专题5 万有引力定律与航天-【创新大课堂】高考物理五年（2022-2026年）真题分类汇编168优化重组卷

到落地点的水平距离)为x,则由平抛运动规律可得 2L() x=v△d 联立解得x=4m (3)当小球通过N的正上方绳子刚好不松弛时，小球的初速 度最小，设此速度为in,此种情况下小球通过N的正上方时 的速度为N,则对小球从=0时至运动到V的正上方的过 程，由机械能守恒定律可得 mg·5-m2-号m2 小球运动到N的正上方时，由牛顿第二定律可得 UN2 mg=m·2L 联立解得min=2√15m/s 答案(1)4√5m/s17N(2)4m(3)2WJ15m/s 27.解析由题意可知石子接触水面前的运动可理想化为平抛运 动，从距水面高度为处水平抛出扁平石子，落到水面时其竖 直方向的速度为巴，=√2gh,要使扁平石子落水时的速度方 向与水面的夫角不大于，则品≤1m0,解得≥温密即抛 00 出递度的最小值为n一 tan 0' 答案 √/2gh tan 0 28.解析颜闪仪每隔0.05$发出一次闪光，每相邻两个球之间 被删去3个影像，故相邻两球的时间间隔为t一4T一0.05× 4s=0.2s 设抛出瞬间小球的速度为，每相邻两球间的水平方向上位 移为x,竖直方向上的位移分别为y1、2,根据平抛运动位移 公式有=w4,=号2=号×10X0,2m=02m为= R2)-号e12=7×10X0.4-0.2)m=06m 1 令y1=y,则有y2=3y1=3y 已标注的线段s1、52分别为s1=√十y,52=√2十(3y) =√/x2+9y2 则有√x2+y2:√π2+9y2=3:7 整理得x=2 故在抛出醉间小球的速度大小为助=二=25 5 m/s. 答案2 -m/s 5 29.AB30.BD31.AD32.C33.AC34.D35.C36.C 37.B38.B 39.解析圆周运动十牛顿第二定律十力的合成 (1)汽车过拱形桥过程做圆周运动，在经过拱形桥顶部时，根 2 据向心加速度公式得an=R 解得此时汽车的向心加速度大小an=5m/g, (2)汽车过拱形桥顶部时，沿拱形桥面切线方向有 F,=F-f 15 沿半径方向根据牛顿第二定律有F,=man 根据力的合成可得F金=/F2十F, 解得此时汽车受到的合力大小F令=1000√10IN. 答案(1)5m/s2(2)1000√101N 40.圆周运动十受力分析 解(1)对转椅受力分析，转椅在水平 面内受摩擦力、轻绳拉力，两者合力提 供其做圆周运动所需向心力，如图所 AF0 示设转椅的质量为n,则转椅所需的 方转椅 水平圆盘 B 向心力F1=仙1r1 … 转椅受到的摩擦力f1=umg 根据几何关系有ana=F网 联立解得tana=终 w1r1 (2)转椅在题图(b)情况下所需的向心力F2=mu22r2 转椅受到的摩擦力f2=4N2 根据几何关系有anB-F2 竖直方向上由平衡条件有N2十Tcos0=ng 水平面上有f2=Tsin0sin3 ugsin Ocos 3 联立解得ue=√rcos0+sin0sinB》rn 41.解析根据线速度和角速度的关系，有=仙r 碟子对发光物体的静摩擦力提供其做圆周运动所需的向心 力，故f=n仙o2r. 答案rmw,2r 专题五万有引力定律与航天 1.A2.C3.D4.C5.B6.D7.C8.A9.BC10.A 11.D12.B13.D14.C15.BD16.D17.C18.D 19.D20.C21.CD22.D23.AD24.B25.D26.B 27.B28.A29.A30.C31.BD32.A33.D34.B 35.ACD36.D37.C38.C 专题六机械能守恒定律 1.A2.C3.B4.ABD5.C6.A7.B8.BC9.B 10.AD11.C12.D 13.解析牛顿第二定律+动能定理十圆周运动 (1)F-x图像与坐标轴所图的面积表示F所做的功的大小 由题图乙可知0~1m内F所做的功W=1.5×1J=1.5J (2)由题图乙可知，x=1m时外力F开始变化，可知A,B有 相同的加速度 A与地面间的摩擦力f=mg 对A、B整体，由牛顿第二定律得F一f=2ma 由于B与地面间无摩擦，对B由牛顿第二定律得FAB=n@ 联立解得A、B间的弹力大小FAB=ma=0.5N (3)当FAB=0时A、B分离，由(2)中分析可知F=f=0.5N 时A、B开始分离，由题图乙可知，此时x=3m 初始时水平地面上A、B与P点的长度大于4m,对A、B从开专题五 万有 考向一 开普勒定律万有引力定律及其成就 1.