2022-2024年高考物理复习汇编：万有引力与航天（单选题）原卷

（2022-2024年）3年高考2年模拟汇编专题一万有引力与航天（单选题）

3年真题

1.（2022•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

2.（2022•福建•高考真题）2021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。为避免发生危险，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

Mm

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，式中”为地球质量，G为引力常量；现将

空间站的质量记为恤，变轨前后稳定运行的轨道半径分别记为小4,如图所示。空间站紧急避碰过程发

动机做的功至少为（）

11

B.GMm0

r2

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

2Hr2JRr2J

3.（2022•河北•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

现了一颗绕恒星HD173416运动的系外行星HD173416b,2019年，该恒星和行星被国际天文学联合会分

别命名为“羲和”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（）

A.20B.2C.72D.y

4.（2022•湖北•高考真题）2022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

5.（2022•浙江•高考真题）神舟十三号飞船采用“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

6.（2022•广东•高考真题）“祝融号”火星车需要“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

7.（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

球表面力点正上方，恰好绕地球运行〃圈。已知地球半径为地轴R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;

8.（2022•全国•高考真题）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

9.（2022•浙江•高考真题）“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的夕点沿地火转移轨道到Q点,

再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号（）

A.发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间

B.从尸点转移到Q点的时间小于6个月

C.在环绕火星的停泊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

10.（2023•河北•高考真题）我国自古就有“昼涨为潮，夜涨为汐”之说，潮汐是月球和太阳对海水的引

力变化产生的周期性涨落现象，常用引潮力来解释。月球对海水的引潮力大小与月球质量成正比、与月地

距离的3次方成反比，方向如图1,随着地球自转，引潮力的变化导致了海水每天2次的潮涨潮落。太阳

对海水的引潮力与月球类似，但大小约为月球引潮力的0.45倍。每月2次大潮（引潮力）最大和2次小潮

（引潮力最小）是太阳与月球引潮力共同作用的结果，结合图2,下列说法正确的是（）

A.月球在位置1时会出现大潮

B.月球在位置2时会出现大潮

C.涨潮总出现在白天，退潮总出现在夜晚

D.月球引潮力和太阳引潮力的合力一定大于月球引潮力

11.（2023•广东•高考真题）如图（a）所示，太阳系外的一颗行星P绕恒星Q做匀速圆周运动。由于P

的遮挡，探测器探测到Q的亮度随时间做如图（b）所示的周期性变化，该周期与P的公转周期相同。已

知Q的质量为引力常量为G。关于P的公转，下列说法正确的是（）

A.周期为么一。B.半径为JGM&-小

C.角速度的大小为三D.加速度的大小为;户也

12.（2023•天津•高考真题）运行周期为24h的北斗卫星比运行周期为12h的（）

A.加速度大B.角速度大C.周期小D.线速度小

13.（2023•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

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，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离

14.（2023•北京•高考真题）在太空实验室中可以利用匀速圆周运动测量小球质量。如图所示，不可伸长

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

F,用停表测得小球转过〃圈所用的时间为r,用刻度尺测得。点到球心的距离为圆周运动的半径凡下列

说法正确的是（）

A.圆周运动轨道可处于任意平面内

B.小球的质量为上，

4万乃

C.若误将〃-1圈记作〃圈，则所得质量偏大

D.若测/?时未计入小球半径，则所得质量偏小

15.（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，

r

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（）

16.（2023•浙江•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"，则（)

A.木卫一轨道半径为3rB.木卫二轨道半径为2r

162

C.周期7与々之比为小D.木星质量与地球质量之比为与/

ri72

17.（2023•湖北•高考真题）2022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。根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2023年12月8日之前

18.（2023•辽宁•高考真题）在地球上观察，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北，地球绕太阳运动的周期为T2,地球半径是月球半径的“倍，则地球

与太阳的平均密度之比约为（）

19.（2023•江苏•高考真题）设想将来发射一颗人造卫星，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，一定相等的是（）

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

20.（2023•全国•高考真题）2023年5月，世界现役运输能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，顺利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

21.（2023•湖南•高考真题）根据宇宙大爆炸理论，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，如果质量为太阳质量的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均匀分布的

