2020-2024年高考物理试题分类训练：万有引力与航天

专题05万有引力与航天

一、单选题

1.（2024•山东•统考高考真题）牛顿认为物体落地是由于地球对物体的吸引，这种吸

Mm

引力可能与天体间（如地球与月球）的引力具有相同的性质、且都满足尸8；丁。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乡依据牛顿的

猜想，月球绕地球公转的周期为（)

A.30KB.30TI.£C.120KD.120K

gg

【答案】c

【详解】设地球半径为兄由题知，地球表面的重力加速度为g,则有

mS=G^-

K

月球绕地球公转有

加地四月4/

G加月亍-

r2

r=607?

联立有

r

7=120%

g

故选Co

2.（2024•北京•统考高考真题）2024年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父

一号”成功放射，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，须要其轨道平

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/s

C.“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，依据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离

【答案】A

【详解】A.因为“夸父一号”轨道要始终保持要太阳光照射到，则在一年之内转动360。

角，即轨道平面平均每天约转动1°,故A正确；

B.第一宇宙速度是全部绕地球做圆周运动的卫星的最大环绕速度，则“夸父一号”的

速度小于7.9km/s,故B错误;

C.依据

可知“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故c错

误；

D.“夸父一号”绕地球转动，地球绕太阳转动，中心天体不同，则依据题中信息不能

求解地球与太阳的距离，故D错误。

故选Ao

3.（2024•北京•统考高考真题）在太空试验室中可以利用匀速圆周运动测量小球质量。

如图所示，不行伸长的轻绳一端固定于。点，另一端系一待测小球，使其绕。做匀速圆

周运动，用力传感器测得绳上的拉力为“用停表测得小球转过〃圈所用的时间为力，

用刻度尺测得。点到球心的距离为圆周运动的半径几下列说法正确的是（）

A.圆周运动轨道可处于随意平面内

B.小球的质量为上纪

C.若误将n-l圈记作〃圈，则所得质量偏大

D.若测7?时未计入小球半径，则所得质量偏小

【答案】A

【详解】A.空间站内的物体都处于完全失重状态，可知圆周运动的轨道可处于随意平

面内，故A正确；

B.依据

F=mco^R

解得小球质量

Ff

rn=----------

故B错误；

C.若误将ml圈记作〃圈，则得到的质量偏小，故C错误；

D.若测〃时未计入小球的半径，则A偏小，所测质量偏大，故D错误。

故选Ao

4.（2024•湖南•统考高考真题）依据宇宙大爆炸理论，密度较大区域的物质在万有引

力作用下，不断聚集可能形成恒星。恒星最终的归宿与其质量有关，假如质量为太阳质

量的1~8倍将坍缩成白矮星，质量为太阳质量的10~20倍将坍缩成中子星，质量更大

的恒星将坍缩成黑洞。设恒星坍缩前后可看成质量匀整分布的球体，质量不变，体积缩

小，自转变快.不考虑恒星与其它物体的相互作用.已知逃逸速度为第一宇宙速度的血

倍，中子星密度大于白矮星。依据万有引力理论，下列说法正确的是（）

A.同一恒星表面随意位置的重力加速度相同

B.恒星坍缩后表面两极处的重力加速度比坍缩前的大

C.恒星坍缩前后的第一宇宙速度不变

D.中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度

【答案】B

【详解】A.恒星可看成质量匀整分布的球体，同一恒星表面随意位置物体受到的万有

引力供应重力加速度和绕恒星自转轴转动的向心加速度，不同位置向心加速度可能不

同，故不同位置重力加速度的大小和方向可能不同，A错误；

B.恒星两极处自转的向心加速度为零，万有引力全部供应重力加速度。恒星坍缩前后

可看成质量匀整分布的球体，质量不变，体积缩小，由万有引力表达式心可知,

恒星表面物体受到的万有引力变大，依据牛顿其次定律可知恒星坍缩后表面两极处的重

力加速度比坍缩前的大。B正确;

C.由第一宇宙速度物理意义可得

GMmv2

———=m一

R?R

整理得

恒星坍缩前后质量不变，体积缩小，故第一宇宙速度变大，C错误;