(2026·山东卷，3分)海王星的卫星海卫二绕 海王星的公转周期与地球公转周期近似相等. 若太阳与海王星的质量比为a,定义地球与太 T 阳间的距离为1个天文单位(1AU),则海卫 二公转轨道的半长轴约为 A. -AU B.AU 堂 va C.a AU D.Ja AU r 版 2.(2026·广东卷，4分)如图所示，某行星对单 当 个卫星表面最远点与最近点的单位质量物体 的“引力差值”可近似为F=M迟，其中友为 3 称 常量，M为行星质量，R为卫星球体半径，r为 蜜 行星中心到卫星中心的距离.两卫星P和Q 的球体半径之比Rp:R。为2：1，它们绕该 称 行星做匀速圆周运动的周期之比Tp：T。为 8:1,该行星对卫星P、Q的“引力差值”分别 令 为Fp、F。,则Fp：F。为 赵 行星 卫星 R 最近点 最远，点 攀 A.1:4 B.1:16 C.1:32 D.1:64 3.(2026·贵州卷，4分)月球引潮力是引起海洋 尔 潮汐的主要原因，可等效为地表某点处质量为 △m的海水所受月球引力减去地心处相同质 量的物质所受月球引力.已知地球半径为R, 2 力定律与航天 地心O与月心O'间距为d,月球质量为M,引 力常量为G,地表P点背对月球，P、O和O在 同一直线上，如图所示，则P点处质量为△ 的海水所受月球引潮力大小为 o 月球 地球 A. GM△mGM△n d R GM△m GM△m B d2 R2 GM△m GM△m d+R d GM△m GM△m (d+R)2 d2 4.(2026·湖南卷，4分)郭守敬望远镜是我国首 个天文领域大科学装置，积累了大量的观测数 据.分析观测数据表明，某行星绕一恒星做匀 速圆周运动的周期为T,轨道半径为该恒星半 径的n倍.不考虑其他星体的影响，引力常量 为G,则该恒星的平均密度为 ( A.33 GT c器 D.3元 “GT2 5.(2026·河北卷，4分)为 清除太空碎片对航天器 I 层 的潜在威胁，某兴趣小组 地球 提出一种设想.如图所 示，一质量为m的太空碎片绕地球做半径为 的匀速圆周运动，在Q点受到一个与其速度方 向垂直且背离地心向外的瞬时冲量Ⅰ作用，变 轨到图中的椭圆轨道，最终进入大气层而烧 毁.设地球质量为M,引力常量为G,则该太空 碎片受到冲量作用后瞬间的动能为( A.GMm 2 2m B.GMm 2 2r 2m C.GMm +I GM r 2m .G+ GM 2m A 6.(2026·江苏卷，4分) 发射一颗探月卫星，其 地球 先后在两个轨道上分 MN月球 别经过M、N两点，如 图所示，关于卫星在M、V两点的情况，下列 说法正确的是 ( A.在N点所受地球引力比月球引力大 B.在N点所受地球引力和月球引力相等 C.在M点所受月球引力比地球引力大 D.在M点所受地球引力比月球引力大 7.(2025·云南卷，4分)国际编号为192391的 小行星绕太阳公转的周期约为5.8年，该小行 星与太阳系内八大行星几乎在同一平面内做 圆周运动.规定地球绕太阳公转的轨道半径为 1AU,八大行星绕太阳的公转轨道半径如表 所示.忽略其他行星对该小行星的引力作用， 则该小行星的公转轨道应介于 ( 行星 水星金星地球火星木星土星天王星海王星 轨道半 0.390.721.0 1.5 5.2 9.5 19 30 径R/AU 22 A.金星与地球的公转轨道之间 B.地球与火星的公转轨道之间 C.火星与木星的公转轨道之间 D.天王星与海王星的公转轨道之间 8.(2025·陕晋宁青卷，4分)我国计划于2028 年前后发射“天问三号”火星探测系统，实现火 星取样返回.其轨道器将环绕火星做匀速圆周 运动，轨道半径约3750km,轨道周期约2h, 引力常量G取6.67×10-11N·m2/kg2.根据 以上数据可推算出火星的 A.质量 B.体积 C.逃逸速度 D.自转周期 9.(多选)(2025·安徽卷，5分)2025年4月，我 国已成功构建国际首个基于DRO(远距离逆 行轨道)的地月空间三星星座，DRO具有“低 能进入、稳定停泊、机动转移”的特点.若卫星 甲从DRO变轨进入环月椭圆轨道，该轨道的 近月点和远月点距月球表面的高度分别为a 和b,卫星的运行周期为T;卫星乙从DRO变 轨进入半径为r的环月圆形轨道，周期也为T 月球的质量为M,半径为R,引力常量为G.假 设只考虑月球对甲、乙的引力，则 A.r=a十b+R 2 B.r-ajb+R C.M=4π2r3 GT2 D.M=4π2R3 GT2 10.（2025·湖南卷，4分)我国研制的“天问二 号”探测器，任务是对伴地小行星及彗星交会 等进行多目标探测.