专题精练4 万有引力与航天(专题微练PPT)-【赢在微点·考前顶层设计】2026年高考物理大二轮专题复习

该高中物理高考复习课件聚焦“万有引力与航天”专题，依据高考评价体系梳理了卫星运动参量、变轨问题、天体质量计算等核心考点，通过2024年全国甲卷、新课标卷等真题分析，明确“万有引力提供向心力”“开普勒定律应用”等高频考点权重，归纳匀速圆周运动、椭圆轨道等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题精析+素养提升”，如以嫦娥六号变轨问题为例，用科学思维中的模型建构分析轨道半长轴与周期关系，通过红矮星质量计算培养科学推理能力，帮助学生掌握“黄金代换”“开普勒第三定律”等解题技巧，教师可据此精准定位学生薄弱点，助力高效冲刺。

专题精练4　万有引力与航天 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 1.(2024·全国甲卷)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(　　) 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 保分基础练 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 在环月飞行时，样品所受合力提供所需的向心力，不为零，A项错误；若将样品放置在月球正面，它对月球表面压力大小等于它在月球表面的重力大小，由于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，则样品在地球表面的重力大于在月球表面的重力，所以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，B项错误，D项正确；样品在不同过程中受到的引力不同，但样品的质量相同，C项错误。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 2.(2025·山西部分重点高中联考)如图所示，一半径为R、密度均匀的球体，在距球心2R处有一质点。若以球心O为中心挖去一个半径为的球体，则剩余部分对该质点的万有引力变为原来的(　　) A. B. C. D. 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 设球体的密度为ρ，则球体的质量为M=ρπR3，被挖去的小球体的质量为M′=ρπ=M，完整球体对质点的万有引力大小为F1= ，被挖去的小球体对质点的万有引力大小为F2==F1，剩余部分对质点的万有引力大小为F=F1-F2=F1，剩余部分对该质点的万有引力变为原来的，B项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 3.(2024·贵州卷)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r1、r2且r1≠r2，向心加速度大小分别 为a1、a2，则(　　) A.= B.= C.a1r1=a2r2 D.a1=a2 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 设土星的质量为M，两颗卫星的质量分别为m1、m2，对两颗卫星，根据牛顿第二定律G=m1a1，G=m2a2，整理得a1=a2，D项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 4.(2024·新课标卷)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 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 设红矮星质量为M1，行星质量为m1，半径为r1，周期为T1；太阳的质量为M2，地球质量为m2，到太阳距离为r2，周期为T2；根据万有引力定律有G=m1r1，G=m2r2，联立解得= ，由于轨道半径约为日地距离的0.07倍，周期约为0.06年，解得≈0.1，B项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 5.(2025·嘉兴三模)鸿鹄卫星是我国的一颗近地卫星，离地高度约为500 km。若此卫星绕地球做匀速圆周运动，则其(　　) A.发射速度小于7.9 km/s B.与月球相比，周期更大 C.与同步卫星相比，角速度更小 D.与赤道上的建筑物相比，向心加速度更大 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 第一宇宙速度7.9 km/s是最小的发射速度，所以卫星的发射速度大于7.9 km/s，A项错误；因月球的轨道半径大于卫星的轨道半径，根据开普勒第三定律可知月球围绕地球做圆周运动的周期大于此卫星围绕地球做圆周运动的周期，B项错误；根据万有引力提供向心力，有G=mrω2，解得ω=，因同步卫星的轨道半径大于此卫星的轨道半径，所以同步卫星的角速度小于此卫星的角速 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 度，C项错误；因同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等，由上分析可知此卫星的角速度大于赤道上的建筑物的角速度，赤道上的建筑物到地心的距离小于此卫星到地心的距离，根据向心加速度公式a=rω2，此卫星的向心加速度大于赤道上的建筑物的向心加速度，D项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 6.(2025·重庆七校联考)2015年9月，美国的探测设施接收到一个来自GW150914的引力波信号，此信号是由两个黑洞的合并过程产生的。如果将某个双黑洞系统简化为如图所示的圆周运动模型，两黑洞绕O点做匀速圆周运动。在相互强大的引力作用下，两黑洞间的距离缓慢减小，在此过程中，两黑洞做圆周运动的(　　) A.向心力均逐渐减小 B.角速度均逐渐减小 C.周期均不变 D.线速度均逐渐增大 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 向心力由万有引力提供，根据万有引力定律可得Fn=G，两黑洞间的距离逐渐减小，万有引力增大，所以向心力均逐渐增大，A项错误；根据牛顿第二定律可得G=Mr1，G=mr2，r1+ r2=L，解得T=2π，所以ω==，两黑洞间的距离L逐渐减小，周期均减小，角速度增大，B、C两项错误；根据v= ωr可得v1=r1，v2=r2，由于两黑洞间的距离L逐渐减小的过程中，L3的减小量大于的减小量，所以线速度均增大，D项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 7.