专题卷5 万有引力与天体运动-【衡水金卷·先享题】2026年新高考物理二轮复习专题卷

高三二轮复习专题卷五/物理 万有引力与天体运动 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共7小题，每小题6分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符 合题目要求的) 1.中国传统节日蕴含丰富的文化，从万有引力定律视角分析，下列说法正确的是 A.春节燃放烟花时，烟花上升与下落的过程中，万有引力大小和方向始终不变 B.端午节赛龙舟时，龙舟漂浮在水面，此时不受地球万有引力作用 C.中秋节看到的月亮最圆，地球对月球的万有引力提供月球绕地球运动的向心力 D.重阳节登高望远，人在山顶受到的万有引力比在山脚时大 2.关于万有引力理论的成就，下列说法正确的是 ①“称量”地球的质量；②月球的发现；③预言哈雷彗星回归；④解释潮汐现象 A.①③④ B.①②④ C.②③④ D.①②③ 3.中国天眼发现了一颗距离地球约2000光年的脉冲星，其质量约为太阳质量的1.5倍，半径约为 15km。已知引力常量为6.67×10-1N·m2/kg2,太阳的质量约为2×1030kg,则该脉冲星的第 一宇宙速度约为 A.1×10m/s B.1×103m/s C.2×102m/s D.2×108m/s 4.如图所示为“天问一号”在某阶段的运动示意图，“天问一号”在P点由椭 圆轨道变轨到近火圆形轨道。已知火星半径为R,椭圆轨道上的远火点 火星 Q离火星表面的最近距离为6R,火星表面的重力加速度为g。,忽略火星 自转的影响。“天问一号”在椭圆轨道上从P点运动到Q点的时间为 R A.4元Ng0 R B.8go C.16 R D.32元√g 5.“金星凌日”时，从地球上看，金星就像镶嵌在太阳表面的小黑点。在地球上间距为d的两点同时 观测，测得金星在太阳表面的小黑点相距为L,如图所示。地球和金星绕太阳的运动均视为匀速 圆周运动，太阳直径远小于金星的轨道半径，则下列说法正确的是 A,地球和金星绕太阳运行的轨道半径的比值为号 B地球和金显绕太阳运行的周期的比值为，√生) 金年 C.地球和金星绕太阳运行的线速度大小的比值为 L+d L D,地球和金星绕太阳运行的向心加速度大小的比值为（十 物理第1页（共4页) 衡水金卷·先享题·。 6.我国发射的地球静止轨道卫星-一陆地探测四号01星（以下简称“01星”）是世界首颗高轨SAR 卫星，具备中等空间分辨率、快速重访观测、大范围覆盖的观测能力。如图所示，“01星”、卫星A 均绕地心在同一平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，其中卫星A运行的周期约为1.5h。某时 刻“01星”与地心连线和卫星A与地心连线的夹角为60°，则从该时刻至卫星A与“01星”第一次 相距最近所需的时间约为 卫星A 01星 A B含 C.2h 7.为顺利完成月球背面的“嫦娥六号”探测器与地球间的通信，我国事先发射了“鹊桥二号”中继通信 卫星，假设该卫星定位在地月拉格朗日L2点，位于该点上的卫星可以在几乎不消耗燃料的情况下 与月球同步绕地球做匀速圆周运动。下列说法正确的是 地球 月球 A.该卫星绕地球转动的周期等于月球绕地球转动的周期 B.该卫星绕地球转动的向心力由地球对卫星的万有引力提供 C.该卫星绕地球转动的向心加速度小于月球绕地球转动的向心加速度 D.该卫星绕地球转动的线速度小于月球绕地球转动的线速度 二、多项选择题（本题共3小题，每小题8分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题 目要求，全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分) 8.