选择题专练(4)万有引力与宇宙航行-【鱼跃龙门卷】2026年高考物理试题逐题突破

2025一2026学年度高考试题逐题突破 选择题专练（四） 物理·万有引力与宇宙航行 总分：64分时间：40分钟 1.(多选)与地球公转轨道“外切”的小行星甲和“内切”的小行星乙的公转轨道如图所示，假设小 行星甲、乙与地球的公转轨道都在同一平面内，地球的公转半径为R,小行星甲的远日点到太 阳的距离为R1,小行星乙的近日点到太阳的距离为R2,则 A.小行星甲在远日点的速度大于近日点的速度 B.小行星乙在远日点的加速度与地球公转的加速度大小相等 地球 甲 R C.小行星甲与乙的运行周期之比元：人R Ti- R 太阳 乙 D.小行星甲、乙从远日点到近日点的时间之比= (R1+R)3 t2N(R2+R)3 2.中国科学院紫金山天文台发现两颗小行星20220S1和20220N1,它们在同一平面内绕太阳做 同向的匀速圆周运动（仅考虑小行星与太阳之间的引力），测得两颗小行星之间的距离△x随 时间变化的关系如图所示，已知20220S1的周期大于20220N1的↑△r 周期，下列说法正确的是 A.20220S1和20220N1圆周运动的半径之比为3：1 B.20220S1运动的周期为64T。 C.20220N1运动的周期为7T。 870 16To1 D.20220S1与20220N1所受太阳引力之比为1：16 3.如图所示，一半径为R、质量均匀分布的球体，从中挖去直径为R的球 体，虚线过两球的球心，一质点分别位于图中的1、2、3点时，受到的万有 引力分别为F1、F2、F3,则有 A.F1<F2=F3 B.F1<F2<F3 C.F1=F2=F3 D.F1=F2<F3 4.假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳 对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为 A1是 BR1是 C.(R-d)2 R2 R: D. (R-d)2 5.中国行星际探测器天问二号于2025年5月29日成功发射，用于对绕太 311P 阳沿椭圆轨道公转的小行星2016HO3和主带彗星311P进行探测，地 太阳 球绕太阳可视为做圆周运动，如图所示。已知2016HO3和311P绕太 阳公转的轨道半长轴分别为1AU和2.2AU(AU为天文单位，即日地 2016H03 地球 之间的距离)。下列说法正确的是 物理·选择题专练（四）第1页（共4页） 鱼欧龙门卷 A.311P的公转周期大于4年 B.2016HO3的公转周期比311P的公转周期小 C.天问二号探测器在地面上的发射速度将超过第三宇宙速度 D.在相等时间内，2016HO3与太阳连线扫过的面积等于311P与太阳连线扫过的面积 6.（多选)如图所示，2025年6月14日，我国成功将电磁监测卫星“张衡 一号”02星发射升空。该卫星能够克服地面观测的许多局限性，提供 更全面和准确的地震监测数据。卫星轨道倾角（轨道平面与赤道平面 的夹角)接近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳 同步卫星轨道。卫星在近地点489km,远地点509km的椭圆轨道上 运行。地球视为球体，则该卫星在轨道上运行过程中 A.其在近地点时加速度最大 B.从近地点到远地点，其速度逐渐减小 C.从近地点到远地点，其机械能减少 D.从近地点到远地点，其重力势能不变 7.2025年，由中科院云南天文台牵头的研究团队，在一颗类似太阳的恒星周围发现一颗位于宜 居带的超级地球Kepler-725c,其质量约为地球质量的l0倍，半径约为地球半径的2倍。这颗 “超级地球”围绕一颗名为Kepler-725的宿主恒星运行。它绕宿主恒星运行一周约需 207.5天。假设有一艘宇宙飞船环绕该超级地球Kepler-725c表面附近做匀速圆周运动，不考 虑超级地球自转，下列说法正确的是 A.飞船在Kepler-725c表面附近运行的周期约为207.5天 B.飞船在Kepler-725c表面附近运行时的速度大于7.9km/s C.人在Kepler-725c上所受重力比在地球上所受重力小 D.Kepler-725c的平均密度比地球的平均密度小 8.中国计划于2028年前后实施天问三号火星探测任务。假设天问三号火星探测器从地球发射 后，由图()所示的A点沿地火转移轨道运动到C点，再依次进入图(b)所示的调相轨道和停 泊轨道。已知地球、火星绕太阳做圆周运动的轨道半径分别为R,、R2,图(b)中阴影部分面积 为天问三号火星探测器在不同轨道上运行时与火星中心连线在相同时间扫过的面积。