D.由质量分布匀整球体的质量表达式加=^尺"得

3M

R=i

4年

已知逃逸速度为第一宇宙速度的血倍，则

2GM

v'=y/2v=

联立整理得

"2=27=3

R

由题意可知中子星的质量和密度均大于白矮星，结合上式表达式可知中子星的逃逸速度

大于白矮星的逃逸速度，D错误。

故选Bo

5.（2024•浙江•统考高考真题）木星的卫星中，木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动

的周期之比为1:2:4。木卫三周期为7,公转轨道半径是月球绕地球轨道半径r的〃倍。

月球绕地球公转周期为八，则（)

n

A.木卫一轨道半径为3rB-木卫二轨道半径为y

16

3D.木星质量与地球质量之比为却

c.周期7与3之比为“5

【答案】D

【详解】依据题意可得，木卫3的轨道半径为

r3=nr

AB.依据万有引力供应向心力

„Mm472

Grm^R

可得

GMT2

R=h

47r2

木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为1:2:4,可得木卫一轨道半径为

nr

木卫二轨道半径为

nr

故AB错误;

C.木卫三围绕的中心天体是木星，月球的围绕的中心天体是地球，依据题意无法求出

周期T与％之比，故C错误；

D.依据万有引力供应向心力，分别有

联立可得

一与③

故D正确。

故选Do

6.（2024•辽宁•统考高考真题）在地球上视察，月球和太阳的角直径（直径对应的张

角）近似相等，如图所示。若月球绕地球运动的周期为V，地球绕太阳运动的周期为

T2,地球半径是月球半径的4倍，则地球与太阳的平均密度之比约为（）

眼角直径________

一①

月球太阳

z、2z、2

…悟K腐_C.中D.平

【答案】D

【详解】设月球绕地球运动的轨道半径为r»地球绕太阳运动的轨道半径为念，依据

Mm

G-金

T2

可得

/地一月4/

r；-二机月T2

4/

二根地丁2%

丫2

其中

ri生k?

联立可得

。地=1

。日Z3

故选Do

7.（2024•湖北•统考高考真题）2024年12月8日，地球恰好运行到火星和太阳之间,

且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面内

沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为3:2,如图所示。

依据以上信息可以得出（）

A.火星与地球绕太阳运动的周期之比约为27：8

B.当火星与地球相距最远时，两者的相对速度最大

C.火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为9：4

D.下一次“火星冲日”将出现在2024年12月8日之前

【答案】B

【详解】A.火星和地球均绕太阳运动，由于火星与地球的轨道半径之比约为3：2,依

据开普勒第三定律有

故A错误；

B.火星和地球绕太阳匀速圆周运动，速度大小均不变，当火星与地球相距最远时，由

于两者的速度方向相反，故此时两者相对速度最大，故B正确；

C.在星球表面依据万有引力定律有

厂Mm

G—r=mg

由于不知道火星和地球的质量比，故无法得出火星和地球表面的自由落体加速度，故C

错误；

D.火星和地球绕太阳匀速圆周运动，有

要发生下一次火星冲日则有

2%2%

可知下一次“火星冲日”将出现在2024年12月18日之后，故D错误。

故选Bo

8.（2024•山西•统考高考真题）2024年5月，世界现役运输实力最大的货运飞船天

舟六号，携带约5800kg的物资进入距离地面约400km（小于地球同步卫星与地面的距

离）的轨道，顺当对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后，这批物资（）

A.质量比静止在地面上时小B.所受合力比静止在地面上时小

C.所受地球引力比静止在地面上时大D.做圆周运动的角速度大小比地球自转

角速度大

【答案】D

【详解】A.物体在低速（速度远小于光速）宏观条件下质量保持不变，即在空间站和

地面质量相同，故A错误；

BC.设空间站离地面的高度为力，这批物质在地面上静止合力为零，在空间站所受合力

为万有引力即

（R+/7）2

在地面受地球引力为

因此有片＞P，故BC错误;

