

根据开普勒第三定律有T二变

4D正确。选

⑵）858V/

ACD„

9.【答案】a；b；BC/CB

【详解】（1）[1]卡文迪许通过图a扭秤实验装置测得万有引力常量；

[2]库仑通过图b实验装置研究得出电荷之间相互作用力规律。

（2）[3]A.增大T形架横梁的长度，对测量石英丝极微小的扭转角没有作用，A

错误；

BC.为了测量石英丝极微小的扭转角，该实验装置中采取使“微小量放大”。利

用平面镜对光线的反射，来体现微小形变的。当增大刻度尺与平面镜的距离时，

转动的角度更明显，BC正确。选BC。

1。.【答案】⑴"善⑵『扁焉

【详解】（1）探测器在靠近月球表面的圆形轨道无动力飞行，则有

“一MM二

~Mm4%~八„P=-=----HK/曰3兀

G至='“亍人又Vd乃&，斛倚。=守

（2）设地球和月球运动的半径分别为公2，则可+4=工，根据万有引力提供向

、..-Mmx,4TC2-Mm4TI2„4W

心力，有G-^-=M^■可，G-^-二机亍■马，联乂，解Z得C3”=

G（M+m）

11.【答案】（1）葭；⑵。=券

32万

【详解】（1）根据G湍Mm=加方47r2-2r，解得地球的质量川=

GT2

M_24万

（2）地球的密度4乃.=布7

3万

12.【答案】（1）“=4/（祟丫；（2）1^（R+生）；（3）圆周运动，离心运

4兀2（R+"j

动，-R

【详解】(1)地球同步卫星得绕行周期为7,由万有引力提供向心力得

一

「Mm2兀iu)”=

G---------7r=m

(R+4)T

(2)P跟随地球自转，其自转角速度与地球同步卫星的绕行角速度相同，即

。=学27r，由圆周运动知识可知平台P跟