选择题专练(四) 万有引力与宇宙航行-【鱼跃龙门卷】2025年高考物理试题逐题突破（福建专版）

54 丘，2如2留年7开1山日，经国际天文学联合会小行是角名委员会肚准，中网科学院紫金山天文台双 2024一2025学年度高考试题逐题突破一选择题专练（四） 线的，国际编号为31323号的小行星装命名为”煲修诗是”。如图所示，“樊解诗星搭日医行 物理·万有引力与宇宙航行 的角网轨道面与地球瓷日运行的属n道面同的夹角为20,11”，拥同纯通半长精为3,18天文单 位4日地F离为1天文单位1，远日点到去阳中心的际离为A.所天文单位，期 总分：64分时可：0分地 A,“樊诗星”瓷太阳一两大约需要2.15年 其男佛诗里省。逐任点的速位大小之比为品 1,《多选)与地球公转轨道”外坷“的小行星甲和”内切“的小行是乙的公转轨道如图所示，假设小 行星甲、乙与垃球的公转轨道都在同一率面内，粒球的公转半轻为R,小行基甲的远目点到太 (.“樊缩诗星”在运日点的速度大于地球的公转速度 阳的距离为R,,小行是乙的近日点到太用的距离为k,,则 口·哭照诗显“在近日点胸即迷度大小与地球的烟速度大小之比为 A.小行星甲在运目点的盛度大于近耳（的速度 7,224年5用3日，蜂兼六号探测器发射任务取得属调成功，实现了我国深空探测的重大突破 玉小行星乙在远日点的相通度与跑绿公转的相速度大小相等 如图为蜂策六号被月球辅读后晓月煤话行的轨道氧化不夏图，择调器经地月转移轨通在近月 。不行里甲与2的运行周明之号贸 点A第一次变我进人胸同轨道1，运行一程时可后，又在A点第二次变轨进人测线通Ⅱ，国 轨道Ⅱ的半径为？，嫦，六号在该轨道的运行周期为丁，线造度大小为，和图镇道1的长轴 (R,十R 小行复甲，乙从远目点到近目点约时闻之比一限，灵 为？，月球的半径为R,下列说法中正角的是 2.中国科学院精金山天文台爱现两颗小行星22205，和20220N,它们在同一平面内绕太目蟹 入月球表面的重力烟造度为是 韩明桃盗1 同向的，速四得耳动（仅考成小行星与太图之闻的引力），测得再限小行星之间的图离随 热月球的平均密度为， 道其点B, 时间变亿的关系如图所示，已知22205，的周别大于20220N的 GT 周期，下列说法正确的是 C.馆城六号两欢变轨露是加这变轨 A,20220S,餐20220N,W周运动的半径之比为3：1 地月传移轨通 &202208,运动的同周为04T 人好六妙在情同装道上的面行则明为严了 C,2四N话动的周期为7T。 8,如图所乐以为粒球泰道上的物体，春为沿勉球表面附五做匀速帽同运动的人迹卫藏（为粗球 D.0225与20220N:所受太阳1引力之比为1：16 可步卫星，下列关于￥，敲匀速周周运动的说达中正确的是 五，如图所示，一半径为R,质量均匀分有的球体，从中挖去直径为R的球 A.战、c三物体，都仅由万有引力是铁向（心力 体，虚线过两球的球心，一面点分别位于阴中的1,2,3点时，受列的万有 我风期关系为丁>T>T 引力分期为F.,F1,P:周有 二，线速度的大小关系为，<，< A.FSFF B.F<FSF D.向心相速度的大小关黑为4：>a,>。 C.F-F-F D.F-F:F 4.假设地球是一半轻为及、质量分布均匀的球体。一可并深度为d:已知质量分布均匀的球壳 从，《多选知用，从空间站钟出的机械臂外端安置一微数卫星，微型卫星，空 的塑里和城 对壳内物体的引力为零，矿并医都和地面处的重力加事度大个之比为 间站、地球在同一直线上，微型卫星与空间站同步做匀速智周运动。已 知地球半径为？，空可站的轨道半径为厂，桃械背长为，氢略空国站对 N发 1+景 C. R D.