周测评(9) 万有引力与航天-【衡水真题密卷】2025年高考物理学科素养周测评（湖南专版）

2024一2025学年度学科素养周测评（九） 物理·万有引力与航天 (考沈时同75分钟，慈分100分》 一、选择题：本题共6小，每小盟4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项 符合题日要求。 题号 答案 1.如图所示，2022年11月12日，天舟五号与空阀站天和植心能皮功对接，此次发射任务 从点火发射到完成交会对接，全程仅用？个小时，创质界最快交会对接配录，标志着我 国航天交会对接技术寂得了新突骏。在交会对接的最后阶段，天舟五号与空列站处于 司一轨道上同向运动，两者的诺行轨道均找为圆周递动。警使天舟五号在同一轨道上 追上空间站实现对接，天舟五号境射燃气的方向可能正翰的是 无得五号 天身五号 ,黄气方向 短向二◆ 证行为的口◆ 气 安利结 空利陆 A B 天丹五号 大对丘号 回行向一网食 达行方利4一口◆ 何站后气向 型间陆'气方向 D 2.如图新示，有甲，乙两颗卫星分划在不同的轨道国绕一个帝经为R,表面重力如速度为g 的行星运功，卫星甲，卫星乙各自所在的勒通平而相互垂直，卫星甲的轨通为图，距离行 星表面的高度为R,卫是乙的轨道为脑图，M,N两点的连线为其图轨道的长轴且M N两点间的距离为4R。则下列说法正确的有 学科秦养周测浮（九】物理第1页（共8页） 衡水真是 A卫星甲的线速度大小为2：R 且卫星乙沿棉圆轨道运行过N点时的加速堂小于卫星甲沿圆轨道运行的相速度 C,卫星乙沿就魔轨道运行经过M点时的速度小于卫霸甲沿图轨道运行的速度 D卫层乙运行的周期大于卫星甲运行的周期 3,址球公转轨道接正阅，红韩量运动轨道则是一个手管良的情耀。天文学家哈雷成功预 言哈雷售星的日日，它最近出观的时间为185年，质测下次飞近地球将在2061年左右. 如图所示为地这与哈雷彗星烧日运动的示意图，且图中M点为博轨迹的交点。则下列 分析正确的是 地球 太用AM A,哈雷雪星在近日点的速度大于地球绕日公转的速度 且哈雷售星在M点时的加渔度小于地球在M点时的加速度 G根据已知数据可替算哈雷彗屋轨道的率长触是地球公转半径的√倍 地球与太阳的连线和哈雷尊星与太阳的连线在相等时日内扫过的面积相等 4,长征三号火莆发射同步卫屋中星9八时出观过异常，卫屋没能进人顾定静止轨道，道过 我国研究人员的务力，经过0次轨谁到整，熟于将中屋9A卫星成功定点于东经101,4 的静止轨道，完成太空白教”。如图厌示为卫是自救过程的简化示意图，近地轨道和静 止轨道是属物道，异常轨道和转移轨道是树属轨道，P:Q.S三点与地球中心北规，P、Q 两点是转移轨道的远地点和近地点，近板认为PQ的距离为地这半径R的8倍。下列 说法正确的是 静止我范 异德轨道 帮镜道 A.在静止轨道上的卫星的速率小于地球赤道上物体的速率 且卫星在静止轨道上经过S点的加速度大于在转移轨道上经过P点的加速度 C卫星在异常轨道上经过Q点的速率小干在静止轨道上经过5点的速率 D卫垦在近地轨道上的周期与在转移轨道上的横期之比的为1：8 5.某课外小组被集了一些地球卫星和木最卫星的数素，利用电精处理数据后得到了卫星 周期的二次方和卫屋轨道单径的三次方的关系图像如图所示。已知地球和术星的密度 密餐 学科素养周测译九)物理第2页（共8页} 分削为5.52g/m和1.3写g/m,木星的体约为粒球体积的1313倍。下列说法正 确的是 入在相同时间内地球卫星与地心蓬线扫过的面积和术星卫题与术墨球心连线扫过的面 机相等 A所有地球卫星与地心连线在相同时同内扫试的面积都相等 C图像B的斜率约为图像A的斜率的310倍 几.图像A为地球卫层的图像 .太用系各行星几乎在同一平面内着同一方向饶太阳做属周运动。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，陈为“行星冲日”。