考点5 万有引力与航天-五年（2020-2024年）高考物理真题专项分类汇编

五年（2020-2024）高考真题专项分类汇编PAGEPAGE16考点5万有引力与航天—五年（2020—2024年）高考物理真题专项分类汇编一、单选题1．[2024年海南高考真题]嫦娥六号进入环月圆轨道，周期为T，轨道高度与月球半径之比为k，引力常量为G，则月球的平均密度为()A. B. C. D.2．[2024年甘肃高考真题]小杰想在离地表一定高度的天宫实验室内，通过测量以下物理量得到天宫实验室轨道处的重力加速度，可行的是()A.用弹簧秤测出已知质量的砝码所受的重力B.测量单摆摆线长度、摆球半径以及摆动周期C.从高处释放一个重物、测量其下落高度和时间D.测量天宫实验室绕地球做匀速圆周运动的周期和轨道半径3．[2024年山东高考真题]“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。已知地球同步卫星的轨道半径为r，则月球与地球质量之比可表示为()A. B. C. D.4．[2024年湖北高考真题]太空碎片会对航天器带来危害。设空间站在地球附近沿逆时针方向做匀速圆周运动，如图中实线所示。为了避开碎片，空间站在P点向图中箭头所指径向方向极短时间喷射气体，使空间站获得一定的反冲速度，从而实现变轨。变轨后的轨道如图中虚线所示，其半长轴大于原轨道半径。则()A.空间站变轨前、后在P点的加速度相同B.空间站变轨后的运动周期比变轨前的小C.空间站变轨后在P点的速度比变轨前的小D.空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的大5．[2024年浙江高考真题]与地球公转轨道“外切”的小行星甲和“内切”的小行星乙的公转轨道如图所示，假设这些小行星与地球的公转轨道都在同一平面内，地球的公转半径为R，小行星甲的远日点到太阳的距离为，小行星乙的近日点到太阳的距离为，则()A.小行星甲在远日点的速度大于近日点的速度B.小行星乙在远日点的加速度小于地球公转加速度C.小行星甲与乙的运行周期之比D.甲乙两星从远日点到近日点的时间之比=6．[2024年贵州高考真题]土星的部分卫星绕土星的运动可视为匀速圆周运动，其中的两颗卫星轨道半径分别为，且，向心加速度大小分别为，则()A. B. C. D.7．[2024年安徽高考真题]2024年3月20日，我国探月工程四期鹊桥二号中继星成功发射升空。当抵达距离月球表面某高度时，鹊桥二号开始进行近月制动，并顺利进入捕获轨道运行，如图所示，轨道的半长轴约为51900km。后经多次轨道调整，进入冻结轨道运行，轨道的半长轴约为9900km，周期约为24h。则鹊桥二号在捕获轨道运行时()A.周期约为144hB.近月点的速度大于远月点的速度C.近月点的速度小于在冻结轨道运行时近月点的速度D.近月点的加速度大于在冻结轨道运行时近月点的加速度8．[2024年广西高考真题]潮汐现象出现的原因之一是在地球的不同位置海水受到月球的引力不相同。图中a、b和c处单位质量的海水受月球引力大小在()A.a处最大 B.b处最大C.c处最大 D.a、c处相等，b处最小9．[2024年江西高考真题]“嫦娥六号”探测器于2024年5月8日进入环月轨道，后续经调整环月轨道高度和倾角，实施月球背面软着陆。当探测器的轨道半径从调整到时（两轨道均可视为圆形轨道），其动能和周期从、，分别变为、。下列选项正确的是()A. B.C. D.10．[2023年浙江高考真题]太阳系各行星几乎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11．[2023年北京高考真题]2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破。“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为720km，运行一圈所用时间约为100分钟。如图所示，为了随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”。下列说法正确的是()A.“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为1°B.“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于7.9km/sC.“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离12．[2022年天津高考真题]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星系统进行信号传输，天地通信始终高效稳定。已知空间站在距离地面400km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36000km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二、计算题13．