(K-d) 卫星的引力以及空间站的尺寸，下到说法正确的是 5.《多选》我国的天问间三号任务计材如28年衡后实施两次发射任务，实瑾火星样品惑叫勉球，已 A.酸最卫星的线速度与室站的线速度大小之比为 知火星的直径约为地球的0%，质量的为泡塔的10%，以下说法正确的是 Vr十d A。火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度 民“天谪三与”探测善的发射速度成大于地球的第二宇宙速度，小于地球的第三字宙速度 及空闻站新在处加遮度与越球表面处重力加害度之比为 C.探测薛在火星表在附近的环绕渔度大于T.9k C心微里亚星班于完全失重款老 力，大星的第一学宙违度小于地球的第一半宙建度 山.若载随臂操作不当，微用卫是脱落后会飞离空间站 物理段·满伟题专蓝（图）第1勇1共4勇 按理·汤样置专城（图）第：到1共4真) 4 1。中网航天科技集西预测到5年，进出空可站和空可站运输的方式将出观硕厦牡度罩，太空 电梯有里实现，笼假授已经建成了如图所示的太空电稀.其将地球本道上的风定基地，月少 空间站和配重空佩站道过超级夏蝇连线在一起，使斯相沿绳赏向空利站运送物费。用中配 壁名 重空间靖比同步空风站更高，太空电怀正停在高胞面高R处的站点P修整，并利用太能给 若电池充电，喇下鲜说法正确的是 A.太空电梯中的份物处于克全失重状态 队太享电梯一天内可有接科用太闭能充电的时间为 配站 12 h C.若从P帮刚向外自由释放-一个小块，则小物块通 国多0能 A.直就三星来线星体嫩圆鸭岳动的周期为T,一、G 会一边朝P点转动的方间向前品动一边落到 5Gm 落8 地球 秋直线三星系轮星体戴网周运动的向心相速度大小为：， 8L D.若两空问结之向境绳斯裂，配重空问站将烧地球做局同岳动，且断乳时所处拉置为幅同 的运地点 C三角形三星系被中星体嫩阅网运块的周期为T一2红3Cm 1L。如图所示，A是地球的一静止轨道卫星，)为地球中心，地球牛径为及，地球自转圈期为 T,另一卫星#的侧形轨道也位于本追平面内，运行方向与地球自转方向制问，周期为下， 几三角彩三道系统中基体做国周述动的约七加速度大小为“，一酒Gm 2L1 且距地面的高度■及，地球表面的重力相通度为g。下列说法正绳的是 4.(多达》离断示，科学家设想在拉格丽日点L,建立一空间站，且辛间站绕地球盆圆周国动 A卫星B所在轨道处的重力加速度为 的周期与月球公转煤期相同，集 2农 我卫星B的面行周明为T,一2 A。空间站的抑速度小于月球的加速度 我空闻站的线速度小于月慧的浅速度 H库 C.相同时间内，卫星A与电心连线比卫星B与慈心连线日过的面机大 C.空可结的向心力大干月球的陶心力 DA:B两卫显相邻两次相最近时刻的时间隔为业一2C了，一T T:T D.空间站和月球均只登患球的万有引力 12 5,我国什划2030年前克议镜人登月，在205年藏后，建成国除月球科研站的基本型。假段航 1品，据1年1口月行日的最道：南意大学张曾华则数授领刷的国际偶究湖以发现了肯个白板星+ 天员摇达月球后，在月球表南向候角为：的园定斜面，沿求平方向以，抛出一个小球，运动 磁冷花罐星双星系统VVV125一62A书，并将其年静确定为约1后亿年。对于星球AB 14 时间：时拾好毛直击中斜面。已知月球半径为R,引力常量为，下列说法正简的是 域的双星系校，它门烧其连线上的某一点在二者万有引力作用下数匀速倒周运动，它们运动 周期为丁，轨道半径分图为R、,8。,且R,R。,引力官量为G,则下列选 人月球表留的重力如远查为，品。 且月球的质限为心。 