专题03 万有引力与航天 2020-2026年高考物理真题分类汇编（山东）

高考真题分类解析PAGE试卷第=1页，共=sectionpages33页PAGE1专题03万有引力与航天7年真题1年模拟考点分类山东考情（2020-2026）命题规律考点01开普勒三定律的应用2026山东卷2024山东卷情境：多以天体的椭圆运动、周期/轨道半长轴比较为背景，常结合航天工程实际场景出题。考点：开普勒第三定律、开普勒第二定律，部分涉及中心天体质量与开普勒常量的关联。题型：均为选择题，以单选题为主，少量多选题。综合：少数结合万有引力定律、天体运动的变轨问题综合命题。考点02万有引力定律的应用2025山东卷2023山东卷2022山东卷2021山东卷2020山东卷情境：围绕行星/卫星圆周运动、天体表面重力加速度、航天器变轨/弹射、双星系统、星际探测着陆等航天实际场景设置问题，背景贴近我国航天工程热点。考点：万有引力提供圆周运动向心力、天体表面重力与万有引力的关系、动量守恒、机械能变化分析、向心加速度/线速度/周期的推导计算。题型：以单选题为主，近年多选题占比有所提升，暂未出现计算题。综合：难度中等偏上，常结合运动学规律、动量守恒、能量守恒等知识点综合考查，对公式推导和规律应用能力要求较高。考点01开普勒三定律1．（2026·山东·高考真题）海王星的卫星海卫二绕海王星的公转周期与地球公转周期近似相等。若太阳与海王星的质量比为，定义地球与太阳间的距离为1个天文单位（1AU），则海卫二公转轨道的半长轴约为（

）A． B． C． D．2．（2024·山东·高考真题）“鹊桥二号”中继星环绕月球运行，其24小时椭圆轨道的半长轴为a。已知地球静止卫星的轨道半径为r，则月球与地球质量之比可表示为（）A． B． C． D．考点02万有引力定律的应用1．（2025·山东·高考真题）轨道舱与返回舱的组合体，绕质量为M的行星做半径为r的圆周运动，轨道舱与返回舱的质量比为。如图所示，轨道舱在P点沿运动方向向前弹射返回舱，分开瞬间返回舱相对行星的速度大小为，G为引力常量，此时轨道舱相对行星的速度大小为（

）A． B． C． D．2．（2023·山东·高考真题）牛顿认为物体落地是由于地球对物体的吸引，这种吸引力可能与天体间（如地球与月球）的引力具有相同的性质、且都满足。已知地月之间的距离r大约是地球半径的60倍，地球表面的重力加速度为g，根据牛顿的猜想，月球绕地球公转的周期为（

）A． B． C． D．3．（2022·山东·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n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，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为（

）A． B．C． D．4．（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r。导体绳所受的安培力克服大小为f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H，导体绳长为，地球半径为R，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（）A． B．C． D．5．（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∶1 B．9∶2 C．36∶1 D．72∶16．（2020·山东·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m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t0、速度由v0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． B． C． D．1．（2026·山东青岛·一模）2025年，捷龙三号遥八运载火箭在山东近海海域将吉利星座06组卫星送入约600km高度的圆轨道。已知地球半径约为6400km，地球静止轨道半径约为42000km，则卫星一天绕地球运动的圈数约为（）A．12 B．15 C．16 D．182．（2026·山东滨州·一模）张洪章作为中国第二位进入太空的载荷专家，主要负责空间站科研实验、配合完成出舱活动、设备维护等任务。空间站绕地球做匀速圆周运动，距地面高度为h，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，则张洪章t时间内随空间站在太空中运动的路程为（）A． B． C． D．3．（2026·山东淄博·一模）我国“天关”卫星捕捉到一个异常的X射线源，推断为某黑洞撕裂并吞噬白矮星的过程。在吞噬初期的较短时间内，可将二者视为双星系统如图所示，黑洞和白矮星绕连线上点做匀速圆周运动，初始时两星间距为。若系统总质量保持不变，运行周期变为原来的倍。忽略其他天体影响，此时黑洞与白矮星的间距变为（）A． B． C． D．4．（2026·山东聊城·一模）将两个相同的弹簧振子，分别竖直悬挂在地球和某行星表面处，发现在地球上弹簧的伸长量是在该行星上弹簧伸长量的4倍。已知地球质量是该行星质量的倍，则该行星与地球半径之比为（）A． B． C． D．5．（2026·山东济宁·一模）2025年7月15日，天舟九号货运飞船成功对接空间站天和核心舱，交会对接的示意图如图所示，飞船首先进入预定圆轨道I，之后经椭圆轨道II与在圆轨道III运行的空间站在点完成交会对接，对接后空间站仍在圆轨道III运行。已知轨道I、III的半径分别为、，轨道I、II相切于点，轨道II、III相切于点。下列说法正确的是（）A．飞船在轨道I上的周期小于在轨道II上的周期B．飞船在轨道I上的机械能大于在轨道II上的机械能C．飞船与空间站完成对接后，空间站的运行加速度变小D．飞船在轨道II上运行时，在、两点的速度之比为6．（2026·山东菏泽·一模）地球的公转轨道接近圆，哈雷彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是1986年，预测下次飞近地球将在2061年。若哈雷彗星在近日点和远日点与太阳中心的距离为和。则（）A．哈雷彗星的公转周期大约为150年B．哈雷彗星在近日点与远日点的速度比值C．哈雷彗星在近日点和远日点的加速度大小之比D．哈雷彗星通过与地球轨道的交点时的速度小于地球经过该点时的速度7．（2026·山东日照·一模）太阳和地球所在的连线上有如图所示的两个拉格朗日点、，在地球轨道内侧，在地球轨道外侧。嫦娥五号轨道器处于点，在地球和太阳共同引力作用下与地球一起同步绕太阳做匀速圆周运动。已知太阳中心到地球中心的距离为r，太阳的质量为M，地球的质量为m。不考虑其他天体的引力作用，下列说法正确的是（