[2024年北京高考真题]科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质（星体等）在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。以某一点O为观测点，以质量为m的小星体（记为P）为观测对象。当前P到O点的距离为，宇宙的密度为。（1）求小星体P远离到处时宇宙的密度ρ；（2）以O点为球心，以小星体P到O点的距离为半径建立球面。P受到的万有引力相当于球内质量集中于O点对P的引力。已知质量为和、距离为R的两个质点间的引力势能，G为引力常量。仅考虑万有引力和P远离O点的径向运动。a.求小星体P从处远离到处的过程中动能的变化量；b.宇宙中各星体远离观测点的速率v满足哈勃定律，其中r为星体到观测点的距离，H为哈勃系数。H与时间t有关但与r无关，分析说明H随t增大还是减小。三、多选题14．[2024年湖南高考真题]2024年5月3日，“嫦娥六号”探测器顺利进入地月转移轨道，正式开启月球之旅。相较于“嫦娥四号”和“嫦娥五号”，本次的主要任务是登陆月球背面进行月壤采集，并通过升空器将月壤转移至绕月运行的返回舱，返回舱再通过返回轨道返回地球。设返回舱绕月运行的轨道为圆轨道，半径近似为月球半径。已知月球表面重力加速度约为地球表面的，月球半径约为地球半径的。关于返回舱在该绕月轨道上的运动，下列说法正确的是()A.其相对于月球的速度大于地球第一宇宙速度B.其相对于月球的速度小于地球第一宇宙速度C.其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的倍D.其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的倍15．[2024年河北高考真题]2024年3月20日，鹊桥二号中继星成功发射升空，为嫦娥六号在月球背面的探月任务提供地月间中继通信。鹊桥二号采用周期为24h的环月椭圆冻结轨道（如图），近月点A距月心约为，远月点B距月心约为，CD为椭圆轨道的短轴，下列说法正确的是()A.鹊桥二号从C经B到D的运动时间为12hB.鹊桥二号在两点的加速度大小之比约为81:1C.鹊桥二号在两点的速度方向垂直于其与月心的连线D.鹊桥二号在地球表面附近的发射速度大于7.9km/s且小于11.2km/s16．[2023年重庆高考真题]某卫星绕地心的运动视为匀速圆周运动，其周期为地球自转周期T的，运行的轨道与地球赤道不共面，如图所示。时刻，卫星恰好经过地球赤道上P点正上方。地球的质量为M，半径为R，引力常量为G。则()A.卫星距地面的高度为B.卫星与位于P点处物体的向心加速度大小比值为C.从时刻到下一次卫星经过P点正上方时，卫星绕地心转过的角度为D.每次经最短时间实现卫星距P点最近到最远的行程，卫星绕地心转过的角度比地球的多17．[2022年辽宁高考真题]如图所示，行星绕太阳的公转可以看作匀速圆周运动，在地面上容易测得地球-水星连线与地球-太阳连线夹角α，地球-金星连线与地球-太阳连线夹角β。两角最大值分别为，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D.水星与金星的公转线速度之比为18．[2023年海南高考真题]如图所示，1、2轨道分别是天宫二号飞船在变轨前、后的轨道，下列说法正确的是()A.飞船从1轨道变到2轨道要点火加速 B.飞船在1轨道周期大于2轨道的C.飞船在1轨道速度大于2轨道的 D.飞船在1轨道加速度大于2轨道的19．[2021年福建高考真题]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的位置变化进行了持续观测，记录到的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，Q与O的距离约为（太阳到地球的距离为），的运行周期约为16年。假设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()A.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.在P点与Q点的速度大小之比 D.在P点与Q点的加速度大小之比