则 A.图(b)中两阴影部分的面积相等 B B.天问三号火星探测器从调相轨道变到停 火星 地A 候天问它号 泊轨道需要在P点加速 地球 火星 太阳 N C.天问三号火星探测器从A点运动到C点 1(R1+R2)3 停泊轨道 的时间为 年 调相轨道 4W2R3 图(a) 图(b) D.天问三号火星探测器在地火转移轨道上 的速度均大于地球绕太阳运行的速度 9.(多选)如图，从空间站伸出的机械臂外端安置一微型卫星，微型卫星、空间站、地球在同一直 线上，微型卫星与空间站同步做匀速圆周运动。已知地球半径为R,空间站的轨道半径为？， 机械臂长为d,忽略空间站对卫星的引力以及空间站的尺寸，下列说法正确的是 物理·选择题专练（四）第2页（共4页） 班级 微型卫星 A.微型卫星的线速度与空间站的线速度大小之比为 机械臂 r+d 空间站 R2 姓名 B. 空间站所在处加速度与地球表面处重力加速度之比为 地球 C.微型卫星处于完全失重状态 得分 D.若机械臂操作不当，微型卫星脱落后会飞离空间站 10. 中国航天科技集团预测到2045年，进出空间站和空间站运输的方式将出现颠覆性变革，太空 电梯有望实现。现假设已经建成了如图所示的太空电梯，其将地球赤道上的固定基地、同步 空间站和配重空间站通过超级缆绳连接在一起，使轿厢沿绳索向空间站运送物资。图中配 重空间站比同步空间站更高，太空电梯正停在离地面高R处的站点P修整，并利用太阳能给 答题栏 蓄电池充电，则下列说法正确的是 1 A,太空电梯中的货物处于完全失重状态 2 超级缆绳 配重空间站 B.太空电梯一天内可直接利用太阳能充电的时间为12h P 赤道 基地 同步空间站 C.若从P轿厢向外自由释放一个小物块，则小物块会 5 边朝P点转动的方向向前运动一边落向地球 6 D.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，且断裂时所处位置为椭圆 的远地点 8 11. 如图所示，A是地球的一颗静止轨道卫星，O为地球中心，地球半径为R,地球自转周期为 9 T。,另一卫星B的圆形轨道也位于赤道平面内，运行方向与地球自转方向相同、周期为T1, 10 且距地面的高度h=R,地球表面的重力加速度为g。下列说法正确的是 11 12 A.卫星B所在轨道处的重力加速度为 13 14 B.卫星B的运行周期为T1=2x、g 15 C.相同时间内，卫星A与地心连线比卫星B与地心连线扫过的面积大 16 TiTo D.A、B两卫星相邻两次相距最近时刻的时间间隔为△t一2(T。一T 12.天体观测法是发现潜在黑洞的一种重要方法，我国研究人员通过对双星系统G3425中的红 巨星进行观测，发现了一个恒星质量级的低质量黑洞。假设一个双星系统中的两颗密度相 同的恒星α、b绕O点做圆周运动，在与双星系统同一平面上双星系统外的观测点A观测双 星的运动，得到a、b的球心到OA连线的距离x与观测时间的关系图像如图所示。引力常 量为G,下列说法正确的是 A.a、b两恒星的线速度之比为2：3 B.a、b两恒星的质量之比为3：2 25π2x8 C.a、b两恒星的质量之和为 Gt品 D.a、b两恒星表面的重力加速度之比为2：3 物理·选择题专练（四）第3页（共4页） 广鱼联充门老 13.宇宙中存在一些特殊的天体，这些天体离其他恒星较远，通常可忽略其他星体对它们的引力 作用，这些特殊的天体常见的有双星系统、三星系统。现已观测到稳定的三星系统存在两种 基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上（如图甲)，两颗星围绕中央星做匀速圆周运 动；另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上（如图乙），并沿外接于等边三角形的圆形 轨道运动。设三星系统各星的质量、距离、公转轨道半径分别如图所示，引力常量为G,则下 列判断正确的是 1772 O A,直线三星系统星体做圆周运动的周期为 T1=2π Gm B.直线三星系统星体做圆周运动的向心加速 712 m L 度大小为a1= 5Gm1 8L? 甲 乙 L C.三角形三星系统中星体做圆周运动的周期为T2=2π 3Gm2 D.三角形三星系统中星体做圆周运动的向心加速度大小为a2= √3Gm2 2L3 14.(多选)如图所示，科学家设想在拉格朗日点L1建立一空间站，且空间站绕地球做圆周运动 的周期与月球公转周期相同，则 A.空间站的加速度小于月球的加速度 .