考點5 萬有引力與航天-五年（2020-2024年）高考物理真題專項分類匯編

五年（2020-2024）高考真題專項分類匯編PAGEPAGE16考點5萬有引力與航天—五年（2020—2024年）高考物理真題專項分類匯編一、單選題1．[2024年海南高考真題]嫦娥六號進入環(huán)月圓軌道，周期為T，軌道高度與月球半徑之比為k，引力常量為G，則月球的平均密度為()A. B. C. D.2．[2024年甘肅高考真題]小杰想在離地表一定高度的天宮實驗室內，通過測量以下物理量得到天宮實驗室軌道處的重力加速度，可行的是()A.用彈簧秤測出已知質量的砝碼所受的重力B.測量單擺擺線長度、擺球半徑以及擺動周期C.從高處釋放一個重物、測量其下落高度和時間D.測量天宮實驗室繞地球做勻速圓周運動的周期和軌道半徑3．[2024年山東高考真題]“鵲橋二號”中繼星環(huán)繞月球運行，其24小時橢圓軌道的半長軸為a。已知地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為r，則月球與地球質量之比可表示為()A. B. C. D.4．[2024年湖北高考真題]太空碎片會對航天器帶來危害。設空間站在地球附近沿逆時針方向做勻速圓周運動，如圖中實線所示。為了避開碎片，空間站在P點向圖中箭頭所指徑向方向極短時間噴射氣體，使空間站獲得一定的反沖速度，從而實現(xiàn)變軌。變軌后的軌道如圖中虛線所示，其半長軸大于原軌道半徑。則()A.空間站變軌前、后在P點的加速度相同B.空間站變軌后的運動周期比變軌前的小C.空間站變軌后在P點的速度比變軌前的小D.空間站變軌前的速度比變軌后在近地點的大5．[2024年浙江高考真題]與地球公轉軌道“外切”的小行星甲和“內切”的小行星乙的公轉軌道如圖所示，假設這些小行星與地球的公轉軌道都在同一平面內，地球的公轉半徑為R，小行星甲的遠日點到太陽的距離為，小行星乙的近日點到太陽的距離為，則()A.小行星甲在遠日點的速度大于近日點的速度B.小行星乙在遠日點的加速度小于地球公轉加速度C.小行星甲與乙的運行周期之比D.甲乙兩星從遠日點到近日點的時間之比=6．[2024年貴州高考真題]土星的部分衛(wèi)星繞土星的運動可視為勻速圓周運動，其中的兩顆衛(wèi)星軌道半徑分別為，且，向心加速度大小分別為，則()A. B. C. D.7．[2024年安徽高考真題]2024年3月20日，我國探月工程四期鵲橋二號中繼星成功發(fā)射升空。當?shù)诌_距離月球表面某高度時，鵲橋二號開始進行近月制動，并順利進入捕獲軌道運行，如圖所示，軌道的半長軸約為51900km。后經多次軌道調整，進入凍結軌道運行，軌道的半長軸約為9900km，周期約為24h。則鵲橋二號在捕獲軌道運行時()A.周期約為144hB.近月點的速度大于遠月點的速度C.近月點的速度小于在凍結軌道運行時近月點的速度D.近月點的加速度大于在凍結軌道運行時近月點的加速度8．[2024年廣西高考真題]潮汐現(xiàn)象出現(xiàn)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。圖中a、b和c處單位質量的海水受月球引力大小在()A.a處最大 B.b處最大C.c處最大 D.a、c處相等，b處最小9．[2024年江西高考真題]“嫦娥六號”探測器于2024年5月8日進入環(huán)月軌道，后續(xù)經調整環(huán)月軌道高度和傾角，實施月球背面軟著陸。當探測器的軌道半徑從調整到時（兩軌道均可視為圓形軌道），其動能和周期從、，分別變?yōu)?、。下列選項正確的是()A. B.C. D.10．[2023年浙江高考真題]太陽系各行星幾乎在同一平面內沿同一方向繞太陽做圓周運動。當?shù)厍蚯『眠\行到某地外行星和太陽之間，且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象，稱為“行星沖日”。已知地球及各地外行星繞太陽運動的軌道半徑如下表：行星名稱地球火星木星土星天王星海王星軌道半徑R/AU1.01.55.29.51930則相鄰兩次“沖日”時間間隔約為()A.