16 情误的是 A.星球A的面境小于暴球的质量 3 月球的第一字南造度为，。 五星球B的胶量为ma一R,R,十R, C.月球均密度为Rmnd 6.物体在万有引力场中具有的势能叫作引力势使。取两物体相距无穷远时的引力势能为罗， 《星球A的线速度小于屋球：的线速度 D,若A、B各有一颗暖量准小的低轨卫屋，卫星的轨道高度这小于A.B何的作离，卫最的 一个质能为一的质点面高质整为的引力哪中仑为时：其引分势能E,=-G一 周别均为丁，期A的卫星的轨道率经小于B的卫星的轨道半径 《式中G为引力常量，理有一颗断量为用的人香邀球卫星以阁形转道环烧地球飞行，由于 .牢宙中存在一些特殊修天体，这账天体离其他恒星较运，通有可忽爵其他显体对它门的引力 受高空稀薄空气的阻力作用，卫星的属物道李径从规慢藏小到：。已知地球的半径为R, 作用，这些特床的天绣常见的有双星氛统，三星系旋，现已现测到拉定的三屋系统存在两种 地球表而的重力知速度为g:此过程中卫星克服空气阻力量功为 基木的构成感式：一种是三颗星位于同一宜线上（如图甲），丙颗屋围资中臭星最匀速胸周运 功：习一种是三颗星位于等边三角形的三个原点上《如图乙)，并着外接于等边三角形的解形 婴 轨道运功。投三星系统各星的质嫌，距离，公转轨道半径分划如图所示。引力常量为：，则下 列判斯正稀的是 C.() 物理~选伟置专蓝（因）第勇引共4勇 按理·汤样置专城（图）第4到1共4真)·物理D· 参考答案及解析 一2mgr,解得v低直=25m2/s2,故C正确。当v=30m/s2时，根据机械能守恒，2mv点一 名m=一2mgr,又F十mg=m整，联立解得F=10N,即小球通过最高点时受到轻绳 1 拉力的大小为10N,故D正确。 15.C【解析】滑块恰能通过最高点B点，表明在最高点由重力沿斜面的分力提供向心力，则有 mg9=m艺，解得，=√受，故A错误。滑块所受滑动摩擦力大小始鉴为f=N gcosθ，摩擦力方向始终与线速度方向相反，则滑块从A点滑到B点克服摩擦力做的功为 3 W=∫·山，解得W。=2mgL,故B错误。滑块从A点滑到B点过程，根据动能定理有 Cmg·2弘in0=w立二2moE解得E分pomngl+mgb,放C正确。滑块在A点 5 时，对滑块进行分析，根据牛顿第二定律有T一mg血0=m艺，其中E-m听，解得轻绳的 拉力大小为T=3mg十√3πmg,故D错误。 16,D【解折】当小球经过最高点的速度为0时，根据动能定理可得一mg·2R=0一m,解得 小球在最低点的速度为？=2√gR,则速度刀应满足>2√gR,才能使两球在管内做圆周运动， 故A错误。当v=5gR时，从最低点到最高点过程，根据动能定理可得一mg·2R=2mvi一 2,解得小球6在圆管最高点的速度大小为心，=√gR,此时重力刚好提供向心力mg 1 m尺，可知小球6在圆管最高点对圆管无压力，故B错误。当小球b在最高点对圆管无压力时， vi 此时小球b在最高点的速度为U,=√gR,小球a在最低点的速度为v=√5gR,则有F。一F。= m尽-一m尽=4mg,故C错误。当>5gR时，两球在管内可以做完整的圆周运动，设小球0 v. 在圆管最低点的速度为，根据牛顿第二定律可得F。一mg=m尺，小球6在圆管最高点的速 度为，根据牛顿第二定律可得mg十F,=m尺，根据动能定理可得一mg·2R=号 2m0,联立可得F。一F。=6mg,可知小球a对圆管最低点的压力比小球b对圆管最高点的压 1 力大6mg,故D正确。 物理选择题专练（四）】 1.BD【解析】根据开普勒第二定律，小行星甲在远日点的速度小于在近日点的速度，故A错误。 很据C?