）A．嫦娥五号轨道器绕太阳运动的向心力大于地球公转的向心力B．嫦娥五号轨道器绕太阳运动的向心加速度大于地球公转的向心加速度C．根据以上条件可以求出嫦娥五号轨道器到地球中心的距离D．根据以上条件可以求出嫦娥五号轨道器的向心力8．（2026·山东临沂·一模）如图所示，点是地月天体系统中位于月球外侧地月连线上的一个拉格朗日点。若飞行器位于点时会在地球、月球对它引力的共同作用下，恰好和月球一起绕地球以相同的角速度做匀速圆周运动。已知地球的质量为，月球的质量为，地心、月心间距为L，月心到点的距离为d，若发射一颗质量为m的卫星使其处于拉格朗日点位置，下列说法中正确的是（）A．该卫星和月球绕地球运动的向心加速度相等B．该卫星绕地球运动的周期大于月球绕地球运动的周期C．题目中相关物理量满足关系式D．题目中相关物理量满足关系式9．（2026·山东东营·一模）我国“天宫”空间站运行在距地面高度h的圆轨道上，轨道处存在稀薄的大气，在其影响下空间站无动力自主运行轨道高度会缓慢下降，但仍然可以认为在圆形轨道上运行。取距地球无限远处为地球引力势能零点，空间站的引力势能表示为，其中M为地球质量，m为空间站质量，r为空间站轨道半径。经过一段时间，轨道半径减小了Δr（Δr≪r）。下列说法正确的是（）A．遇到稀薄气体，轨道高度下降后，空间站运行速度变小B．空间站在高度为h处的轨道运行时，周期C．打开发动机让空间站重新回到原轨道，发动机至少需做功D．宇航员在空间站中处于完全失重状态，不受重力10．（2026·山东泰安·一模）如图所示，有两颗绕地球做椭圆运动的卫星1和卫星2，它们轨道的近地点到地球表面的最近距离均为，远地点到地球表面的最近距离分别为、，环绕地球运动的周期之比。已知万有引力常量为，地球表面的重力加速度为，忽略地球的自转，两卫星均可看作质点，则地球质量为（）A． B． C． D．11．（2026·山东枣庄·一模）某人造卫星绕月球沿椭圆轨道运行，其近月点高度为0.5R，远月点高度为1.5R，R为月球半径。已知月球表面的重力加速度为g月，关于该卫星，下列说法正确的是（）A．卫星在远月点的速度大于近月点的速度 B．卫星的最小加速度为C．卫星的运行周期为 D．从近月点运动到远月点，卫星的机械能增加12．（2026·山东菏泽·二模）2026年8月，我国将发射嫦娥七号开展月球南极探测，配套中继卫星运行于地月拉格朗日点（该点位于地月连线延长线、月球背向地球一侧），中继卫星与月球保持相对静止、同步绕地心做匀速圆周运动。下列说法正确的是（）A．中继卫星的重力势能大于月球的重力势能B．中继卫星的向心力大小由地球的质量决定C．中继卫星运行的线速度大于月球绕地球的线速度D．中继星的向心加速度与月球绕地球公转的向心加速度相等13．（2026·山东青岛·二模）2026年我国将要发射“嫦娥七号”探测器，对月球南极开展环境与资源勘查。探测器由轨道器、着陆器等组成。如图所示，轨道器在半径为r的圆形极月轨道上运行，运行周期为T。已知月球的半径为R，万有引力常量为G，忽略月球自转。下列说法正确的是（）A．月球的质量为 B．月球的质量为C．月球表面的重力加速度为 D．月球表面的重力加速度为14．（2026·山东临沂·二模）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a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Q完成同样的过程，其a—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2倍，则（）A．星球M与N重力加速度之比为B．星球M与N的第一宇宙速度之比C．Q下落过程中的最大动能是P的4倍D．Q下落过程中弹簧的最大弹性势能是P的6倍15．（2026·山东聊城·二模）“食双星”是一种双星系统，两颗恒星在引力作用下绕连线上某点做匀速圆周运动，由于距离遥远，观测者不能把两颗星区分开，但两颗恒星的彼此“掩食”会使观测到的亮度发生周期性变化。如图所示，两颗恒星相邻两次“掩食”的时刻分别为、。时刻，较亮的恒星遮挡较暗的恒星，观测到亮度L稍微减弱；时刻，较暗的恒星遮挡较亮的恒星，观测到亮度L减弱比较明显。若双星间的距离始终为d，引力常量为G，不计其他星球的影响，下列说法正确的是（）A．根据已知条件，可求得两恒星质量之比 B．双星系统的角速度为C．双星系统的总质量为 D．双星做圆周运动的速率之和为16．（2026·山东日照·二模）“嫦娥六号”月球探测器于2024年6月采样返回。如图所示，探测器返回过程中，从圆轨道Ⅰ上P点变轨后进入椭圆轨道Ⅱ，Q为远月点。则探测器（