火星365天 B.火星800天 C.天王星365天 D.天王星800天11．[2023年北京高考真題]2022年10月9日，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”成功發(fā)射，實現(xiàn)了對太陽探測的跨越式突破。“夸父一號”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，距地面高度約為720km，運行一圈所用時間約為100分鐘。如圖所示，為了隨時跟蹤和觀測太陽的活動，“夸父一號”在隨地球繞太陽公轉的過程中，需要其軌道平面始終與太陽保持固定的取向，使太陽光能照射到“夸父一號”。下列說法正確的是()A.“夸父一號”的運行軌道平面平均每天轉動的角度約為1°B.“夸父一號”繞地球做圓周運動的速度大于7.9km/sC.“夸父一號”繞地球做圓周運動的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.由題干信息，根據開普勒第三定律，可求出日地間平均距離12．[2022年天津高考真題]2022年3月，中國空間站“天宮課堂”再次開講，授課期間利用了我國的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)進行信號傳輸，天地通信始終高效穩(wěn)定。已知空間站在距離地面400km左右的軌道上運行，其運動視為勻速圓周運動，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)中某衛(wèi)星是距離地面36000km左右的地球靜止軌道衛(wèi)星（同步衛(wèi)星），則該衛(wèi)星()A.授課期間經過天津正上空 B.加速度大于空間站的加速度C.運行周期大于空間站的運行周期 D.運行速度大于地球的第一宇宙速度二、計算題13．[2024年北京高考真題]科學家根據天文觀測提出宇宙膨脹模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物質（星體等）在做彼此遠離運動，且質量始終均勻分布，在宇宙中所有位置觀測的結果都一樣。以某一點O為觀測點，以質量為m的小星體（記為P）為觀測對象。當前P到O點的距離為，宇宙的密度為。（1）求小星體P遠離到處時宇宙的密度ρ；（2）以O點為球心，以小星體P到O點的距離為半徑建立球面。P受到的萬有引力相當于球內質量集中于O點對P的引力。已知質量為和、距離為R的兩個質點間的引力勢能，G為引力常量。僅考慮萬有引力和P遠離O點的徑向運動。a.求小星體P從處遠離到處的過程中動能的變化量；b.宇宙中各星體遠離觀測點的速率v滿足哈勃定律，其中r為星體到觀測點的距離，H為哈勃系數(shù)。H與時間t有關但與r無關，分析說明H隨t增大還是減小。三、多選題14．[2024年湖南高考真題]2024年5月3日，“嫦娥六號”探測器順利進入地月轉移軌道，正式開啟月球之旅。相較于“嫦娥四號”和“嫦娥五號”，本次的主要任務是登陸月球背面進行月壤采集，并通過升空器將月壤轉移至繞月運行的返回艙，返回艙再通過返回軌道返回地球。設返回艙繞月運行的軌道為圓軌道，半徑近似為月球半徑。已知月球表面重力加速度約為地球表面的，月球半徑約為地球半徑的。關于返回艙在該繞月軌道上的運動，下列說法正確的是()A.其相對于月球的速度大于地球第一宇宙速度B.其相對于月球的速度小于地球第一宇宙速度C.其繞月飛行周期約為地球上近地圓軌道衛(wèi)星周期的倍D.其繞月飛行周期約為地球上近地圓軌道衛(wèi)星周期的倍15．[2024年河北高考真題]2024年3月20日，鵲橋二號中繼星成功發(fā)射升空，為嫦娥六號在月球背面的探月任務提供地月間中繼通信。鵲橋二號采用周期為24h的環(huán)月橢圓凍結軌道（如圖），近月點A距月心約為，遠月點B距月心約為，CD為橢圓軌道的短軸，下列說法正確的是()A.鵲橋二號從C經B到D的運動時間為12hB.鵲橋二號在兩點的加速度大小之比約為81:1C.鵲橋二號在兩點的速度方向垂直于其與月心的連線D.