因美国波音星际客机飞船故障而停留在空间站超9个月的两位宇航员搭乘SpaceX的“龙”飞船返 回地球，飞船返回过程的简化图如图所示，飞船首先从圆轨道I的A点变轨到椭圆轨道Ⅱ，然后 在椭圆轨道Ⅱ的B点再变轨进人近地轨道Ⅲ（轨道半径近似等于地球半径），下列说法正确的是 A.飞船在轨道I的线速度大于第一宇宙速度 B.飞船从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要在B点减速 、 C.飞船在轨道Ⅱ上经过A点的速度小于经过B点的速度 地球 D.若飞船在轨道I、Ⅱ、Ⅲ上运行的周期分别为T1、T2、T3,则T1<T2<T3 高三二轮复习专题卷五 物理第2页（共4页） 9.厦门大学天文学系顾为民教授团队利用我国郭守敬望远镜积累的海量恒星光谱，发现了一个处于 宁静态的中子星与红矮星组成的双星系统，中子星和红矮星的质量之比约为2：1，同时绕它们连 线上某点O做匀速圆周运动，则下列说法正确的是 A.此中子星绕O点运动的周期和红矮星绕O点运动的周期相同 红矮星 B.此中子星绕O点运动的角速度大小与红矮星绕O点运动的角速度 中子星 大小之比为2：1 。 C.此中子星绕O点运动所需的向心力约为红矮星的2倍 D.若红矮星的质量突然减小，中子星将做离心运动 10.未来人类设计的真空列车隧道，可使列车在地球表面任意两地间的运行时间缩短到42min。如 图所示，把地球看作质量均匀分布、半径为R的球体，在不考虑地球自转的情况下，质量为的 列车（不需要引擎）从A点由静止进人隧道，从地球另一端的B点离开隧道，此过程中列车做简 谐运动，所用的时间等于地球表面近地卫星运行周期的一半，与地心O到隧道的距离h无关，图 中O为隧道的中点，已知质量均匀分布的球壳对内部物体的引力为零，地球表面的重力加速度 为g,物体做简谐运动的最大速度等于振幅乘以地球表面近地卫星的角速度，即=A=2πA T 下列说法正确的是 A.列车的动能不超过mg迟 2 h B.列车从A点运动到B点的时间为元√ R R C.列车在O点受到的支持力大小为mg D.列车在O点的速度大小为√心Rg R2-h2 三、非选择题（本题共2小题，共34分。请按要求完成下列各题） 11.(16分)中国第41次南极科学考察活动圆满落下帷幕后，备受瞩目的“雪龙”号从南极出发经赤 道返回上海。某同学设想，在考察船“雪龙”号上做一些简单的实验，来测定引力常量：当“雪龙” 号在南极时，用弹簧测力计测量一个钩码的重力，记下弹簧测力计的读数F,当“雪龙”号停泊在 赤道时，仍用该弹簧测力计测量同一个钩码的重力，记下弹簧测力计的读数F,。地球的自转周 期为T、平均密度为ρ，不考虑地球两极与赤道半径的差异。 (1)求引力常量； (2)若已知地球的半径为R。,求人造卫星绕地球做匀速圆周运动的 最大速度。 物理第3页（共4页） 衡水金卷·先享题·高 12.(18分)随着科学技术水平的不断提高，相信在不远的将来人类能够实现太空移民。为此，科学 家设计了一个巨型环状管道式空间站。空间站绕地球做匀速圆周运动，人们生活在空间站的环 形管道中，管道内部截面为圆形，直径可达几千米，如图甲所示。已知地球的质量为M、半径为 R,空间站的总质量为m,引力常量为G。 (1)若空间站围绕地球做圆周运动的轨道半径为2R,求空间站在轨道上运行的线速度大小； (2)为解决太空生活的失重问题，科学家设想让空间站围绕通过环心并垂直于圆环平面的中心轴 旋转，使在空间站中生活的人们获得“人工重力”。该空间站的环状管道内侧和外侧到环心的距 离分别为1、2，环形管道壁厚度忽略不计，如图乙所示。