已知地球及 各地外行星浇太阳运动的轨道半径如表格所示 行是名称 电球 火是 木星 土星 天王是海王星 轨道率径R/AUL,Q 1,5 52 95 19 30 划相邻两改“中日“时间间隔的为 A.火星36船天 R火量0天 C.天王星365天 D.天王星800天 二、选择题：本题共4小题，每小置5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符 合恩日要求。全耶达对的得5分，送对但不全的得3分，有进情的得0分。 题号 9 10 答案 7.为了更好地了解太阳活动对地球的聚响，程国或功将“夸父一号”卫星发射升空，将该卫 星绕地球的运动看成匀速图周运动.距离地球表面约2如km,运行周则的9的m如。已知 地球的半径钓为6400m,引力常量为G,下列说法正确的是 A.“夸父一号”有可能静止在广东省惠州市的正上方 B利用圆中数据可以估算出越妹的密度 C“夸父一号"的发射建度大干第二宇宙墓度 ·”夸父一号"的角速度大于地球自转的角速腹 学科素养周测悍九】物理第3页（共8页） 衡水真无 8.木星和土星都朝有众多的卫展，其中“木卫三作为太阳系唯·一颗拥有磁桥的卫星，在 其厚厚的冰县下面可雀存在生命，而”土卫二”具有生金诞生所雷的全军菱素，是最适宜 人类居住的至绿，经探测它们分别绕术星和土星做圆周运动的轨道半径之比为@，若木 星和土星的质量之比为，则下列关于“木卫三”和土卫二”的根关说法正确的是《》 人运行调期之比为得 且向，6加速度之比为号 C环绕速度之比为，骨 D表面重力加速度之比为导 复.022年12月14日，神丹十国号顺利脱离天和核心稔空间站，安全返回地球，规定无穷 延处引力势能为0，空间站到地心离为，时其引力势能可表示为已，一-G,其中G 为引力常量，M为地球质薇，测为空间站质量。已如地球率轻为R,空间站饶地球敏) 速圆周滋动时距地面的高度为，若忽略地球的白转及空气阻力，下列说法正确的是 人空间站在地球表面的引为势佳为 队空何站在离地面有度为太的轨通运行的对能为？微 C空间站在肉地面高度为点的鞘运行的帆城能为景完食一》 从达面发射离地底度为太的轨道敏动需要对空料站盘的功为松食+》 10,设计贯通地味的弦线光滑直堂列车隧道：质量为m的列车不需要引草，从人口的A点 由静止开始穿过隧道达另一端的B点，了为隧道的中点，了与地心0的距离为角 受尺，假设范球是半轻为R的蓝量均匀分布的球体，地球表国的重力加速度为风，已知 质量均匀分布的球壳对球内物体引力为0，P点列了的距离为工，期 A.列车在隧道中A点受到的合力大个为Q.5mg 凡列车在P点的重力加速度等于g C列车在P友的加速度等于R。 D列车在运动中的最大速度为巫 密程 学科素养周御坪九)物理第4页（共8置} 三，非选择题：本题共5小盟，共56分。 13.(10分)力度探侧于017年我得话贝尔物型学奖，双星的运动是产生引力被的来源 1L,《?分设地球是置量分布均匀的半径为R的球体。已知引力常量G:地球表面的重力 之一，假设字宙中有一双最系统由P、Q两颗星体组成，议这两颗星绕它门连线的某一点 加速度g,忽略地球自转。 在二着万有引力作用下做匀速翼周运动，测得P星的周期为T,PQ两颗最的距离为 《1》推导地球质量N的表达式 1,P,Q两颗量的轨道半径之差为△以P显的物道半径大于Q显的轨道半径)，引力常 (?)推导地球第一宇宙速度和的表达式 量为G,求： (3》授地球的密度为心：靠近地球表面嫩圆周运动的卫果的周期为T,证明于-万 (1)Q,P两颗星的线速度之差Ap。 G (2Q,P两顾星的质量之差△m. 12(9分)程设未来的人类登上某一地外行星。一小球在距离核星球表面A处自由下常： 经过时间落到球表面，无空气阻力。设议个行星的半径为R,引力常量为G. 《1)求核行星表面的重力加速度大小。 (2)求该行星的质量。 (3)这个行星的第一宇宙速度大小的为多少？ 