D.物体绕地球做匀速圆周运动万有引力供应向心力

这批物质在空间站内的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，因此这批物质的角速度大于

同步卫星的角速度，同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，即这批物质的角速度大

于地球自转的角速度，故D正确。

故选D。

9.（2024•江苏•统考高考真题）设想将来放射一颗人造卫星，能在月球绕地球运动的

轨道上稳定运行，该轨道可视为圆轨道.该卫星与月球相比，确定相等的是（）

A.质量B.向心力大小

C.向心加速度大小D.受到地球的万有引力大小

【答案】C

【详解】依据

-Mm

CJ—2~=ma

可得

GM

a=~

因该卫星与月球的轨道半径相同，可知向心加速度相同；因该卫星的质量与月球质量不

同，则向心力大小以及受地球的万有引力大小均不相同。

故选Co

10.（2024•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”，己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

【答案】B

【详解】依据开普勒第三定律有

解得

设相邻两次“冲日”时间间隔为J则

2万=（也卫）t

9T

解得

由表格中的数据可得

故选Bo

11.（2024•天津•高考真题）2024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

【答案】C

【详解】A.该卫星在地球静止轨道卫星（同步卫星）上，处于赤道平面上，不行能经

过天津正上空，A错误；

BCD.卫星正常运行，由万有引力供应向心力

得

由于该卫星轨道半径大于空间站半径，故加速度小于空间站的加速度；运行周期大于空

间站的运行周期；第一宇宙速度是近地卫星的运行速度，则该卫星的运行速度小于地球

的第一宇宙速度。BD错误，C正确。

故选Co

12.(2024•福建•高考真题)2024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。为避开发生紧急，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m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干，式中〃为地球质量，G为引力常量；现将空间站的质量记为，叫，变轨前

后稳定运行的轨道半径分别记为小r2,如图所示。空间站紧急避碰过程发动机做的功

至少为()

A.-GMm0\---\B.GM/«0---

23r2)Hr2)

C.-GMm0\---\D.2GMm0\---\

214ri)Pr2)

【答案】A

【详解】空间站紧急避碰的过程可简化为加速、变轨、再加速的三个阶段；空间站从轨

道弓变轨到4过程，依据动能定理有

依题意可得引力做功

Mm°Mm

---------<X---0----

万有引力供应在圆形轨道上做匀速圆周运动的向心力，由牛顿其次定律有

求得空间站在轨道上运动的动能为

动能的变更

故选Ao

13.（2024•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，发觉了一颗绕恒星HD173416运动的系外行星HD173416b,2024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（）

行

A.2应B.2C.72口.学

【答案】C

【详解】地球绕太阳公转和行星望舒绕恒星羲和的匀速圆周运动都是由万有引力供应向

心力，有

〃Mmv2

Cr——=m—

rr

解得公转的线速度大小为

其中中心天体的质量之比为2:1,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0,故选C。

14.（2024•湖北•统考高考真题）2024年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与

空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。

下列说法正确的是（）

A.组合体中的货物处于超重状态

B.组合体的速度大小略大于第一宇宙速度

C.组合体的角速度大小比地球同步卫星的大

D.组合体的加速度大小比地球同步卫星的小

【答案】C

【详解】A.组合体在天上只受万有引力的作用，则组合体中的货物处于失重状态，A

错误；

B.由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，而第一宇宙速度为最大的环绕

速度，则组合体的速度大小不行能大于第一宇宙速度，B错误；

C.已知同步卫星的周期为24h,则依据角速度和周期的关系有

（D=——

T

由于T*T组合体,则组合体的角速度大小比地球同步卫星的大，C正确；

D.由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，有

八Mm4万2

下='W

整理有

T=2兀.