某同学提出探究方案，通 过释放卫星绕小行星进行圆周运动，可测得 小行星半径R和质量M.为探测某自转周期 为T。的小行星，卫星先在其同步轨道上运 行，测得距离小行星表面高度为五，接下来变 轨到小行星表面附近绕其做匀速圆周运动， 测得周期为T1.已知引力常量为G,不考虑 其他天体对卫星的引力，可根据以上物理量 得到R= a2/3 b23-a23h,M=4x2R3 Gc2.下列选项 正确的是 A.a为T1,b为To,c为T1 B.a为T1,b为T0,c为T0 C.a为T。,b为T1,c为T D.a为To,b为T1,c为To 11.(2025·广东卷，4分)一颗绕太阳运行的小 行星，其轨道近日点和远日点到太阳的距离 分别约为地球到太阳距离的5倍和7倍.关 于该小行星，下列说法正确的是 ( A.公转周期约为6年 B.从远日点到近日点所受太阳引力大小逐渐 减小 C.从远日点到近日点线速度大小逐渐减小 D.在近日点加速度大小约为地球公转加速 度的员 12.(2024·新课标卷，6分)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 2 13.(2024·山东卷，3分)“鹊桥二号”中继星环 绕月球运行，其24小时椭圆轨道的半长轴为 a.已知地球同步卫星的轨道半径为r,则月球 与地球质量之比可表示为 () B 14.(2024·吉林卷，4分)如图(a),将一弹簧振 子竖直悬挂，以小球的平衡位置为坐标原点 O,竖直向上为正方向建立x轴.若将小球从 弹簧原长处由静止释放，其在地球与某球状 天体表面做简谐运动的图像如图(b)所示（不 考虑自转影响).设地球、该天体的平均密度 分别为p1和p2,地球半径是该天体半径的n 倍.的值为 ( 02 x↑ 地球 2A A ?某天体 0 Tt -AF -2A 图(a) 图(b) A.2n B号 C.2 15.(多选)(2024·河北卷，6分)2024年3月20 日，鹊桥二号中继星成功发射升空，为嫦娥六 号在月球背面的探月任务提供地月间中继通 信.鹊桥二号采用周期为24h的环月椭圆冻 结轨道（如图），近月点A距月心约为2.0× 103km,远月点B距月心约为1.8×104km, CD为椭圆轨道的短轴，下列说法正确的是 ( 鹊桥 二号 月球 A.鹊桥二号从C经B到D的运动时间为12h B.鹊桥二号在A、B两点的加速度大小之比 约为81：1 C.鹊桥二号在C、D两点的速度方向垂直于 其与月心的连线 D.鹊桥二号在地球表面附近的发射速度大 于7.9km/s且小于11.2km/s 16.(2024·全国甲卷，6分)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行，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 17.(2023·江苏卷，4分)设想将来发射一颗人 造卫星，能在月球绕地球运动的轨道上稳定 24 运行，该轨道可视为圆轨道.该卫星与月球相 比，一定相等的是 A.质量 B.向心力大小 C.向心加速度大小 D.受到地球的万有引力大小 18.(2023·江苏卷，4分) 如图所示，“嫦娥五号” 探测器静止在月球平坦 表面处.已知探测器质 量为m,四条腿与竖直方向的夹角均为0，月 球表面的重力加速度为地球表面重力加速度 g的。，每条腿对月球表面压力的大小为 ( A.ig 4 B C. D.g器 19.(2023·辽宁卷，4分)在地球上观察，月球和 太阳的角直径（直径对应的张角）近似相等， 如图所示.若月球绕地球运动的周期为T1, 地球绕太阳运动的周期为T2,地球半径是月 球半径的k倍，则地球与太阳的平均密度之 比约为 角直径 ss:2X ① 月球 太阳 ) cn . 20.(2022·全国乙卷，6分)2022年3月，中国航 天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约 400km的“天宫二号”空间站上通过天地连 线，为同学们上了一堂精彩的科学课.通过直 播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天 宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明 T 他们 A.所受地球引力的大小近似为零 B.所受地球引力与飞船对其作用力两者的合 ® 力近似为零 C.所受地球引力的大小与其随飞船运动所需 r 向心力的大小近似相等 D.