万有引力与航天-五年（2018-2022）高考物理真题汇编卷 全国卷版

考点五：万有引力与航天—五年（2018-

2022）高考物理真题专项汇编卷全国卷版

1.【2022全国乙】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40Okm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.【2021全国甲】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2.8xK/m。

已知火星半径约为3.4xlθ6∏ι，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m∕s2,则天间一号的停

泊轨道与火星表面的最远距离约为（）

A.6×IO5mB.6×IO6mC.6×107mD.6×IO8m

3.【2021全国乙】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IOOOAU（太阳到地球的

距离为IAU）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

A.4×104MB.4×106MC.4×108MD.4×1O'OM

4.【2020全国1】火星的质量约为地球质量的半径约为地球半径的;，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

5.【2020全国2】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（）

6.【2019全国1】在星球例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的半径是星球N的3倍，贝∣J（）

A.M与N的密度相等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.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

7.12019全国2】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6表示探测器与地球表面的距离，尸表示它所受的地球引力，能够描述尸随力变化

关系的图像是（）

8.12018全国1】2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原

的过程，在两颗中子星合并前约IoOS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、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

答案以及解析

1.答案：C

解析：航天员在“天宫二号”空间站中可以自由漂浮，是由于航天员在“天宫二号”空间站中处

于完全失重状态，飞船对航天员的作用力近似为零，所受地球引力大小不为零，选项AB错误；航

天员所受地球引力提供航天员随空间站运动的向心力，即航天员所受地球引力的大小与航天员随

空间站运动所需向心力的大小近似相等，选项C正确；由万有引力定律可知，航天员在地球表面

所受地球引力的大小大于航天员在空间站中所受地球引力的大小，所以在地球表面上所受引力的

大小大于航天员随空间站运动所需向心力的大小，选项D错误。

2.答案：C

MmMm4π2

解析：在火星表面有G=mg,火星近火卫星所受万有引力充当向心力有G=〃辛R，探

^κ

测器在停泊轨道上远行时有拉=关，探测器远火点与近火点与火星中心距离之和为24,联立可

得，停泊轨道与火星表面的最远距离约为6x10?m,C项正确。

3.答案：B

解析：由1994年到2002年间恒星S2的观测位置图可知，恒星S2绕黑洞运动的周期大约为

4=16年，半长轴为α=1000AU,设黑洞的质量为M黑，恒星S2质量为牡，将恒星S2绕黑洞

近似看成做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可得=空］；设地球质量为犯，

地球绕太阳运动的轨道半径为r=IAU,周期TJ=I年，由万有引力提供向心力可得

/\2

=,联立解得黑洞质量M黑弓4χl(TM,选项B正确。

r∖ʃi>

4.答案：B

解析：由万有引力定律可得，质量为机的物体在地球表面上时，受到的万有引力大小

为%=Gf一，在火星表面上时，受到的万有引力大小为七=G—上，二者的比

稣K火

居，Mj,Rl

值T==04,故B正确，ACD错误。

5.答案：A

4

解析：设星体半径为R,则其质量在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星所受

万有引力提供向心力，有G笔=W芸∙R,联立解得T=总，故A选项正确，B、C、D选项

错误。

6.答案:AC

解析:对物体在弹簧上向下运动的过程应用牛顿第二定律得〃-丘=W，则α=g-Xχ,结合

tn

k3a1kan

n

α-x图像可得，重力加速度giw=3&、g,v=%，二1=二一'二联立可解得⅛=6wp,故

flipʌŋ•1IQ4人0

B选项错。认为星球表面的重力等于万有引力，即,咫=G粤，则星球质量星球的密

R-G

R2g

度夕=竺=7鼠由此可知M星球与N星球的密度之比为久L=噂L=3%xg=l,故

V士成34兀GRPNg∕v%⅜3

3

A选项正确。设弹簧的最大压缩量为/，此时物体动能为零，由机械能守恒定律有％?Xn

则Xm=孚，由止匕可得土丝=皿L=6x兽=2,故D选项错。当物体加速度等于零时，速度最

3

kXmW¾

2

大，动能最大，由机械能守恒定律有，Etim=mgx'-^kx',结合侬=标可得Ekm=；丘”，此时

P、。对应的弹簧的压缩量分别为％和2x°,故有J⅛=ja]=4,故C选项正确。

EkmPIXo)

7.答案：D

解析：在嫦娥四号探测器“奔向”月球的过程中，根据万有引力定律，可知随着〃的增大，探测