GM

由于T龄T组合体,则r同〉育物且同步卫星和组合体在天上有

〃Mm

ma=G-r—

r

则有

a扃组■仔体

D错误。

故选Co

15.（2024•浙江•统考高考真题）神舟十三号飞船接受“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

【答案】C

【详解】AC.依据

〃Mmv~

CJ—r-=tn——

rr

可得

GM

v=

可知圆轨道距地面高度越高，环绕速度越小；而只要环绕速度相同，返回舱和天和核心

舱可以在同一轨道运行，与返回舱和天和核心舱的质量无关，故A错误，C正确；

B.返回舱中的宇航员处于失重状态，照旧受到地球引力作用，地球的引力供应宇航员

绕地球运动的向心力，故B错误;

D.返回舱穿越大气层返回地面过程中，有阻力做功产生热量，机械能减小，故D错误。

故选C。

16.（2024•广东•高考真题）“祝融号”火星车须要“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（）

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

【答案】D

【详解】由题意可知，火星的公转周期大于地球的公转周期

C.依据G一1斤厂厂可得

T=2TC,

GM

可知火星的公转半径大于地球的公转半径，故C错误;

A.依据G粤=〃?匕可得

rr

结合C选项，可知火星的公转线速度小于地球的公转线速度，故A错误;

B.依据。=拳可知火星公转的角速度小于地球公转的角速度，故B错误;

Mm

D.依据G=ma可得

GM

可知火星公转的加速度小于地球公转的加速度，故D正确。

故选Do

17.（2024•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/点正上方，恰好绕地球运行〃圈。已

知地球半径为地轴尼自转周期为7,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（）

地轴；

【详解】地球表面的重力加速度为&依据牛顿其次定律得

GMm

解得

GM=gR2

依据题意可知，卫星的运行周期为

T

T'=-

n

依据牛顿其次定律，万有引力供应卫星运动的向心力，则有

GMm442

二川产伊+人）

（7?+/z）2

联立解得

V繇-R

故选Co

18.（2024•全国•统考高考真题）2024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

以自由地漂移，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

【答案】C

【详解】ABC.航天员在空间站中所受万有引力完全供应做圆周运动的向心力，飞船对

其作用力等于零，故C正确，AB错误；

D.依据万有引力公式

k「Mm

FH=G—

r

可知在地球表面上所受引力的大小大于在飞船所受的万有引力大小，因此地球表面引力

大于其随飞船运动所需向心力的大小，故D错误。

故选Co

19.（2024•浙江•统考高考真题）“天问一号”从地球放射后，在如图甲所示的户点

沿地火转移轨道到0点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停岸轨道，则天间一号

A.放射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间

B.从户点转移到0点的时间小于6个月

C.在环绕火星的停岸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

【答案】C

【详解】A.因放射的卫星要能变轨到绕太阳转动，则放射速度要大于其次宇宙速度，

即放射速度介于IL2km/s与16.7km/s之间，故A错误；

B.因户点转移到。点的转移轨道的半长轴大于地球公转轨道半径，则其周期大于地球

公转周期（1年共12个月），则从尸点转移到0点的时间为轨道周期的一半时间应大于

6个月，故B错误；

C.因在环绕火星的停岸轨道的半长轴小于调相轨道的半长轴，则由开普勒第三定律可

知在环绕火星的停岸轨道运行的周期比在调相轨道上小，故C正确；

D.卫星从。点变轨时，要加速增大速度，即在地火转移轨道Q点的速度小于火星轨道

的速度，而由

GMmv2

——--=m——

rr

可得

可知火星轨道速度小于地球轨道速度，因此可知卫星在Q点速度小于地球轨道速度，故

D错误；

故选Co

20.（2024•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”不断创建奇迹。“北斗”第49颗卫星的放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

确定夹角。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

【答案】B

【详解】AB.第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度，是环绕地球做圆周运动

的全部卫星的最大环绕速度，该卫星的运转半径远大于地球的半径，可知运行线速度小

于第一宇宙速度，选项A错误B正确；

CD.依据

cMm4/

下='W

可知

JGMT2

r=14万2

因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同，等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周

期，可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径，选项CD

错误。

故选Bo

21.（2024•海南•高考真题）2024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36000km。则该核心舱的（）