在地球表面上所受引力的大小小于其随 飞船运动所需向心力的大小 21.（多选)(2022·湖南卷， 恒星背景 东 西 5分)如图，火星与地球 火星 量 近似在同一平面内，绕 地球 是阳 太阳沿同一方向做匀速 圆周运动，火星的轨道 杯 半径大约是地球的1.5倍.地球上的观测者在 摇 大多数的时间内观测到火星相对于恒星背景 翻 由西向东运动，称为顺行；有时观测到火星由 东向西运动，称为逆行.当火星、地球、太阳三 者在同一直线上，且太阳和火星位于地球两侧 攀 时，称为火星冲日.忽略地球自转，只考虑太阳 对行星的引力，下列说法正确的是 ( A.火星的公转周期大约是地球的 倍 B.在冲日处，地球上的观测者观测到火星的 运动为顺行 2 C.在冲日处，地球上的观测者观测到火星的 运动为逆行 D.在冲日处，火星相对于地球的速度最小 22.(2022·广东卷，4分)“祝融号”火星车需要“休 眠”以度过火星寒冷的冬季.假设火星和地球 的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的 冬季时长约为地球的1.88倍.火星和地球绕 太阳的公转均可视为匀速圆周运动.下列关于 火星、地球公转的说法正确的是 ( A.火星公转的线速度比地球的大 B.火星公转的角速度比地球的大 C.火星公转的半径比地球的小 D.火星公转的加速度比地球的小 考向二宇宙航行及天体运动 23.(多选)(2026·黑吉辽蒙卷，6S是 分)我国计划将“羲和二号”太 阳探测卫星部署至日地系统 L5 拉格朗日点I5.研究表明，太阳中心S、地球 中心E和I5的连线构成稳定的等边三角 形，太阳、地球和部署在L5的卫星以相同周 期绕日地连线上的P点做圆周运动，如图所 示，则 () A.卫星的向心加速度比地球的大 B.卫星与地球的线速度大小相等 C.太阳和地球对卫星引力的合力指向E、S 连线中点 D.太阳和地球对卫星的引力大小之比等于 太阳和地球的质量之比 24.(2026·湖北卷，4分)已知某卫星绕地球做 椭圆运动，在近地点所受的地球引力为其在 地面附近的子，在远地点所受的地球引力为 其在地面附近的。地面附近的重力加速度 大小为g,地球半径为R,该卫星的运动周 期为 2R A.A g 3R B.6 R C.167 D.12元 6R g 25.(2026·陕晋宁青卷，4分)我国自主建设运 行的北斗全球卫星导航系统空间段由多颗卫 星组成.若轨道半径不同的两颗卫星绕地球 做匀速圆周运动，角速度大小分别为w1、w2, 线速度大小分别为1、2，则 A.=2 B.= w]W2 =吃 C. _喔 D. w1 w2 w1 02 26.(2026·四川卷，4分)离地球280光年外有 一恒星T0I-561.与T0I-561相距约 0.01AU(日地距离为1AU)的行星绕其公 转的周期约为地球公转周期的30：该行星和 地球的公转均视为匀速圆周运动.则TOI 561与太阳的质量的比值约为 () A.0.16B.0.64C.1.6 D.6.4 27.(2026·云南卷，4分)我国“天宫”空间站的 轨道离地高度约为400km,空间站内的宇航 2 员每24h能看到16次日出.“吉林一号”遥 感卫星组网中的某颗卫星轨道离地高度约为 535km.已知地球半径约为6400km,空间站 与该卫星绕地球的运动均视为匀速圆周运 动，则该卫星的周期约为 () A.1.0hB.1.5hC.2.0hD.2.4h 28.(2025·河南卷，4分)2024年天文学家报道 了他们新发现的一颗类地行星Gliesel2b,它 绕其母恒星的运动可视为匀速圆周运动.已 知Gliese12b轨道半径约为日地距离的，其 母恒星质量约为太阳质量的号，则Gliese122b 绕其母恒星的运动周期约为 ( A.13天B.27天C.64天D.128天 29.(2025·湖北卷，4分)甲、乙两行星绕某恒星 做圆周运动，甲的轨道半径比乙的小.忽略两 行星之间的万有引力作用，下列说法正确 的是 A.甲运动的周期比乙的小 B.甲运动的线速度比乙的小 C.甲运动的角速度比乙的小 D.甲运动的向心加速度比乙的小 30.(2025·山东卷，3分)轨道舱与返回舱的组 合体，绕质量为M的行星做半径为r的圆周 运动.轨道舱与返回舱的质量比为5：1.如图 所示，轨道舱在P点沿运动方向向前弹射返 回舱.分开瞬间返回舱相对行星的速度大小 GM 为2 ,G为引力常量.此时轨道舱相对行 星的速度大小为 ( 轨道舱 行星 P 返回舱 GM GM c网 GM 31.(多选)(2024·湖南卷，5分)2024年5月3 日，“嫦娥六号”探测器顺利进入地月转移轨 道，正式开启月球之旅.