三m,小行星乙在远日点的加速度等于地球公转加速度，故B正确。根据开普勒第 R+R 三定律，小行星甲与乙的运行周期之比 T 2 (R,+R) R2+R √R十R),故C错误。小行星甲 ·11 高三逐题突破 (R1+R) 与乙从运用点到近日点的时阿之比脚为周期之比、R,十众，故D正确。 2.C【解析】设小行星20220S1距太阳的距离为r1,小行星20220N1距太阳的距离为r2。根据图 像可知r1一r2=3r,r1十r2=5r,联立解得r1=4r,r=r,即半径之比为4：1，故A错误。因经 过时间8T。两星再次相距最近，设小行星20220S,与小行星20220N,绕太阳运动的周期分别为 ①工，则于无-8根据开普勒第三定律可如9解得T,=56T,T,=7江，放B 错误，C正确。由于两行星质量关系未知，故无法确定其所受太阳引力之比，故D错误。 3。D【解析】设球体的密度为，则没有挖去小球体前的质量为M=p·3R,被挖去的小球体质 量为Mp·A()=M,根据万有引力定律可得F=0-GMm-GMm r 2R2,F= GMm 8 R R2 GM'm 17GMm /3R2 18R,采用填补法，可知剩余部分在位置“2”的万有引力大小等于挖掉的部分在位置 2 “2”的万有引力大小，即F2 g0=g,则有F,=F<F。 R 4.A【解析】地球的质量M=pV=p·专R,根据万有引力定律，在地球表面mg1=G, R,可 得g1=G ,根据题意，在矿井底部，地球的有效质量为M=pV:=p·x(R一d),则mg, M 4 Mm (R-4),可得g,=G M G R-d),联立可得2=1- g R 。D【解标】探测器在星球表面受到的重力等于万有引力mg一心，解得星球表面重力加述 度g-,已知火星的直径约为地球的50%，质量约为地球的10%，地球的重力加速度g ,8,则火星表面的重力加莲度：-8。<8，散A错误。报测器锐离地球引力的约 束，在太阳系中绕火星转动，则探测器的发射速度应介于地球的第二宇宙速度和第三宇宙速度之 间，故B正确。探测器在星球表面，绕星球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力GMm=m”, R =mR' 可得第一宇街速度为=探测器在绝球表面飞行的速度即第一字宙速度，为.9km/ 0.1 则探测器在火星表面附近的环绕速度即火星表面的第一宇宙速度，为k一√.5X7.9km/s< 7.9kms,故C错误，D正确。 6,B【解析】根据开普勒第三定律有-二解得T,≈5,67年，故A错误。对于“樊锦诗星 在远日点和近日点附近很小一段时间△t内的运动，近日点到太阳中心的距离为(2×3.18 1 1 4.86)天文单位=1.5天文单位，根据开普勒第二定律有201r1△1=2：r:△，解得“樊锦诗星”在 ·12· ·物理D· 参考答案及解析 远、近日点的速度大小之比为片-故B正确。过“樊锦诗星”的远日点构建一以日心 为圆心的圆轨道，根据万有引力提供向心力有GM”=m二，可得一 GM,则轨道半径越大， 卫星的线速度越小，在构建的圆轨道上运动的卫星的线速度小于地球的线速度，“樊锦诗星”在远 日点要想运动到该构建圆轨道上，需要加速，则“樊锦诗星”在远日点的速度小于构建圆轨道上卫 星的线速度，综上，“樊锦诗星”在远日点的速度小于地球的公转速度，故C错误。根据万有引力 提供向心力有G Mm=ma,“樊锦诗星”在近日点的加速度大小与地球的加速度大小之比为 r 0rg故D错误。 a蓝_r_4 2π 7.D【解析】嫦娥六号在圆轨道Ⅱ上运行的向心加速度a=ww= ，但圆轨道Ⅱ并不是月球表面 的轨道，所以月球表面的重力加速度：≠。