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

【答案】C

【详解】核心舱和地球同步卫星都是受万有引力供应向心力而做匀速圆周运动，有

而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

36000km,有磕<后，故有

0舱〉结।，七<焉,。舱>甯,%>丫同

则核心舱角速度比地球同步卫星的大，周期比地球同步卫星的短，向心加速度比地球同

步卫星的大，线速度比地球同步卫星的大，故ABD错误，C正确；

故选Co

22.（2024•湖北•统考高考真题）2024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

【答案】D

【详解】A.设地球和火星的公转周期分别为刀、T2,轨道半径分别为-、n,由开普

勒第三定律可得

£_交

可求得地球与火星的轨道半径之比，由太阳的引力供应向心力，则有

cMmV

Cr——=m——

rr

得

GM

v=

即地球与火星的线速度之比可以求得,但由于地球与火星的质量关系未知，因此不能求

得地球与火星的动能之比，A错误;

B.则有地球和火星的角速度分别为

2%

co,=—

4

2万

由题意知火星和地球每隔约26个月相距最近一次，又火星的轨道半径大于地球的轨道

半径，则

a)xt-(o2t=2万

由以上可解得

T156

〒月

则地球与火星绕太阳的公转周期之比

刀：方=7：13

但不能求出两星球自转周期之比，B错误;

C.由物体在地球和火星表面的重力等于各自对物体的引力，则有

厂Mm

G~^=mg

得

GM

8=~^

由于地球和火星的质量关系以及半径关系均未知，则两星球表面重力加速度的关系不行

求，C错误;

D.地球与火星绕太阳运动的向心加速度由太阳对地球和火星的引力产生，所以向心加

速度大小则有

厂Mm

G——=ma

得

GM

由于两星球的轨道半径之比已知，则地球与火星绕太阳运动的向心加速度之比可以求

得，D正确。

故选Do

23.（2024•天津•高考真题）2024年5月15日，天间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

成功放射后，顺当被火星捕获，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岸轨道的椭圆轨道H运行，如图所示，两轨

道相切于近火点尸，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II时短

C.从轨道I进入II在户处要加速D.沿轨道I向尸飞近时速度增大

【答案】D

【详解】A.天间一号探测器在轨道II上做变速圆周运动，受力不平衡，故A错误；

B.依据开普勒第三定律可知，轨道I的半径大于轨道H的半长轴，故在轨道I运行周

期比在H时长，故B错误；

C.天问一号探测器从轨道I进入II,做近心运动，须要的向心力要小于供应的向心力，

故要在尸点点火减速，故c错误；

D.在轨道I向尸飞近时，万有引力做正功，动能增大，故速度增大，故D正确。

故选Do

24.（2024•北京•高考真题）2024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”在火星停岸轨道运行时，近火点距离火星表面2.8x10?km、远火点距离火星表面

5.9xl05km,则''天问一号”（）

A.在近火点的加速度比远火点的小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

【答案】D

【详解】A.依据牛顿其次定律有

「Mm

CJ—z——ma

r

解得

GM

但不

故在近火点的加速度比远火点的大，故A错误；

B.依据开普勒其次定律，可知在近火点的运行速度比远火点的大，故B错误；

C.“天问一号”在同一轨道，只有引力做功，则机械能守恒，故C错误；

D.“天问一号”在近火点做的是离心运动，若要变为绕火星的圆轨道，须要减速，故

D正确。

故选D。

25.（2024•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，等效总电阻为人

导体绳所受的安培力克服大小为/■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）,地球半径为尼质量为弘轨道处磁感应强度

大小为B,方向垂直于赤道平面。忽视地球自转的影响。据此可得，电池电动势为（）

e

远地子卫星

电池J—r^—

xfi

电流、,

速度

导体绳

近地子卫星匚

e'