相较于“嫦娥四号”和 “嫦娥五号”，本次的主要任务是登陆月球背 面进行月壤采集，并通过升空器将月壤转移 至绕月运行的返回舱，返回舱再通过返回轨 道返回地球.设返回舱绕月运行的轨道为圆 轨道，半径近似为月球半径.已知月球表面重 力加速度约为地球表面的合，月球半径约为 地球半径的年，关于返回舱在该绕月轨道上 的运动，下列说法正确的是 A.其相对于月球的速度大于地球第一宇宙 速度 B.其相对于月球的速度小于地球第一宇宙 速度 C.其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫 星周期的 D.其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道 卫星周期的 2 32.(2024·湖北卷，4分)太空碎 P 片会对航天器带来危害.设空 地球 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 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 33.(2023·新课标卷，6分)2023年5月，世界现 役运输能力最大的货运飞船天舟六号，携带 约5800kg的物资进入距离地面约400km (小于地球同步卫星与地面的距离)的轨道， 顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运 动.对接后，这批物资 A.质量比静止在地面上时小 B.所受合力比静止在地面上时小 C.所受地球引力比静止在地面上时大 D.做圆周运动的角速度大小比地球自转角 速度大 34.(2023·湖南卷，4分)根据宇宙大爆炸理论， 密度较大区域的物质在万有引力作用下，不断 聚集可能形成恒星.恒星最终的归宿与其质量 有关，如果质量为太阳质量的1一8倍将坍缩 成白矮星，质量为太阳质量的10~20倍将坍 缩成中子星，质量更大的恒星将坍缩成黑洞. 设恒星坍缩前后可看成质量均匀分布的球体， 质量不变，体积缩小，自转变快.不考虑恒星与 其它物体的相互作用.已知逃逸速度为第一宇 宙速度的√2倍，中子星密度大于白矮星.根据 万有引力理论，下列说法正确的是 () A.同一恒星表面任意位置的重力加速度相同 B.恒星坍缩后表面两极处的重力加速度比坍 缩前的大 C.恒星坍缩前后的第一宇宙速度不变 D.中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸 速度 35.(多选)(2023·海南卷，4 分)如图所示，1、2轨道分 别是天宫二号飞船在变轨 前、后的轨道，下列说法正 确的是 A.飞船从1轨道变到2轨道要点火加速 B.飞船在1轨道的周期大于2轨道的 C.飞船在1轨道的速度大于2轨道的 D.飞船在1轨道的加速度大于2轨道的 36.(2023·浙江6月，3分)木星的卫星中，木卫 一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为 1:2：4.木卫三周期为T,公转轨道半径是 月球绕地球轨道半径r的n倍.月球绕地球 公转周期为T。,则 ( A.木卫一轨道半径为 B.木卫二轨道半径为2 28 C.周期T与T。之比为n D,木星质量与地球质量之比为T, 37.(2022·浙江卷，3分)神州十三号飞船采用 “快速返回技术”，在近地轨道上，返回舱脱离 天和核心舱，在圆轨道环绕并择机返回地面 则 () A.天和核心舱所处的圆轨道距地面高度越 高，环绕速度越大 B.返回舱中的宇航员处于失重状态，不受地 球的引力 C.质量不同的返回舱与天和核心舱可以在同 一轨道运行 D.返回舱穿越大气层返回地面过程中，机械 能守恒 38.(2022·山东卷，3分)“羲和 地球 少、卫星 号”是我国首颗太阳探测科 赤道 学技术试验卫星.如图所示， 该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动， 轨道平面与赤道平面接近垂直.卫星每天在 相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正 上方，恰好绕地球运行n圈.已知地球半径为 R,自转周期为T,地球表面重力加速度为g,则 “羲和号”卫星轨道距地面高度为 A.(8R2T2 -R 2n2元2 B.8R2T 2n2元2 C.8R2T2 4n2元2 -R D. /gR2T2司 4n2π2