⊙ B.空间站的线速度小于月球的线速度 月球 C.空间站的向心力大于月球的向心力 地球 D.空间站和月球均只受地球的万有引力 15.我国计划2030年前完成载人登月，在2035年前后，建成国际月球科研站的基本型。假设航 天员抵达月球后，在月球表面向倾角为α的固定斜面，沿水平方向以。抛出一个小球，运动 时间t时恰好垂直击中斜面。已知月球半径为R,引力常量为G,下列说法正确的是 VoR3 A.月球表面的重力加速度为 B.月球的质量为 ttan a tGtan a 3v0 00 C.月球的密度为， D.月球的第一宇宙速度为 4xtGR2tan a ttan a 16.物体在万有引力场中具有的势能叫作引力势能。取两物体相距无穷远时的引力势能为零， 一个质量为m,的质点距离质量为M。的引力源中心为。时，其引力势能E,一一GM,m (式中G为引力常量)。现有一颗质量为m的人造地球卫星以圆形轨道环绕地球飞行，由于 受高空稀薄空气的阻力作用，卫星的圆轨道半径从r1缓慢减小到r2。已知地球的半径为R, 地球表面的重力加速度为g,此过程中卫星克服空气阻力做功为 A. mgR(1-1) B. 2r1r2 mgR(L-）) 2r2r1 C. mgR2(1-1 2r2r1 D, mgR(1-1) 2\r1r2 物理·选择题专练（四）第4页（共4页）·物理· 1 之m0最低点=一2mgr,解得0低点=25m2/52,故C正确。当 4. 5. 。2=30m/g时，根据机核能守恒，合a2一合mo2- 一2mgr,又F乳十mg=m鱼色，联立解得F%=10N,即小球 通过最高点时受到轻绳拉力的大小为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 斜面的分力提佚向心力，则有mg血0=m是，解得 √受，放A错误，滑块所受滑动摩浆方大小始终为∫N 6. mg cos0,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W克=∫·π，解得W克= V3 2mgL,故B错误。滑块从A点滑到B点过程，根据动能 定理有-mg·2Lsin0-W意=号mi-Eu,解得E4- 合mgL+ngL,放C正确。滑块在A点时，对滑块进行 3 分析，根据牛顿第二定律有T一mg sin0=m2,其中Eu mui,解得轻绳的拉力大小为T=3mg十3mg,故D 1 错误。 16.BD【解析】由题图可知，货物与滚筒间不打滑，所以货物的 角速度与滚筒的角速度相等，由于同轴转动，则货物分别从靠 近内、外两侧的转弯轨道通过传送带时的角速度大小相等，由 于外侧比内侧半径大，角速度相同，故外侧比内侧线速度大，故 A错误，B正确；单个圆锥滚筒滚动时内、外两端角速度相等， 即1 W2 ，故C错误：单个圆锥滚筒滚动时内、外两端角速度 相等为0，线速度之比”=S=一，内外两端横截面的半径 U2aωR2r2 之比尽=，故D正确。 R2 r2 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 于在近日点的速度，故A错误。根据G?=ma,小行 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 /R1十R3 勒第三定律，小行星甲与乙的运行周期之比 2 R2+R 2 (R+R)3 √R,十R),故C错误。小行星甲与乙从远日点到近日点的 时间之比即为周期之比1= /(R1+R)3 √(R十R),故D正确。 2.C 3.D【解析】设球体的密度为ρ，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M=p· M,根据万有引力定律可得F,=GMm_GM'm=GMm 1 R2 /R\2 2R2 2 F,=GMm-GMm=17GM,采用填补法，可知剩余部分在 R2 /3R\2 18R2 2 位置“2”的万有引力大小等于挖掉的部分在位置“2”的万有引力 9 大小，即F2 m_GMm,则有E=F2<F3 2 A B【解析】根据开普勒第三定律 2=k,可知2016H03的公转 周期比311P的公转周期小；根据1AUD=2.2AU 一，解得 12 T2 T≈3.3年，311P的公转周期小于4年，故A错误，B正确；天问 二号用于对绕太阳沿椭圆轨道公转的小行星2016HO3和主带 彗星311P进行探测，其围绕太阳运动，则发射速度大于第二宇 宙速度小于第三宇宙速度，故C错误；开普勒第二定律只适用 于同一个行星，故D错误。 