学科素养周测浮九】物理第5页共8页) 衡水真题密卷 学科素养周衡坪九)物理第6页（共8页} 14.14分)如图所示，神舟十大号载人飞船处于半径为n的圆轨道【，空判站组合体处于 15,(15分)2023年2月，我日首颗越百G高通量卫星中层25号发射域功，开启卫深互联 半径为门的凰物道目。通过变轨操作后，意船从A点沿树同轨道Ⅱ运动到B点与空 网新时代。如图所示，甲，乙卫星在地球赤道面内缝地球数匀速圆周运动，甲、乙卫星 间站维合体对接。已知点球的半径为R,地球表面重力速度为g。求： 之间可直接进行无线信号通低，由于地球喜督，甲、乙卫星之回直接通讯信号金周期性 (1》空间站组合体在轨道围运行的周期丁： 中断。已知地球的率径为R,甲卫星的轨道半径为2R绕地球运行的周期为T,乙卫星 (2)飞船由轨道Ⅱ的A点飞至B点所我的时间. 的轨道半径为2R,甲、乙卫星运行方向均和处球自转方向相同。求： (1)乙卫星绕地球运行的周期。 (2)在一个通讯周期内，甲，乙卫星直接通讯信号中斯的时间（不计情号传输时间）， 学科素养周测悍九】物理第丁页共8页) 衡水真题密程 学科素养周御坪九】物理第8页（共8贾}衡水真题密卷 mgn=m话-之m味 在B点根据牛顿第二定律有FN一mg-m通 r? 解得FN=14.8N。 (3)滑块与塑料板组成的系统动量守恒，规定向 右为正方向，根据动量守恒定律有 %B=mt十m20” 根据能量守恒定律有 2m2% 对滑块，根据能量守恒定律有 1 mgx一2m16-2m0 滑块离开塑料板后微平抛运动 m=vt h=28d 滑块第一次落地，点到B点的水平距离为 x=x1十x2 解得x=3.4m。 15.(1)3m/s(2)3N3) 5 m 【解析】(1)小车由A运动至B过程，由能量关 系可知 E-k(mg+F)L+jmv 其中F=0.5mg,代入数据解得g=3m/s。 (2)设小车在C点的速度为c,恰好通过最高 点，则根据牛顿第二定律有 mg-05mg一m爱小车从B到C,由功能定里 2024一2025学年度学科素养周测讠 一、选择题 1.A【解析】要想使天舟五号与空间站在同一轨 道上对接，则需要使天舟五号加速，与此同时要 想不藏离原轨道，根据F=m号，则必须要增加向 心力，即喷气时产生的推力一方面有沿轨道向前 的分量，另一方面还要有指向地心的分量，而因 喷气产生的推力与喷气方向相反，A正确。 2.B【解析】因为行星半径为R,卫星甲距离行星 表面的高度为R,所以卫星甲的轨道半径为2R, ·26 学科素养周测评 得-mg2R=mt-m 解得R=0.2m 在B,点，根据牛顿第二定律有 R-mg-0,5mg=m是解得R=3N 由牛顿第三定律，小车运动至B,点时对轨道的 压力大小为3N。 (3)小车从B到P,由动能定理得 1 一mg2r=2m呢-2m哈 小车从P,点飞出后做平抛运动 x=Upt 2r-78 解得x√16㎡+g-√16一+赢 当r=0.1125m时，小车落地，点与P点的水平 距离最大 小车从P点飞出vP>0,则 r<0.225m 但因为小车在N点有 m5≤2.5mg 小车从B到N的过程中，由动能定理得 -mgr-合md-之m% 1 解得r≥0.2m 综合可知，当r=0.2m时，小车落地点与P点 水平距离最大，为x。二m 平（九）物理·万有引力与航天 所以有G祭=m录又因为在行星表面有 2 G 1 R2 =mg,解得v一√2gR,A错误：对卫星有 GM恤=ma,解得a=GY, ,,因为卫星绕同一中心 天体运动，所以中心天体质量相同，轨道半径越 大，加速度越小，即卫星乙沿椭圆轨道运行经过 N点时的加速度小于卫星甲沿圆轨道运行的加 速度，B正确；卫星乙轨道是椭圆轨道，在M点处 的速度大于沿轨道半径为M至行星中心距离的 ·物理· 国轨道的卫星追度，对卫里有G恤=m号，解得 GM ,轨道半径越小，卫星的线速度越大，所 以轨道半径为M至行星中心距离的圆轨道的卫 星的线速度大于卫星甲在圆轨道上的线速度，C 错误；对卫是甲有G0=m答2R,嫁合之请 