(2024·湖北卷)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P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(　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 A.空间站变轨前、后在P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P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 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 在P点变轨前后空间站所受到的万有引力不变，根据牛顿第二定律可知空间站变轨前、后在P点的加速度相同，A项正确；因为变轨后其半长轴大于原轨道半径，根据开普勒第三定律可知空间站变轨后的运动周期比变轨前的大，B项错误；变轨后在P点因反冲运动相当于瞬间获得竖直向下的速度，原水平向左的圆周运动速度不变，因此合速度变大，C项错误；由于空间站变轨后在P点的速度比变轨前大，而比在近地点的速度小，则空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的小，D项错误。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 8.(2025·咸阳二模)2024年5月7日，我国在太原卫星发射中心成功发射长征六号丙运载火箭，搭载发射的海王星01星、智星一号C星、宽幅光学卫星和高分视频卫星顺利进入预定轨道飞行试验任务获得圆满成功。假设海王星01星、智星一号C星处于同一轨道平面做匀速圆周运动，且绕地球运动的方向相同，海王星01星绕地球运动的周期为T1、智星一号C星绕地球运动的周期为T2，海王星01星距离地面的高度大于智星一号C星，下列说法正确的是(　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.T1<T2 B.在相同时间内，海王星01星、智星一号C星与地心连线扫过的面积相等 C.海王星01星、智星一号C星相邻两次距离最近的时间间隔为t= D.海王星01星线速度大于智星一号C星线速度 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 根据开普勒第三定律有=，由于海王星01星距离地面的高度大于智星一号C星，即海王星01星的轨道半径大于智星一号C星的轨道半径，则有T1>T2，A项错误；绕地球做匀速圆周运动的卫星，由万有引力提供向心力，则有G=mω2r，解得ω=，卫星在Δt时间内扫过的面积S=·πr2，解得S=，轨道半径越大，相同时间内扫过的面积越大，即在相同时间内，海王星01星与地心 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 连线扫过的面积大于智星一号C星与地心连线扫过的面积，B项错误；令海王星01星、智星一号C星相邻两次距离最近的时间间隔为t，则有t-t=2π，解得t=，C项正确；绕地球做匀速圆周运动的卫星，由万有引力提供向心力，则有G=m，解得v= ，由于海王星01星的轨道半径大于智星一号C星的轨道半径，则海王星01星线速度小于智星一号C星线速度，D项错误。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 9.(2025·秦皇岛一模)2024年5月3日17时27分嫦娥 六号成功发射，经过5天的飞行被月球引力捕获， 进入环月轨道，经过连续多次近月制动，轨道逐 渐降低。先在距离月球表面200 km的环月轨道Ⅰ 上运行,随后变轨进入近月点离月球表面15 km、 远月点离月球表面200 km的轨道Ⅱ上，如图所示，A处为变轨位置，A、B分别为椭圆轨道Ⅱ的远月点和近月点，下列说法正确的是(　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.嫦娥六号在A处变轨时应加速 B.嫦娥六号在轨道Ⅱ从A到B运行时机械能增大 C.嫦娥六号在B点的速率小于轨道Ⅰ上运行的速率 D.嫦娥六号在轨道Ⅰ上运行时的周期大于在轨道Ⅱ上运行时的周期 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 嫦娥六号在A处由高轨道Ⅰ降到轨道Ⅱ上需要减速，A项错误；嫦娥六号在轨道Ⅱ从A到B运行时只有引力做功，机械能保持不变，B项错误；嫦娥六号在B点需要减速后才做匀速圆周运动，且在B点做圆周运动的速率大于轨道Ⅰ上运行的速率，故在B点的速率大于轨道Ⅰ上运行的速率，C项错误；根据开普勒第三定律=k，轨道Ⅰ的半径大于轨道Ⅱ的半长轴，故嫦娥六号在轨道Ⅰ上运行时的周期大于在轨道Ⅱ上运行时的周期，D项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 10.空间站在距离地面高度为h的圆轨道上运行。航天员进行舱外巡检任务，此时航天员与空间站相对静止。已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，下列说法正确的是(　　) A.此时航天员所受合力为零 B.地球的质量为 C.空间站的线速度大小为R D.空间站的向心加速度大小为g 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 增分提能练 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 航天员相对空间站静止，即航天员和空间站一起相对地球做圆周 运动，所受合力不为零，A项错误；设地表有一物体，质量为m，忽略地球自转，有=mg，解得地球的质量为M=，B项错误;由=m，其中r=R+h，得v=，代入地球质量，解得v= R，C项正确；由=ma，其中r=R+h，得a=，代入地球质量，解得a=，D项错误。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 11.(多选)(2024·广东卷)如图所示，探测器及其保护 背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时 以60 m/s的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”， 探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已 知探测器质量为1 000 kg，背罩质量为50 kg，该行星 的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取g= 10 m/s2。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有(　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.