AB【解折】对卫显有m-,解得a-G, r2 ,,由于近地点卫 星到地心距离r最小，故加速度最大，故A正确；根据开普勒第 二定律可知，从近地点到远地点，卫星速度逐渐减小，故B正 确；卫星在椭圆轨道运行，只有地球引力做功，机械能守恒，故C 错误；从近地点到远地点，卫星高度升高，重力势能增大，故D 错误。 B【解析】飞船绕Kepler-725c表面运行的周期与Kepler-725c 绕宿主恒星运行的公转周期(207.5天)无关。根据GM R2 4π1 R m T京R,可得卫星周期公式T=2√GM,代入Kepler-725c的 R施，因 I0M)和半径(2R),可得T=X2r√GM √5 R老≈83min,可知该飞船的运行周期远小于 T地=2r入√GM地 v 07.5天，故A错误，根据G三=mR,得第一宇宙速度公 0=,地球的第一字宙速度为7.9km/s。对 Kepler-725c,质量是地球的l0倍，半径是地球的2倍，代入得 V= G·10M地=5· AV2R地 GM重=5X7.9km/s≈17.7km/s, WR地 显然大于7.9km/s,故B正确。重力加速度g=R GM 10M地 Kepler725e表面g(2Re·G=2.5g人在kepler725c 上的重力是在地球上的2.5倍，故C错误。密度公式为ρ M 10 一，Kepler-725c的密度p= 10M地 4 3R 4 3 π(2R地)3 1.25p地，密度比地球大，故D错误。 C【解析】相同时间内扫过的面积相等，是指绕同一中心天体 运动且在同一轨道上的卫星，图(b)中阴影部分的面积为探测 器在不同轨道上时相同时间扫过的面积，不相等，故A错误；探 测器从调相轨道变到停泊轨道需要在P点减速，故B错误；由 (R1+R2）3 R 2 开普勒第三定律可得 (1年)2二 -,解得探测器从A T? 1R1十R2) 点运动到C点的时间t=2T=4√2R: 1 年，故C正确。 在C点探测器需要加速才能进入火星所在轨道，则探测器在转 移轨道上C点的速度小于火星绕太阳运行的速度，地球、火星 太阳做匀速圆周运动，由，一m,,可知地球绕太 r2 行的速度大于火星绕太阳运行的速度，以地球绕太阳运行的 速度大于探测器在地火转移轨道上C点的速度，故D错误。 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0=r可知”卫显=十d,放A错误。根据牛顿 V空间站 ·3 参考答案及解析 第二定律G=m,解得空间站所在轨道处的加速度a T=2t。和L=5x0代人得m1+m2 Gg,故C正确；设 125π2x8 G,在地球表面G-， R=m8,解得g=6所以2- M 4 8,放 ab两恒星的半径分别为R1和R2,则有m1=p·3R, Mm GM m=p·R,得尺√m 4 B正确。根据牛顿第二定律G 、m1=。二，设a、b两恒星表面的」 r2 =mwr,解得u=√，，可 知仅有万有引力提供向心力时，微型卫星比空间站的轨道半径 重力加速度分别为g1和g2,根据两恒星表面物体所受重力等 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=mwr可知所需向心力增大，所以机械臂对微型卫星有 CRmg=G”,两式作比得 于万有引力有mg1=G”, R g2 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 %.R-2 32 作不当，微型卫星脱落后会飞离空间站，故C错误，D正确。 m2R3× X(3）=3,故D错误。 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 0. C【解析】对地球卫星有G2=mwr,解得w=√：，可 2 GmiGmi 4π2 L 知卫星轨道半径越大，角速度越小，由于人与货物沿着“太空电 向心力，有L话+2)=mTL,解得T=4r√5Gm, 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 故A错误。对于直线三星系统中左侧星体，根据牛顿第二定律 同步轨道相同，即“太空电梯”上某位置的角速度小于该位置轨 Gmi 道半径上卫星的角速度，则“太空电梯”上某位置圆周运动所需 有+2有ma解得a故B错误，对于目 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 角形三星系统中其中一个星体，根据万有引力提供向心力，有 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 L2 升到同步卫星轨道上时，其角速度与同步 米 4π2. 