的分析，解得T甲=4r√g /2R ,由于卫星乙轨道的 半长轴等于卫星甲圆轨道的半径，根据开普勒第 三定律，有2-2R,所以有T=T= T T 红四D维 3.A【解析】哈雷彗星在椭圆轨道上绕日公转，而 地球绕日轨道比哈雷慧星近日轨道要远一些，根 GM 据v=r ,所以地球环日速度小于哈雷慧星在 近日点的速度，A正确：根据牛顿第二定律a= 组_GMm_G,哈雷昔星在M点时的加远度 m r'm r2 等于地球在M点时的加速度，B错误；根据开普 T 粉第三定排景-亲a=√景n√停， /752 C错误；根据开普勒第二定律可知，同一颗行星与 太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等，所以 地球与太阳的连线和哈雷彗星与太阳的连线在 相等时间内扫过的面积不一定相等，D错误。 4.D【解析】静止轨道上的卫星角速度与赤道上 物体的角速度相等，卫星的轨道半径更大，其速 率更大，A错误；S点与P点到地球中心的距离 是相等的，根据牛顿第二定律和万有引力定律得 口以，所以卫显在静土轨道上经过S点与在转 移轨道上经过P点的加速度相同，B错误；在椭 國国轨道近地，点实施变轨成椭國轨道是做逐渐远 离圆心的运动，要实现这个运动必须给卫星加 速，所以卫星在异常轨道上经过Q点的速率大于 在近地轨道上经过Q点的速率，卫星在近地和静 止轨道上运动，由万有引力提供向心力得 r2 一，所以卫星在近地轨道经过Q点的速度大于 在静止轨道上经过S点的速度，所以卫星在异常 2 参考答案及解析 轨道上经过Q点的速率大于在静止轨道上经过 S点的速率，C错误：由几何知识知转移轨道的半 长轴为地球半径的4倍，由开普勒第三定律有 -k√圆如卫星在近地桃道上的用期 与在转移轨道上的周期之比约为1：8，D正确。 5.C【解析】开普勒第二定律只适用于某一个卫星 绕中心天体的情况，故A、B错误：根据万有引力 提供向心力有G恤=m答，变形有T= r2 新，国像的针率及=赢根据题意，地球和木 Ar 星的密度分别为5.52g/cm和1.33g/cm3,木 星的体积约为地球体积的1313倍，可知木星的 质量约为地球质量的310倍，则图像B的斜率约 为图像A的斜率的310倍，图像B为地球卫星的 图像，C正确。 6B【保标】装是开普粉第三定律有爱-悬解 得T=√辰)工：设相年两次“冲日时间间隔 TT地 为，则有2红=（经一孕解得= T地 ,由表格中的数据可得= T地一≈ 1-R R地 1 800天，天= T 三≈369天，B正确。 1一N 二、选择题 7.BD【解析】依题意，可知“夸父一号”不是地球 的同步卫星，所以不可能静止在惠州市的正上 方，A错误：“夸父一号”是地球的卫星，已知引力 常量、该卫星的轨道半径、卫星的周期，可求出地 球的质量以及密度，B正确：由于“夸父一号”绕地 球做匀速圆周运动，所以其发射速度小于第二宇 宙速度，C错误；“夸父一号”绕地球运行周期约 99min,小于地球的自转周期24h,根据w=票可 知，其角速度大于地球自转的角速度，D正确。 &AB【解标】根据G=m()=m号 期得T-√高a-兴 G，则运 5 衡水真题密卷 行周期之北为√凭，向心加建度之比为兰，线速 度之比为√后A,B正痛，C错误影根据里球表面 万有引力等于重力可知G=mg,由于不知道 R2 “木卫三”和“土卫二”的半径之比以及质量之比， 所以无法求出表面重力加速度之比，D错误。 9.BD【解析】根据题意，由公式可得，空间站在地 球表面的引力势能为E。=_GYm,A错误；根 R 据万有引力提供向心力有GMm R十)=mF+h,又 E=m,解得空间站在高离地面高度为店的轨 道运行的动能为=2袋0B正确：旅搭题 意，由公式可得，空间站在离地面高度为h的轨 道运行的引力势能为E,=织：机城能为E GMm =B,十B=一2R个DC错误，由功能关系可 知，从地面发射到离地面高度为h的轨道做圆周 运动需要对空间站做的功为W=E一E= 20+收（食+）D正痛. 10.AD【解析】设列车在A时，∠AO0-0,列车在 A点受到地球的引力F。