该行星表面的重力加速度大小为4 m/s2 B.该行星的第一宇宙速度为7.9 km/s C.“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为80 m/s2 D.“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30 kW 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 在星球表面，根据G=mg，解得g=，行星的质量和半径分别为地球的，地球表面重力加速度大小取g=10 m/s2，可得该行星表面的重力加速度大小g′=4 m/s2，A项正确；在星球表面上空，根据万有引力提供向心力G=m，解得星球的第一宇宙速度v=，行星的质量和半径分别为地球的，可得该行星的第一宇宙速度v行=v地，地球的第一宇宙速度为7.9 km/s，所以该 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 行星的第一宇宙速度v行=×7.9 km/s，B项错误；“背罩分离”前，探测器及其保护背罩和降落伞整体做匀速直线运动，对探测器受力分析，可知探测器与保护背罩之间的作用力F=mg′=4 000 N，“背罩分离”后，背罩所受的合力大小为4 000 N，对背罩，根据牛顿第二定律F=m′a，解得a=80 m/s2，C项正确；“背罩分离”后瞬间探测器所受重力对其做功的功率P=mg′v=1 000×4×60 W=240 kW，D项错误。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 12.(2025·海口模拟)2024年6月25日，嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域，工作正常，实现世界首次月球背面采样返回。据中国探月工程总设计师吴伟仁院士介绍：我国航天员有望在十年内登上月球。如果将来航天员在月球(视为质量分布均匀的球体)表面以大小为v0的初速度竖直上抛一物体(视为质点)，经时间t返回手中。已知引力常量为G，月球的半径为R，则(　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.月球表面的重力加速度为 B.月球的质量为 C.在月球上发射卫星的最小发射速度为v= D.月球卫星的最小环绕速度为v= 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 根据题意可知，设月球表面的重力加速度为g′，由运动学规律有t=，月球表面的重力加速度为g′=，A项错误；由万有引力等于重力有=mg′，解得M==，B项错误；由万有引力提供向心力有=m，解得v==，在月球上发射卫星的最小发射速度、最大环绕速度为，C项正确，D项错误。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 13.2024年5月，嫦娥六号月球探测器开启主发动机实施制动，进入周期为12 h的椭圆环月轨道，近月点A距月心2.0×103 km，远月点C距月心1.0×104 km，BD为椭圆轨道的短轴。已知引力常量为G，下列说法正确的是(　　) A.嫦娥六号与月球之间的引力与它们之 间的距离成反比 B.嫦娥六号的发射速度大于11.2 km/s C.嫦娥六号在A点和C点速率之比为5∶1 D.嫦娥六号从B经C到D的运动时间为6 h 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 根据万有引力定律F=可知，嫦娥六号与月球之间的引力与它们之间的距离的平方成反比，A项错误；嫦娥六号环绕月球运动，未脱离地球的束缚，故其发射速度应大于地球的第一宇宙速度7.9 km/s，小于地球的第二宇宙速度11.2 km/s，B项错误；由开普勒第二定律，可得vAΔtrA=vCΔtrC ，嫦娥六号在A点和C点速率之比为==，C项正确；嫦娥六号围绕月球做椭圆运动，根据开普勒第二定律可知，从A→B→C做减速运动，从C→D→A做加速运动，则从B→C→D的运动时间大于半个周期，即大于6 h，D项错误。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 14.(2025·攀枝花二模)我国计划在2030年前实现首次中国人登陆月球，假设航天员登陆月球前先随着陆器和登月飞船绕月球做匀速圆周运动，周期为T，登月后在月球表面用弹簧测力计测量一个质量为m的物体的重力，当物体静止时，弹簧测力计的示数为F。已知引力常量为G，着陆器和登月飞船绕月球做圆周运动时距月球表面的高度可忽略不计，则月球的质量为(　　) A. B. C. D. 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 设月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，月球的质量为M，根据题意则有F=mg，对于绕月球表面做匀速圆周运动的航天器，有=m′R，在月球表面物体的重力和万有引力大小相等，则有=m′g，联立解得M=，D项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 15.(2025·哈尔滨模拟)如图所示，A是静止在赤道上的物体，B、C是同一平面内两颗人造卫星。B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球静止卫星。已知地球自转周期为T1，B的运行周期为T2，则以下判断正确的是(　　) A.卫星C的运行速度大小大于地球的第一宇宙速度 B.A、B的线速度大小关系为vA>vB C.周期大小关系为TC>TB>TA D.B、C相距最近为计时起点，绕行方向相同，经过时间，B、C相距最远 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 根据G=m，解得v=，轨道半径越大，线速度越小，第一宇宙速度等于近地卫星的环绕速度，其轨道半径最小，可知，卫星C的运行速度大小小于地球的第一宇宙速度，A项错误；结合上述可知，B的线速度大于C的线速度，同步卫星与地球自转角速度相等，根据v=ωr，C的线速度大于A的线速度，则有vA<vB，B项错 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 误；根据G=m，解得T=，C的周期大于B的周期，又由于同步卫星的周期等于地球自转周期，则有TC=TA>TB，C项错误；B、C相距最近为计时起点，绕行方向相同，则B、C第一次相距最远时有Δt-Δt=π，解得Δt=，D项正确。 解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 15 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 本部分内容讲解结束 $