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。根据万有引力理论，下列说法正确的是（）

A.同一恒星表面任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

22.（2023•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

23.（2024•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，小弓且4片4，向心加速度大小分别为4、的，贝！J（

ax_a222

A.B.T--C.axrx=a2r2D.。力=a2r2

4r24丫2

24.（2024•重庆•高考真题）在万有引力作用下，太空中的某三个天体可以做相对位置不变的圆周运动，

假设a、6两个天体的质量均为M,相距为2r,其连线的中点为。，另一天体（图中未画出）质量为加（加

«M\若c处于a、b连线的垂直平分线上某特殊位置，a、b、。可视为绕。点做角速度相同的匀速圆周,

且相对位置不变，忽略其他天体的影响。引力常量为2则（)

r

aOb

A.c的线速度大小为a的后倍B.c的向心加速度大小为b的一半

GM

C.，在一个周期内的路程为2nrD.c的角速度大小为

25.（2024•重庆•高考真题）2024年5月3日，嫦娥六号探测成功发射，开启月球背面采样之旅，探测

器的着陆器上升器组合体着陆月球要经过减速、悬停、自由下落等阶段。则组合体着陆月球的过程中

)

A.减速阶段所受合外力为0B.悬停阶段不受力

C.自由下落阶段机械能守恒D.自由下落阶段加速度大小g=9.8m/s2

26.（2024•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，地球的公转半径为凡小行星甲的远日点到太阳

的距离为此，小行星乙的近日点到太阳的距离为此，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探=、冬

^24火2

D.甲乙两星从远日点到近日点的时间之比3=(K1+K)3

3

(R2+R)

27.（2024•海南•高考真题）嫦娥六号进入环月圆轨道，周期为7,轨道高度与月球半径之比为4,引力

常量为G,则月球的平均密度为（）

3万(1+%)33万7T(l+k)D.言（1+少

A.B-彳C.

GT2k33GT-k

28.（2024•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祛码所受的重力

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

29.（2024•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（）

近月点

A.周期约为144h

B.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

30.（2024•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、6和c处单位质量的海水受月球引力大小在（）

C.c处最大D.a、c处相等，6处最小

31.（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必已

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（）

32.（2024•江西•高考真题）两个质量相同的卫星绕月球做匀速圆周运动，半径分别为4、■则动能和

周期的比值为（）

A组=2二工B.Al=A,ZL=£

ri<Egr2Tl

「E”」T「旧口石口」工.亚

Eg/T2赤^Ek2r2T2

33.（2024•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，空间站在尸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0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.空间站变轨后在尸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

34.（2024•宁夏四川•高考真题）2024年5月，嫦娥六号探测器发射成功，开启了人类首次从月球背面

采样返回之旅。将采得的样品带回地球，飞行器需经过月面起飞、环月飞行、月地转移等过程。月球表面

自由落体加速度约为地球表面自由落体加速度的下列说法正确的是（）

0

A.在环月飞行时，样品所受合力为零

B.若将样品放置在月球正面，它对月球表面压力等于零

C.样品在不同过程中受到的引力不同，所以质量也不同

D.样品放置在月球背面时对月球的压力，比放置在地球表面时对地球的压力小

35.（2024•新疆河南•高考真题）天文学家发现，在太阳系外的一颗红矮星有两颗行星绕其运行，其中行

星GJ1002c的轨道近似为圆，轨道半径约为日地距离的0.07倍，周期约为0.06年，则这颗红矮星的质量

约为太阳质量的（）

A.0.001倍B.0.1倍C.10倍D.1000倍

36.（2024•浙江•高考真题）如图所示，2023年12月9日“朱雀二号”运载火箭顺利将“鸿鹄卫星”

等三颗卫星送入距离地面约500km的轨道。取地球质量6.0x10"kg,地球半径6.4x103km,引力常量

6.67xl（）TN-m2/kg2。下列说法正确的是（）

A.火箭的推力是空气施加的B.卫星的向心加速度大小约8.4m/s?