若要使人们感受到的“人工重力”与在 地球表面上受到的重力一样（不考虑重力因地理位置不同而产生的差异且可认为空间站中心轴 静止)，求该空间站的自转周期； (3)为进行某项科学实验，空间站需将运行轨道进行调整，先从半径为2R的圆轨道上的A点（近 地点)进行第一次调速后进人椭圆轨道。当空间站经过椭圆轨道上的B点（远地点）时，再进行 第二次调速后最终进人半径为3R的圆轨道上。若上述过程忽略空间站质量的变化及自转产生 的影响，且每次调速持续的时间很短。若以无穷远处为引力势能零点，空间站与地球间的引力势 能瓜，=一6，式中，表示空间站到地心的距离，则空间站为完成这一变辑过程至少省要消耗 多少能量？ 环形管道 地球) B 甲 乙 丙 三二轮复习专题卷五 物理第4页（共4页）高三二轮复习 ·物理· 高三二轮复习专题卷五 物理 9 命题要素一览表 注： 1.能力要求： I,理解能力Ⅱ，推理论证能力 Ⅲ，模型建构能力V.创新能力V,实验探究能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究 ④科学态度与责任 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 题号 题型 值 (主题内容) ① ② ③ ④ 档次 系数 1 单项选择题6 传统节日和万有引力 易 0.80 2 单项选择题6 万有引力理论成就 易 0.80 3 单项选择题 6 第一宇宙速度 中 0.75 4 单项选择题 6 万有引力定律解决天体运动 中 0.70 5 单项选择题 6 轨道参量比较 中 0.70 6 单项选择题6 天体的追及相遇问题 中 0.65 7 单项选择题6 拉格朗日点 难 0.55 8 多项选择题8 天体变轨分析 / 中 0.75 9 多项选择题 8 双星问题 中 0.75 10 多项选择题 8 万有引力的综合应用 难 0.55 11 非选择题 16 万有引力定律与重力 / 中 0.75 12 非选择题 18 万有引力的综合应用 难 0.50 季考答案及解析 一、单项选择题 1.C【解析】烟花上升与下落的过程中，距离地心的高 万有引力定律有G把=m(学)R,又由黄金代换式 T 度在变化，根据下F=GMm可知万有引力大小会改变， GM=gR,联立可得“天问一号”在近火圆形轨道上 且方向始终指向地心，A项错误；龙舟漂浮在水面，依 运行的周期T=2红√医，由题意可得椭圆轨道的半 然受地球万有引力的作用，B项错误；月球绕地球近 长轴a=4R,由开普勒第三定律可得，“天问一号”在 似做圆周运动，地球对月球的万有引力提供月球绕地 椭圆轨道上运行的周期与在近火圆形轨道上运行的 球做圆周运动的向心力，C项正确；人在山顶距离地 周期之比T2:T1=√(4R)：√R=8:1,所以“天问 心更远，受到的万有引力比在山脚时小，D项错误。 2.A【解析】“称量”地球的质量、预言哈雷彗星回归都 号“在椭圆轨道上从P点运动到Q点的时间：=号 是万有引力理论的成就，牛顿利用月球和太阳对海水 的万有引力解释了潮汐现象，在地球上肉眼可见月 区，B项正确。 球，不是万有引力理论的成就，A项正确 一8元N 3.B【解析】第一宇宙速度等于最大环绕速度，由 5.D【解析】太阳的直径远小于金星的轨道半径，太阳 G Mi GM 的直径忽略不计，根据题意结合几何知识可知地球和 R2 =m R 可得v= V 金星绕太阳运行的轨道半径的比值为鱼=十上， L,A 6.67×10×1.5×2×100 1.5×10 m/s≈1X108m/s,B 项错误；根据万有引力提供向心力有GMm r2 项正确。 m(停)=m /4πr /GM 4.B【解析】“天问一号”在近火圆形轨道上运行时， =ma,解得T=√Mu=√，， ·17· ·物理· 参考答案及解析 。