=mg,列车在A点受到 的合力Fa=Fo·sin0,根据几何关系有sin0 严，解得R-名g,A正确：由G- R r mg,M-青，联立可得g-G警，可知列 车在P点的重力加速度小于g,B错误：设地球的 质量为M,列车运动到P点距地心为r, ∠POO=日，根据几何关系有sinf=工，列车运 动到P点有GM,sin日=m,地球为均匀球 体有-后，又G0=mg,解得a=贡8，C 错误；列车在隧道内距O的距离为x时合力 F'=ma=x,F随x均匀变化，即列车从A 到O做加速度减小的加速运动，则列车在点 有最大逸度，则有巴·x0=m-0, 2 5 2 学科素养周测评 解得R,D正痛 三、非选择题 11.1)R G (2)√gR(3)见解析 【解析】(1)忽略地球自转，由地球表面的物体 所受重力等于万有引力有mg=G樱 解得地球质量M=R (2)由在地球表面附近万有引力提供向心力有 G=√gR。 解得地球第一宇宙速度=√ (3)靠近地球表面做圆周运动的卫星，由万有引 力提供向心力有G授=m答R 又地球质量M=pV=专R0 解得T=。 12.12 (2)2hR G (3)2V2R 【解析】(1)根据自由落体运动公式 h-ige 解得该行星表面的重力加速度大小为g= t2 (2)根据物体在星球表面受到的重力等于万有 引力可得 mg-G 解得该行星的质量为M=hF Gt2 (3)根据 v mg=m R 解得这个行星的第一宇宙速度大小为 v-1/2hR. 13.1)2 (2)r GT 【解析】(I)P星的线速度大小p=2r T Q星的钱建底大小g-2受 则P、Q两颗星的线速度大小之差为 ·物理 参考答案及解析 2xrr_2rg_2r△Y 【解析】(1)设乙卫星绕地球运动的周期为T, T T (2)双星系统靠相互间的万有引力提供向心力， 由开替勒第三定律得- T: 角速度大小相等，向心力大小相等，则有 Gmpr ro-mar aou 解得T-浮工. (2)如图所示，由于地球遮挡，甲、乙卫星之间通 解得mpr 讯信号会周期性中断，设在一个通讯周期内，甲、 G mo=Erga? 乙卫星通讯中断的时间为t,有(aw一wm)t=20 G 则P,Q两颗星的质量差为 Am=mg-mp=A_42P△ 故有停-)上=20 G GT2 由几何关系可知 14)国 2 十) RVE 2g R,=2 【解析】(1)空间站组合体在轨道Ⅲ时满足 GMm =m 所以a=吾-晋 ri 由几何关系知0=a十B 且C=mg R 数2分-晋 解得万-急厚 综上所述可得 52 (2)根据开普勒第三定律可得 12(2-2T 芳清 其中轨道半长轴a=力十n 2 解得T2=√ 元(n十) 2gR2 飞船由轨道Ⅱ的A点飞至B点所需的时间为 =1=22k (n十n) 2gR 2g 1. 52 (2)12(2-2) 2024一2025学年度学科素养周测评（十）物理·机械能（一） 一、选择题 运动的过程重力对两小球做功都为mgh,C正 1,C【解析】两个小球在运动的过程中都是只有重 确；从开始运动至落地，重力对两小球做功相同， 力做功，机械能守恒，根据机械能守恒定律可知 但A运动时同小子B运动时间，根搭P=平知重 两物体落地时速度大小相等，方向不同，所以速 度不同，A错误；落地时两物体的速率相同，重力 力对两小球做功的平均功率不相同，D错误。 也相同，但A物体重力与速度的夹角为锐角，B 2.D【解析】人和滑车从斜面顶端A点由静止下 物体重力与速度方向相同，所以落地前的瞬间B 滑，在下滑运动中，受力恒定，则沿斜面向下的合 物体重力的瞬时功率大于A物体重力的瞬时功 力大小不变，由牛顿第二定律可知，加速度不变， 率，B错误；根据重力做功的表达式得两个小球在 即加速度不随时间的变化而变化，加速度a与时 ·29· 公