一票。，故A错误。嫦城六号在圆轨道上运行时有 2π M3πr3 GM=m()下解得M一T,月球的平均密度V GTR,故B错误。由于两次变卸 2 是离月球越来越近，所以两次变轨均为减速变轨，故C错误。由开普勒第三定律 下g,解 得T'_ky2T,故D正确。 4 8.D【解析】b、c围绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，为地球赤道上的物体，由万 有引力的一个分力提供向心力，故A错误。c为地球同步卫星，。为地球赤道上的物体，两者的 周期与地球自转周期相等，根据0=m只，解得T=,由图可知<，可得工. /4πr 2 T,>T6,故B错误。c为地球同步卫星，根据=ar,a、c角速度相等，a的轨道半径小一些，则 有，<，根据m二，解得。-的轨道半径大于6的轨道半径.则c的线速度小 GM 于b的线速度，则有v.<v,<v6,故C错误。c为地球同步卫星，根据a=wr,a、c角速度相等， a的轨道半径小一些，则有a>a,根据，三ma,解得a=,?,由于c的轨道半径大于b的 轨道半径，则c的加速度小于b的加速度，则有a。>a,>a。,故D正确。 9,BD【解析】微型卫星和空间站能与地心保持在同一直线上绕地球做匀速圆周运动，所以微型卫 星的角速度与空间站的角速度相等，根据。=卿可知十，故A错误。根搭牛顿第二定 U空何站 律GM=mu,解得空间站所在轨道处的加速度a=GM,在地球表面G M 2 =mg,解得g= 以。一产，故B正确。根据牛顿第二定律G=,解得。=，可知仅有万 R,所以4=R GM 2 有引力提供向心力时，微型卫星比空间站的轨道半径大，角速度小，由于微型卫星跟随空间站以 共同的角速度运动，由F=ω，可知所需向心力增大，所以机械臂对微型卫星有拉力作用，微型 卫星不是处于完全失重状态。所以，若机械臂操作不当，微型卫星脱落后会飞离空间站，故C错 误，D正确。 ·13· 高三逐题突破 0.C【解析】对地球卫星有G,:=mwr,解得w= ，可知卫星轨道半径越大，角速度越 GM 小，由于人与货物沿着“太空电梯”上行期间，在未到达地球同步轨道位置的时候，其角速度与同 步轨道相同，即“太空电梯”该位置的角速度小于该位置轨道半径上卫星的角速度，则“太空电 梯”上该位置圆周运动所需的向心力小于该位置的万有引力，货物还受到电梯向上的力的作用， 人与货物处于失重状态，但不是完全失重，只有货物上升到同步卫星轨道上时，其角速度与同步 轨道卫星的角速度相等，此时万有引力恰好等于圆周运动所需的向心力，此 时货物才处于完全失重状态，故A错误。如图所示，电梯转人地球的阴影 区时就无法直接利用太阳能充电，且sm。=?,得。=30，故能直接利用大 阳能充电的时间约为1=36020T=20h,故B错误。若从P轿厢向外自 360° 由释放一个小物块，则小物块会一边朝P点转动的方向向前运动，一边落向地球，做近心运动， 故C正确。若两空间站之间缆绳断裂，配重空间站将绕地球做椭圆运动，其断裂时所处位置为 椭圆的近地点，因为在近地点线速度较大，半径较小，需要的向心力更大，故D错误。 业C【解们]在地球表面有6袋=m5,卫星B处有G公mg,又AR,解得 1 48 故A错误。对卫星B,由万有引力提供向心力可得G,Mm (R+h)2=m(R+h)4 ,解得工， GM 4π 四放B错误。根据万有引力提供向心力G-m二，解得。 ,扇形面积S= A 单位时间内扫过的面积。么2G,故相同时间内，卫星A与地心连线比卫匹 与地心连线扫过的面积大，故C正确。