2 L; 轨道卫星的角速度相等，此时万有引力恰 贤cos30=m,行×cos30,解得T,=2r√3C 2 G -,故C 好等于圆周运动所需的向心力，此时货物 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 才处于完全失重状态，故A错误。如图所 示，电梯转入地球的阴影区时就无法直接 律有2Gm。 房cos30=mza2解得a,-3C72,放D错淚 L 利用太阳能充电，且sina= 2,得a=30, 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 故能直接利用太阳能充电的时间约为4=36020T=20h, 空间站的加速度小于月球的加速度，A正确。根据v=ωr,则 360° 空间站的线速度小于月球的线速度，B正确。根据F=mw2r, 故B错误。若从P轿厢向外自由释放一个小物块，则小物块 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 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 于月球的向心力，C错误。空间站受到月球和地球的万有引 动，故C正确。若两空间站之间缆绳断裂，配重空间站将绕地 力，月球受到空间站和地球的万有引力，D错误。 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 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 地点线速度较大，半径较小，需要的向心力更大，故D错误。 交分解，可知tama=,因此月球表面的重力加速度为g C【解析】在地球表面有GM 2 ,=mg,卫星B处有 tana,A正确。根据GMm =mg,可得月球的质量M= Mm R+)=mg',又h=R,解得g=年g,故A错误。对卫 G VoR2 GtanaB错误。月球的密度p= M 30 (R+h)=m(R+h) Mm 4 4πGRtan,C错 星B,由万有引力提供向心力可得G T 3πR3 /2R VoR 解得T1=4π√g ,故B错误。根据万有引力提供向心力 误。根据mg= 尺可得月球的第-宇宙速度v一√ana,D 错误。 Mm GM G ,=m ,解得=√， ,扇形面积S= r2 2r,单位时间 16.C【解析】设卫星轨道半径为r,由万有引力提供向心力 、内扫过的面积辶=久=子GM,故相同时间内，卫星A与 G=加，其中M为地球的质量，由题目条件知其引方势 r2 地心连线比卫星B与地心连线扫过的面积大，故C正确。A、 能为E,=一GMm,联立可得，卫星在，处时的总能量为E= 3两卫星相邻两次相距最近的过程有元△1一云△=2π，解得 1 To E。十2mw2=,半径为时，卫星总能量E= TiTo △=T。-,故D错误。 GMm,半径为，时，其总能量E,=_GMm,由功能关系 2r1 2r2 l2.C【解析】设a、b两恒星绕O点做圆周运动的半径分别为r1 得，卫星轨道变化过程中克服阻力做的功W,=E1一E2= 和r2,a、b的球心到OA连线的距离即为两恒星做圆周运动的 半径，所以r1=3xo,r2=2x。,因两恒星的角速度相等，根据 +,在地球表面有G=mg,联立可得 2r1 2r2 r可知，a6的线速度之比为-=，放A错误：设 w,=mgR(1-1) 2 r2 r1 a、b两恒星的质量分别为m1和m2,两恒星做圆周运动所需向 物理选择题专练（五） 心力均来自对方的万有引力，所以有m1wr1=m2wr2,得 1.CD【解析】滑动摩擦力大小为f=mg =20N,一开始推力大 m1=2=2 =3,故B错误；根据题意可知，a、b两恒星做圆周运 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 动的周期为T=2t。,两恒星球心间的距离为L=r1十r2= 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 4π2 5,根据万有引力提供向心力有G三m1rY 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 Gm0-m:,两式相加并整理得m十m, 4π2 4x2L3 GT2,将 过程中推力做的功为W=2×100×4J=200J,故C正确。当