C.卫星运行的周期约12hD.发射升空初始阶段，装在火箭上部的卫星处于失重状态

2年模拟

37.（2024•新疆•一模）南山一哈恩彗星是今年被新疆南山观测站和德国天文学家哈恩共同发现的一颗新

彗星。如图所示，已知该彗星的近日点接近火星轨道，远日点接近木星轨道，火星、木星的公转轨道半径

分别为地球公转轨道半径的2倍和q倍，则南山一哈恩彗星的运动周期为（）

32

A.5+年年B.（p+你年C.［号）年D.（与21年

38.（2024•四川达州•一模）2024年10月21日，针对多地出现海水倒灌现象，专家分析，这一现象可

能与天文大潮有关。潮汐是月球和太阳对海水的引力变化产生的周期性涨落现象，常用引潮力来解释，月

球对海水的引潮力大小与月球质量、地月距离有关，随着地球自转，引潮力的变化导致了海水每天2次的

涨潮落，太阳对海水的引潮力与月球类似，但大小约为月球引潮力的0.45倍，大潮（引潮力最大）和小潮

（引潮力最小）是太阳引潮力与月球引潮力共同作用的结果。结合如图，下列说法正确的是（）

A.月球在位置2出现大潮

B.月球在位置1出现大潮

C.涨潮只能在夜晚出现

D.退潮只能在白天出现

39.（2024•山东威海•一模）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1：2：4o

木卫二的周期为7,公转轨道半径是月球绕地球轨道半径「的〃倍。月球绕地球公转周期为公，下列说法

正确的是（）

3

A.T与小之比为力

B.木卫一的轨道半径为与

4

T2

C.地球质量与木星质量之比为〒

n/（）

12

D.木卫一与木卫三的向心力之比为（」）3

16

40.（2024•河北•模拟预测）北斗三号卫星导航系统由24颗中圆地球轨道卫星（MEO）、3颗地球静止

同步轨道卫星（GEO）和3颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）共30颗卫星组成。已知地球半径为A,地球

表面赤道处重力加速度为g。，地球同步卫星到地心的距离为R?,中圆地球轨道卫星的周期为同步卫星周期

7的一半，如图所示。下列关于地球静止同步轨道卫星8倾斜地球同步轨道卫星夕与中圆地球轨道卫星C

的说法正确的是（）

IGS0轨道

A.地球静止同步轨道卫星A和倾斜地球同步轨道卫星6均相对赤道表面静止

B.中圆地球轨道卫星。的动能大于倾斜地球同步轨道卫星B的动能

C.地球表面赤道处的重力加速度8。=曙信-1）

D.某时刻5、。两卫星相距最近，则再经;T,两卫星间距离为[+宝卜R

41.（2024•河北•模拟预测）太空电梯如图甲是国产科幻大片《流浪地球2》中人类在地球同步静止轨道

上建造的空间站，人类通过地面和空间站之间的“太空电梯”往返于天地之间。图乙是人乘坐“太空电梯”

时由于随地球自转而需要的向心加速度a与到地心距离r的关系图像，已知可为地球半径，弓为地球同步卫

星轨道的半径，下列说法正确的是（）

A.地球自转的角速度。=&二^

r2-ri

B.地球同步卫星的周期7=2%及

V«2

C.上升过程中电梯舱对人的支持力保持不变

D.从空间站向舱外自由释放一物体，物体将做自由落体运动

42.（2024•河北•模拟预测）中国的航天事业蓬勃发展，“东方红一号”作为中国航天发展史上第一个里

程碑，广为人知。“东方红一号”绕地球运动的轨道是一个椭圆，若“东方红一号”的质量为加，地球的

质量为“东方红一号”在远地点时到地心的距离为其在近地点时到地心的距离的左倍。引力常量为G,

“东方红一号”在近地点时到地心的距离为｛,设无穷远处为势能零点，引力势能的表达式为丸=-?丝丝，

r

下列说法正确的是（）

GMm

A.“东方红一号”的机械能为一化_].

GMm

B.“东方红一号”的机械能为一仕+i.

C.“东方红一号”在近地点的速度与其在远地点的速度之比为寂:1

D.“东方红一号”在近地点的速度与其在远地点的速度之比为1:现

43.（2023•河南郑州•模拟预测）我国第一颗绕月探测卫星“嫦娥一号”从力点进入地月转移轨道段后，

关闭发动机，在万有引力作用下，通过夕点时受到地球和月球的万有引力的合力为零，“嫦娥一号”到达

月球附近后在5点重新启动发动机进入环月轨道段，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（）

A.“嫦娥一号”在力点进入地月转移轨道前要向前喷气减速

B.“嫦娥一号”到达5点后需加速才能进入环月轨道

C.“嫦娥一号”运动到夕点时速度最小

D.“嫦娥一号”从力点（不含力点）运动到6点（不含5点）的过程中机械能不守恒

44.（2023•河北•三模）科学家目前发现距离地球仅12光年的蒂加登之星b与地球相似指数高达0.95,

是迄今为止发现的与地球相似指数最高的星体，蒂加登之星6将成为未来天文学家探寻外星生命迹象的重

要对象。已知蒂加登之星力绕恒星蒂加登之星做圆周运动的周期为4.9天，距离为380万公里，万有引力

常量G=6.67X10FN-m2/kg2,根据以上数据可估算出恒星蒂加登之星的质量为（）

A.1.8X1029kgB.1.8X1027kgC.7.2X1029kgD.7.2X1027kg

45.（2023•江苏南京•模拟预测）屈