A、B两卫星相邻两次相距最近的过程有△一，△= 2π TiTo 2x,解得△1=T。-T,故D错误。 4π2RA 12.C【解析】两星球运动周期相等，对A,B分别进行分析有G(RA十R)=mAT, 4π2Rn (RA十RB)=m:T,由于R>R,可知mA<ma,故A正确，不符合题意：根据上述有 mamn G mBmA G Rm4xR解得m4K十） GT2 一，故B正确，不符合题意：根据线速度 与周期的关系有v= 有=2.由于R>R则有A>B,即星球A的线速度大于星球B的线速● 度，故C错误，符合题意：对卫星进行分析有Gm T.G mum' 4πrA ,4πrB =m r T,解得rA= GIAT GmaT N4π2 4r,又m⅓<ma,可知A的卫星的轨道半径小于B的卫星的轨道半 径，故D正确，不符合题意。 Gmi Gm 13.C【解析】对于直线三星系统中左侧星体，根据万有引力提供向心力，有 '(21.1)2 2,L解得T1三4x,5Gm ,故A错误。对于直线三星系统中左侧星体，根据牛顿第二定 ·14· ·物理D· 参考答案及解析 律有 Gmi Gmi L (2L)2=m1a1,解得a1= F:,故B错误。对于三角形三星系统中其中一个星 L: Gm L2 体，根据万有引力提供向心力，有2 4π2 2 L度cs30=m:T×cos30,解得T,=2元 3Gm2 ,故C G 正确。对于三角形三星系统中其中一个星体，根据牛顿第二定律有2 L号cos30=ma,解得 ax= 3Gm,故D错误。 L 14.AB【解析】由于空间站与月球具有相同的周期，则它们的角速度也相同，根据a=w2r,由于月 球运行的轨道半径较大，则空间站的加速度小于月球的加速度，A正确。根据v=w,则空间站 的线速度小于月球的线速度，B正确。根据F一m仙”r,由于月球质量和运行的轨道半径都较 大，则空间站的向心力小于月球的向心力，C错误。空间站受到月球和地球的万有引力，月球受 到空间站和地球的万有引力，D错误。 15。A【解析】小球撞到斜面时，将速度沿水平方向和竖直方向正交分解，可知tana= ,因此月 gt 球表面的重力加速度为g即。A正确。根据学 GMm-mg,可得月球的质量M=R R -,B IGtan a M 3vo 错误。月球的密度p 一可得月球的第一宇宙速度 3R 4 4πGRtan a ,C错误。根据mg=。 voR ,D错误。 ttan a 16。C【解析】设卫星轨道半径为r,由万有引力提供向心力G=m二其中M为地球的质量。 v 题目条件知其引力势能为E。三一G",联立可得，卫星在厂处时的总能量为E=E 2m2-- 1 GMm,半径为r1时，卫星总能量E,=-GMm,半径为，时，其总能量E, 2r 2r GMm 2r2 ,由功能关系得，卫星轨道变化过程中克服阻力做的功W,=E,一E,=-GMm+ 2r1 在地球表面有6-g联立可得W,一m(》 、Mm' 2r3 物理选择题专练（五） 1,CD【解析】滑动摩擦力大小为f=mg=20N,一开始推力大于滑动摩擦力，随着推力的减小， 物体先做加速度逐渐减小的加速运动：当推力减小到20N时，加速度为零，物体的速度达到最 大：之后推力小于滑动摩擦力，物体做加速度逐渐增大的诚速运动，当推力减小为零后，物体做匀 减速运动，故A、B错误。根据F-x图像中图线与横轴所围的面积表示推力做的功，可得运动过 程中推力做的功为W=号×100X4J=20J,故C正确。当推力减小到20N时，加速度为零，物 体的速度达到最大，根据F-x图像可知此时物体的位移为x=3.2m,根据动能定理可得W。一 ·15·