鵲橋二號在地球表面附近的發(fā)射速度大于7.9km/s且小于11.2km/s16．[2023年重慶高考真題]某衛(wèi)星繞地心的運動視為勻速圓周運動，其周期為地球自轉周期T的，運行的軌道與地球赤道不共面，如圖所示。時刻，衛(wèi)星恰好經過地球赤道上P點正上方。地球的質量為M，半徑為R，引力常量為G。則()A.衛(wèi)星距地面的高度為B.衛(wèi)星與位于P點處物體的向心加速度大小比值為C.從時刻到下一次衛(wèi)星經過P點正上方時，衛(wèi)星繞地心轉過的角度為D.每次經最短時間實現(xiàn)衛(wèi)星距P點最近到最遠的行程，衛(wèi)星繞地心轉過的角度比地球的多17．[2022年遼寧高考真題]如圖所示，行星繞太陽的公轉可以看作勻速圓周運動，在地面上容易測得地球-水星連線與地球-太陽連線夾角α，地球-金星連線與地球-太陽連線夾角β。兩角最大值分別為，則()A.水星的公轉周期比金星的大B.水星的公轉向心加速度比金星的大C.水星與金星的公轉軌道半徑之比為D.水星與金星的公轉線速度之比為18．[2023年海南高考真題]如圖所示，1、2軌道分別是天宮二號飛船在變軌前、后的軌道，下列說法正確的是()A.飛船從1軌道變到2軌道要點火加速 B.飛船在1軌道周期大于2軌道的C.飛船在1軌道速度大于2軌道的 D.飛船在1軌道加速度大于2軌道的19．[2021年福建高考真題]兩位科學家因為在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一個超大質量的致密天體而獲得了2020年諾貝爾物理學獎。他們對一顆靠近銀河系中心的恒星的位置變化進行了持續(xù)觀測，記錄到的的橢圓軌道如圖所示。圖中O為橢圓的一個焦點，橢圓偏心率（離心率）約為0.87。P、Q分別為軌道的遠銀心點和近銀心點，Q與O的距離約為（太陽到地球的距離為），的運行周期約為16年。假設的運動軌跡主要受銀河系中心致密天體的萬有引力影響，根據上述數(shù)據及日常的天文知識，可以推出()A.與銀河系中心致密天體的質量之比 B.銀河系中心致密天體與太陽的質量之比C.在P點與Q點的速度大小之比 D.在P點與Q點的加速度大小之比

——★參考答案★——1．答案：D解析：設月球半徑為R，質量為M，對嫦娥六號，根據萬有引力提供向心力月球的體積月球的平均密度聯(lián)立可得故選D。2．答案：D解析：在天宮實驗室內，物體處于完全失重狀態(tài)，重力提供了物體繞地球勻速圓周運動的向心力，故ABC中的實驗均無法得到天宮實驗室軌道處的重力加速度。由重力提供繞地球做勻速圓周運動的向心力得整理得軌道重力加速度為故通過測量天宮實驗室繞地球做勻速圓周運動的周期和軌道半徑可行，D正確。故選D。3．答案：D解析：“鵲橋二號”中繼星在24小時橢圓軌道上運行時，根據開普勒第三定律有，對地球的同步衛(wèi)星由開普勒第三定律有，則有，D正確。4．答案：A解析：變軌前、后，根據可知，空間站在P點的加速度相同A正確由于變軌后的軌道半長軸大于變軌前的軌道半徑，則根據開普勒第三定律可知，空間站變軌后的運動周期比變軌前的大B錯誤變軌時，空間站噴氣加速，因此變軌后其在P點的速度比變軌前的大C錯誤變軌后，空間站在近地點的速度最大，大于變軌后在P點的速度，結合C項分析可知，變軌后空間站在近地點的速度大于變軌前的速度D錯誤5．答案：D解析：A.根據開普勒第二定律，小行星甲在遠日點的速度小于近日點的速度，故A錯誤；B.根據小行星乙在遠日點的加速度等于地球公轉加速度，故B錯誤；C.根據開普勒第三定律，小行星甲與乙的運行周期之比故C錯誤；D.甲乙兩星從遠日點到近日點的時間之比即為周期之比故D正確。故選D。6．答案：D解析：設土星的質量為M，兩顆衛(wèi)星的質量分別為，對兩顆衛(wèi)星，根據牛頓第二定律，，整理可得，故選D。7．答案：B解析：A.凍結軌道和捕獲軌道的中心天體是月球，根據開普勒第三定律得整理得A錯誤；B.根據開普勒第二定律得，近月點的速度大于遠月點的速度，B正確；C.近月點從捕獲軌道到凍結軌道鵲橋二號進行近月制動，捕獲軌道近月點的速度大于在凍結軌道運行時近月點的速度，C錯誤；D.