赤道平面

GM

A.BLfrB.BL

R+H+BLBL

GMBLGMBL

C.BL,------+——D.BL

R+HfrR+H一万

【答案】A

【详解】依据

「Mmv2

G-------二m----------

（R+H¥（R+H）

可得卫星做圆周运动的线速度

\R+H

依据右手定则可知，导体绳产生的感应电动势相当于上端为正极的电源，其大小为

E=BLv

因导线绳所受阻力f与安培力户平衡，则安培力与速度方向相同，可知导线绳中的电流

方向向下，即电池电动势大于导线绳切割磁感线产生的电动势，可得

解得

\R+HBL

故选Ao

26.（2024•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

会阅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.9：2C.36：1D.72：1

【答案】B

【详解】悬停时所受平台的作用力等于万有引力，依据

mM

F=G

可得

/融_<?用火'时融.6；用月吗兔_9乂？_9

2

G兔殴,R月222

故选B。

27.（2024•浙江•高考真题）空间站在地球外层的淡薄大气中绕行，因气体阻力的影

响，轨道高度会发生变更。空间站安装有发动机，可对轨道进行修正。图中给出了国际

空间站在期间离地高度随时间变更的曲线，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&Okm/s

C.在4月份绕行的随意两小时内机械能可视为守恒

D.在5月份绕行的随意两小时内机械能可视为守恒

【答案】D

【详解】AB.卫星贴近地面做匀速圆周运动的线速度大小设为力,此速度为第一宇宙速

度，即厅7.9km/s；地球半径约为6400km,则空间站离地高度在418km~421km之间。

由

GMmGMmmv2

R2~mg，（7?+/z）2-R+h

解得

空间站距离地面的最小高度约为A=418km<7?=6400km,则

v7.9

v2>km/s=5.58km/s

所以空间站绕地运行速度

5.58km/s<v2<7,9km/s

故AB错误；

C.在4月份轨道半径出现明显的变大，则可知，机械能不守恒，故C错误；

D.在5月份轨道半径基本不变，故可视为机械能守恒，故D正确。

故选Do

28.（2024•广东•高考真题）2024年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成

功放射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，己知引力常量，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

【答案】D

【详解】依据核心舱做圆周运动的向心力由地球的万有引力供应，可得

2

-Mmv247r之

G——=m—=mcor=m——r

rrT

可得

v2r_co2r4，/

M=

G~GGT2

可知已知核心舱的质量和绕地半径、已知核心舱的质量和绕地周期以及已知核心舱的角

速度和绕地周期，都不能求解地球的质量；若已知核心舱的绕地线速度和绕地半径可求

解地球的质量。

故选Do

29.（2024•全国•高考真题）科学家对银河系中心旁边的恒星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。

这项探讨工作获得了2024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，设太阳的质量为四可以推想出该黑洞质量约为（）

A.4X104MB.4X106MC.4X108MD.4xlOloM

【答案】B

【详解】由图可知，S2绕黑洞的周期Z16年，地球的公转周期7>1年，S2绕黑洞做

圆周运动的半长轴r与地球绕太阳做圆周运动的半径A关系是

(2=10007?

地球绕太阳的向心力由太阳对地球的引力供应，由向心力公式可知

^Mm„,2^2

解得太阳的质量为

4/R3

M=

依据开普勒第三定律，S2绕黑洞以半长轴4=1000/?绕椭圆运动，等效于以r=1000R绕

黑洞做圆周运动，而S2绕黑洞的向心力由黑洞对它的万有引力供应，由向心力公式可

知

「Mxm'2

解得黑洞的质量为

4/r5

M,

GT2

综上可得

=4X106M

故选B。

30.（2024•全国•高考真题）2024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L8X105s的椭圆形停岸轨道，轨

道与火星表面的最近距离约为2.8X105m。已知火星半径约为3.4X10、，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”的停岸轨道与火星表面的最远距离

约为（）

A.6X10mB.6X10mC.6X10mD.6X10m

【答案】C

【详解】忽视火星自转则

GMm小

可知

GM=gR2

设与为1.8X105s的椭圆形停岸轨道周期相同的圆形轨道半径为「，由万引力供应向心

力可知

GMm4/

——=m—丁厂②

rT2

设近火点到火星中心为

R]=R+4③

设远火点到火星中心为

R>=R+d2@

由开普勒第三定律可知

（2）⑤

由以上分析可得

»6xlO7m

故选Co

31.（2024•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

沿椭圆形的停岸轨道绕火星飞行，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0.1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（）

52

A.版

【答案】D

【详解】绕中心天体做圆周运动，依据万有引力供应向心力，可得

亚，\GMT

由于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0.1倍