——★参考答案★——1．答案：D解析：设月球半径为R，质量为M，对嫦娥六号，根据万有引力提供向心力月球的体积月球的平均密度联立可得故选D。2．答案：D解析：在天宫实验室内，物体处于完全失重状态，重力提供了物体绕地球匀速圆周运动的向心力，故ABC中的实验均无法得到天宫实验室轨道处的重力加速度。由重力提供绕地球做匀速圆周运动的向心力得整理得轨道重力加速度为故通过测量天宫实验室绕地球做匀速圆周运动的周期和轨道半径可行，D正确。故选D。3．答案：D解析：“鹊桥二号”中继星在24小时椭圆轨道上运行时，根据开普勒第三定律有，对地球的同步卫星由开普勒第三定律有，则有，D正确。4．答案：A解析：变轨前、后，根据可知，空间站在P点的加速度相同A正确由于变轨后的轨道半长轴大于变轨前的轨道半径，则根据开普勒第三定律可知，空间站变轨后的运动周期比变轨前的大B错误变轨时，空间站喷气加速，因此变轨后其在P点的速度比变轨前的大C错误变轨后，空间站在近地点的速度最大，大于变轨后在P点的速度，结合C项分析可知，变轨后空间站在近地点的速度大于变轨前的速度D错误5．答案：D解析：A.根据开普勒第二定律，小行星甲在远日点的速度小于近日点的速度，故A错误；B.根据小行星乙在远日点的加速度等于地球公转加速度，故B错误；C.根据开普勒第三定律，小行星甲与乙的运行周期之比故C错误；D.甲乙两星从远日点到近日点的时间之比即为周期之比故D正确。故选D。6．答案：D解析：设土星的质量为M，两颗卫星的质量分别为，对两颗卫星，根据牛顿第二定律，，整理可得，故选D。7．答案：B解析：A.冻结轨道和捕获轨道的中心天体是月球，根据开普勒第三定律得整理得A错误；B.根据开普勒第二定律得，近月点的速度大于远月点的速度，B正确；C.近月点从捕获轨道到冻结轨道鹊桥二号进行近月制动，捕获轨道近月点的速度大于在冻结轨道运行时近月点的速度，C错误；D.两轨道的近月点所受的万有引力相同，根据牛顿第二定律可知，近月点的加速度等于在冻结轨道运行时近月点的加速度，D错误。故选B。8．答案：A解析：根据万有引力公式可知图中a处单位质量的海水受到月球的引力最大；故选A。9．答案：A解析：10．答案：B解析：11．答案：A解析：“夸父一号”的运行轨道平面始终与太阳保持固定的取向，由几何关系可知，其转动的角度与地球绕太阳公转的角度一致，地球绕太阳一周转动360°，运行周期约为365天，则“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动角度约为1°，A对；“夸父一号”绕地球做圆周运动时，万有引力提供向心力，即，可知，地球的第一宇宙速度为卫星轨道半径等于地球半径R时的速度，而“夸父一号”的运行轨道半径大于R，则其运行速度小于7.9km/s，B错；地球表面的重力加速度满足，解得，“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度满足，解得，又“夸父一号”的运行轨道半径大于R，则其向心加速度小于地球表面的重力加速度，C错；“夸父一号”绕行的中心天体为地球，地球绕行的中心天体为太阳，中心天体不同，开普勒第三定律不适用，D错。12．答案：C解析：同步卫星始终在赤道正上方，所以不会经过天津正上空，A错误；由得，由于该卫星的轨道半径大于空间站的轨道半径，所以该卫星的运行周期大于空间站的运行周期，该卫星的加速度小于空间站的加速度，C正确，B错误；第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大环绕速度，所以该卫星的运行速度不会大于第一宇宙速度，D错误。13．答案：（1）；（2）a.；b.H随t增大而减小解析：（1）在宇宙中所有位置观测的结果都一样，则小星体P运动前后距离O点半径为和的球内质量相同，即解得小星体P远离到处时宇宙的密度（2）a.此球内的质量P从处远离到处，由能量守恒定律得，动能的变化量b.由a知星体的速度随增大而减小，星体到观测点距离越大，运动时间t越长，由知，H减小，故H随t增大而减小。14．答案：BD解析：地球上的第一宇宙速度等于卫星在近地轨道的环绕速度，根据万有引力定律知，结合得第一宇宙速度，又，可知返回舱相对月球的速度小于地球上的第一宇宙速度，选项A错误，B正确；根据万有引力定律知，在近地（月）轨道上有，又，得，可得，可知选项C错误，D正确。15．答案：BD解析：鹊桥二号从C经B到D过程与月心连线扫过的面积大于鹊桥二号从D经A到C过程与月心连线扫过的面积，由开普勒第二定律可知，鹊桥二号从C经B到D的运动时间大于鹊桥二号从D经A到C的运动时间，又，故，A错误；鹊桥二号运动过程中，由牛顿第二定律有，则鹊桥二号在两点的加速度大小之比，B正确；由速度方向为轨迹切线方向结合几何关系可知，鹊桥二号在两点的速度方向不垂直于其与月心的连线，C错误；由于鹊桥二号的轨道为椭圆形，则鹊桥二号在地球表面附近的发射速度大于第一宇宙速度（7.9km/s），又其没有完全脱离地球的束缚，所以其发射速度大于第一宇宙速度（7.9km/s）且小于第二宇宙速度（11.2km/s），D正确。16．答案：BCD解析：对卫星由万有引力提供向心力有，解得，A错误；对卫星有，对地球赤道上P点处的物体有，联立解得，B正确；设从时刻到卫星经过P点正上方的时间为t，假设下一次卫星经过P点正上方时是在地球的另一侧关于球心对称的位置，则卫星运动的圈数和地球运动的圈数均为整数圈加半圈，又地球运动的半周期为，则有均为正整数，联立得，显然假设不成立，故下一次卫星经过P点正上方时还是在时刻的位置，则卫星运动的圈数和地球运动的圈数均为整数圈，又地球运动的周期为T，卫星运动的周期为，则有均为正整数，联立得，得最小的满足条件的，即从时刻到下一次卫星经过P点正上方的过程，卫星运动了10圈，所以卫星绕地心转过的角度为，C正确；设实现卫星距P点最近到