）A．在轨道Ⅰ上的周期小于轨道Ⅱ上的周期B．在轨道Ⅰ上P点的速度等于轨道Ⅱ上P点的速度C．在轨道Ⅱ上从P点向Q点运动过程中加速度逐渐增大D．在轨道Ⅱ上从P点向Q点运动过程中机械能逐渐增大17．（2026·山东德州·二模）一质量为的卫星围绕地球做椭圆运动，其轨道的半长轴为，地球的质量为，卫星的引力势能（r为卫星到地心的距离），万有引力常量为。该卫星在椭圆轨道上的机械能为（）A． B． C． D．18．（2026·山东潍坊·二模）如图所示，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，运行周期为，P为近日点，Q为远日点，M、N为短轴的两个端点；地球绕太阳沿圆轨道运动，轨道半径为r，公转周期为。已知海王星在近日点与太阳中心的距离为，线速度大小为；在远日点与太阳中心的距离为，线速度大小为。下列说法正确的是（）A．B．C．海王星沿轨道顺时针从P到M所用的时间为D．海王星沿轨道顺时针从M到N，万有引力对它先做正功后做负功19．（2026·山东东营·二模）2026年4月1日，阿尔忒弥斯2号（ArtemisⅡ）踏上了人类自1972年以来首次绕月旅程。如图阿尔忒弥斯2号首先发射到近地轨道Ⅰ，在A点加速后进入椭圆轨道Ⅱ，此后多次加速后掠过月球背面，在弹弓效应下，无需动力返回地球。则下列正确的是（）A．阿尔忒弥斯2号要飞到B点，在A点速度需大于11.2km/sB．阿尔忒弥斯2号从B点返回A点的过程中速度一直变大C．在Ⅰ、Ⅱ轨道经过A点时，向心加速度D．从B返回A点的过程中，阿尔忒弥斯2号在地月系统中机械能守恒20．（2026·山东济宁·二模）在人类星际移民探索中，中国科学家正将目光投向土星的卫星“土卫六”。若“土卫六”绕土星、月球绕地球的运动均视为匀速圆周运动，已知“土卫六”的轨道半径为月球轨道半径的倍，公转周期为月球公转周期的倍，则土星质量与地球质量的比值为（）A． B． C． D．21．（2026·山东枣庄·二模）某行星的半径为，卫星贴近其表面沿圆周绕行的周期为。该行星表面的水平面上有一倾角为的斜面，如图所示，小球从斜面上一点以水平初速度抛出，之后落回斜面。若小球仅受该行星的引力作用，则小球抛出后在空中运动的时间为（）A． B． C． D．22．（2026·山东淄博·一模）（多选）根据沙漏计时的理论模型可知：单位时间内流出的沙子质量（）与沙子的密度、重力加速度以及沙漏开口的横截面积有关，即，式中、、、均为无单位的常数。已知地球质量为月球质量的p倍，地球半径为月球半径的q