=故地球和金星绕太阳运行的周期的比值为 运动的特征，经过O点时列车的动能最大，由D项 分析可知，列车经过O点时的动能E 会=√，线速度大小的比值为器 mgR。),显然当h=0时，动能最大为mg,所 T金 2R 2 √行，向心加速度大小的比值为器=（千， L 以列车的动能不超过mg尽，A项正确。 2 a企 B、C项错误，D项正确。 三、非选择题 6.B【解析】设T=1.5h,T2=24h,两者经时间△t 11.(1) 3πF 相距最近，侧会41-会△t=受，解得△=号h,B项 T(F-F2) 终√ 3 正确。 【解析】()在地球两极地区，有F,=F=GMm R2 7.A【解析】该卫星与月球同步绕地球做匀速圆周运动， (3分) 周期相同，A项正确；该卫星绕地球转动的向心力由地 球和月球对卫星的万有引力的合力提供，B项错误；该卫 在赤道地区，有F,一R=m祭R (3分) 星与月球绕地球的周期相同，卫星的轨道半径更大，根 4 (2分) 据a=红 ，可知，该卫星绕地球转动的向心加速度大于 又因为M=V=p3R 解得G= 3πF1 月球绕地球转动的向心加速度，C项错误：卫星的轨道半 DT2(F,-F,) (2分) 径更大，根据一平可知，该卫星绕地球转动的线速度 (2)当卫星贴近地表运行时线速度最大，由万有引力 (3分) 大于月球绕地球转动的线速度，D项错误。 提供向心力有二mR R 二、多项选择题 2πR。 F 8.BC【解析】由于第一宇宙速度是环绕地球做圆周运 解得v= (3分) T N F-F2 动的最大环绕速度，可知飞船在轨道工上的线速度应 GM 小于第一宇宙速度，A项错误；飞船从轨道Ⅱ变轨到 12.(1)2R (2)2元RNGM r2 (3)Gu 12R 轨道Ⅲ，做向心运动，需要在B点减速，B项正确：根 【解析】(1)空间站绕地球做圆周运动，由万有引力 据开普勒第二定律可知飞船在近地点的速度大于在 远地点的速度，C项正确；根据开普勒第三定律可得 定律及牛顿运动定律有GMm=m心 (2R)22R (2分) -亮-产机道1,1、Ⅲ的半径（半长轴）逐海变 ri GM 小，所以周期关系T>T2>T3,D项错误。 解得U=√2R (2分) 9.AD【解析】双星系统中，中子星和红矮星属于同轴 (2)设地球表面的物体质量为。，在不考虑地球自 转动模型，两者的角速度和周期均相等，A项正确，B 转时有Cm=mg R (2分) 项错误；两者间的万有引力提供向心力，根据牛顿第 三定律可知，它们受到的向心力大小相等，C项错误； 当人随空间站一起自转且加速度为g时，可获得与 若红矮星的质量突然减小，万有引力减小，此时万有 引力不足以提供中子星做圆周运动的向心力，根据离 地球表面相同的“重力”，所以g=4π产 T (2分) 心运动的条件，中子星将做离心运动，D项正确。 1O,ABD【解析】在地球表面近地卫星的周期T满足 联立解得T=2R√CM r2 (2分) R Mm=mR,在地表附近有GM”=mg,联立翩 (3)空间站变轨前的总能量E= 2w2、 GMm 2R 得T=2π√g R GMm ,所以列车从A点运动到B点的时 4R (2分) 间=号= R ,B项正确：将地球看作两部分， 空何站变轨后微圆周运动：有欲警-票 (2分) 一部分是以O为球心、h为半径的小球，另一部分即 空间站变轨后的总能量E,= 2- GMm 3R 剩余的球壳，球壳对O处的引力为零，列车在O点 受到的支持力与万有引力平衡，其大小下=GMm. GMm 6R (2分) R2 -",C顶错误：列车在0点的速度大小v 变轨过程中消耗的能量△E=E,一E,-G(2分) 12R R R- R-不·祭=√尽RgD项正确：根据简谐 ·18·