兩軌道的近月點所受的萬有引力相同，根據牛頓第二定律可知，近月點的加速度等于在凍結軌道運行時近月點的加速度，D錯誤。故選B。8．答案：A解析：根據萬有引力公式可知圖中a處單位質量的海水受到月球的引力最大；故選A。9．答案：A解析：10．答案：B解析：11．答案：A解析：“夸父一號”的運行軌道平面始終與太陽保持固定的取向，由幾何關系可知，其轉動的角度與地球繞太陽公轉的角度一致，地球繞太陽一周轉動360°，運行周期約為365天，則“夸父一號”的運行軌道平面平均每天轉動角度約為1°，A對；“夸父一號”繞地球做圓周運動時，萬有引力提供向心力，即，可知，地球的第一宇宙速度為衛(wèi)星軌道半徑等于地球半徑R時的速度，而“夸父一號”的運行軌道半徑大于R，則其運行速度小于7.9km/s，B錯；地球表面的重力加速度滿足，解得，“夸父一號”繞地球做圓周運動的向心加速度滿足，解得，又“夸父一號”的運行軌道半徑大于R，則其向心加速度小于地球表面的重力加速度，C錯；“夸父一號”繞行的中心天體為地球，地球繞行的中心天體為太陽，中心天體不同，開普勒第三定律不適用，D錯。12．答案：C解析：同步衛(wèi)星始終在赤道正上方，所以不會經過天津正上空，A錯誤；由得，由于該衛(wèi)星的軌道半徑大于空間站的軌道半徑，所以該衛(wèi)星的運行周期大于空間站的運行周期，該衛(wèi)星的加速度小于空間站的加速度，C正確，B錯誤；第一宇宙速度為衛(wèi)星繞地球運行的最大環(huán)繞速度，所以該衛(wèi)星的運行速度不會大于第一宇宙速度，D錯誤。13．答案：（1）；（2）a.；b.H隨t增大而減小解析：（1）在宇宙中所有位置觀測的結果都一樣，則小星體P運動前后距離O點半徑為和的球內質量相同，即解得小星體P遠離到處時宇宙的密度（2）a.此球內的質量P從處遠離到處，由能量守恒定律得，動能的變化量b.由a知星體的速度隨增大而減小，星體到觀測點距離越大，運動時間t越長，由知，H減小，故H隨t增大而減小。14．答案：BD解析：地球上的第一宇宙速度等于衛(wèi)星在近地軌道的環(huán)繞速度，根據萬有引力定律知，結合得第一宇宙速度，又，可知返回艙相對月球的速度小于地球上的第一宇宙速度，選項A錯誤，B正確；根據萬有引力定律知，在近地（月）軌道上有，又，得，可得，可知選項C錯誤，D正確。15．答案：BD解析：鵲橋二號從C經B到D過程與月心連線掃過的面積大于鵲橋二號從D經A到C過程與月心連線掃過的面積，由開普勒第二定律可知，鵲橋二號從C經B到D的運動時間大于鵲橋二號從D經A到C的運動時間，又，故，A錯誤；鵲橋二號運動過程中，由牛頓第二定律有，則鵲橋二號在兩點的加速度大小之比，B正確；由速度方向為軌跡切線方向結合幾何關系可知，鵲橋二號在兩點的速度方向不垂直于其與月心的連線，C錯誤；由于鵲橋二號的軌道為橢圓形，則鵲橋二號在地球表面附近的發(fā)射速度大于第一宇宙速度（7.9km/s），又其沒有完全脫離地球的束縛，所以其發(fā)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正確。16．答案：BCD解析：對衛(wèi)星由萬有引力提供向心力有，解得，A錯誤；對衛(wèi)星有，對地球赤道上P點處的物體有，聯(lián)立解得，B正確；設從時刻到衛(wèi)星經過P點正上方的時間為t，假設下一次衛(wèi)星經過P點正上方時是在地球的另一側關于球心對稱的位置，則衛(wèi)星運動的圈數(shù)和地球運動的圈數(shù)均為整數(shù)圈加半圈，又地球運動的半周期為，則有均為正整數(shù)，聯(lián)立得，顯然假設不成立，故下一次衛(wèi)星經過P點正上方時還是在時刻的位置，則衛(wèi)星運動的圈數(shù)和地球運動的圈數(shù)均為整數(shù)圈，又地球運動的周期為T，衛(wèi)星運動的周期為，則有均為正整數(shù)，聯(lián)立得，得最小的滿足條件的，即從時刻到下一次衛(wèi)星經過P點正上方的過程，衛(wèi)星運動了10圈，所以衛(wèi)星繞地心轉過的角度為，C正確；設實現(xiàn)衛(wèi)星距P點最近到