2025年高考物理真题分类汇编专题05 万有引力与宇宙航行（全国通用）(学生版+解析版）

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A．公转周期年
B．在该小行星在近日点的加速度是地球公转加速度的
C．从远日点到近日点，小行星受太阳引力，逐渐减小
D．从远日点到近日点，小行星线速度逐渐减小
【答案】B
【详解】A．根据题意，设地球与太阳间距离为，则小行星公转轨道的半长轴为
由开普勒第三定律有
解得年
故A错误；
B．由牛顿第二定律有
解得
可知
即小行星在近日点的加速度是地球公转加速度的，故B正确；
C．从远日点到近日点，小行星与太阳间距离减小，由万有引力定律可知，小行星受太阳引力增大，故C错误；
D．由开普勒第二定律可知，从远日点到近日点，小行星线速度逐渐增大，故D错误。
故选B。
2．（2025·安徽·高考真题）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．B．C．D．
【答案】BC
【详解】AB．对于题述环月椭圆轨道和环月圆轨道，根据开普勒第三定律有
可得
故A错误，B正确；
CD．对于环月圆轨道，根据万有引力提供向心力可得
可得
故C正确，D错误。
故选BC。
3．（2025·山东·高考真题）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。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为，G为引力常量，此时轨道舱相对行星的速度大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】轨道舱与返回舱的质量比为，设返回舱的质量为m，则轨道舱的质量为5m，总质量为6m；
根据题意组合体绕行星做圆周运动，根据万有引力定律有
可得做圆周运动的线速度为
弹射返回舱的过程中组合体动量守恒，有
由题意
带入解得
故选C。
4．（2025·河南·高考真题）2024年天文学家报道了他们新发现的一颗类地行星Gliese12b，它绕其母恒星的运动可视为匀速圆周运动。已知Gliese122b轨道半径约为日地距离的，其母恒星质量约为太阳质量的，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
【答案】A
【详解】地球绕太阳运行的周期约为365天，根据万有引力提供向心力得
已知，，同理得
整理得
带入数据得
故选A。
5．（2025·云南·高考真题）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，八大行星绕太阳的公转轨道半径如下表所示。忽略其它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（ ）
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
【答案】C
【详解】根据开普勒第三定律可知
其中，，
代入解得
故可知该小行星的公转轨道应介于火星与木星的公转轨道之间。
故选C。
6．（2025·海南·高考真题）载人飞船的火箭成功发射升空，载人飞船进入预定轨道后，与空间站完成自主快速交会对接，然后绕地球做匀速圆周运动。已知空间站轨道高度低于地球同步卫星轨道，则下面说法正确的是（ ）
A．火箭加速升空失重
B．宇航员在空间站受到的万有引力小于在地表受到万有引力
C．空间站绕地球做匀速圆周运动的角速度小于地球自转角速度
D．空间站绕地球做匀速圆周运动的加速度小于地球同步卫星的加速度
【答案】B
【详解】A．火箭加速升空过程，加速度方向竖直向上，则处于超重状态，故A错误；
B．根据，宇航员与地球的质量不变，宇航员在空间站离地心更远，则受到的万有引力小于在地表受到万有引力，故B正确；
C．根据可得，可知空间站绕地球做匀速圆周运动的角速度大于同步卫星的角速度，即大于地球自转角速度，故C错误；
D．根据可得，可知空间站绕地球做匀速圆周运动的加速度大于地球同步卫星的加速度，故D错误。
故选B 。
7．（2025·浙江·高考真题）地球和哈雷彗星绕太阳运行的轨迹如图所示，彗星从a运行到b、从c运行到d的过程中，与太阳连线扫过的面积分别为和，且。彗星在近日点与太阳中心的距离约为地球公转轨道半径的0.6倍，则彗星（ ）
A．在近日点的速度小于地球的速度
B．从b运行到c的过程中动能先增大后减小
C．从a运行到b的时间大于从c运行到d的时间
D．在近日点加速度约为地球的加速度的0.36倍
【答案】C
【详解】A．地球绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
哈雷彗星在近日点的曲率半径小于地球半径，因此哈雷彗星在近日点的速度大于地球绕太阳的公转速度，A错误；
B．从b运行到c的过程中万有引力与速度方向夹角一直为钝角，哈雷彗星速度一直减小，因此动能一直减小，B错误；
C．根据开普勒第二定律可知哈雷彗星绕太阳经过相同的时间扫过的面积相同，根据可知从a运行到b的时间大于从c运行到d的时间，C正确；
D．万有引力提供加速度
则哈雷彗星的加速度与地球的加速度比值为
D错误。
故选C。
1．北京时间2025年3月26日23时55分，西昌卫星发射中心长征三号乙运载火箭点火起飞，天链二号04星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。发射可简化为如图所示过程，先将卫星发射到半径为r的圆轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，卫星运动到A点时变轨进入椭圆轨道Ⅱ，运动到椭圆轨道Ⅱ的远地点B时，再次变轨进入半径为2r的圆轨道Ⅲ做匀速圆周运动。下列判断正确的是（ ）
A．卫星在轨道Ⅰ与轨道Ⅲ上运行的周期之比为
B．要实现从椭圆轨道B处进入圆轨道Ⅲ，发动机需要向前喷气
C．卫星在轨道Ⅰ上的机械能大于轨道Ⅲ上的机械能
D．卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上与地心连线单位时间扫过的面积一定相等
【答案】A
【来源】2025届辽宁省辽南协作体高三下学期第三次模拟物理试卷
【详解】A．卫星在轨道Ⅰ与轨道Ⅲ上运行过程，根据开普勒第三定律有
解得
故A正确；
B．轨道Ⅱ相对于轨道Ⅲ是低轨道，由低轨道变轨到高轨道，需要在切点位置加速，即要实现从椭圆轨道B处进入圆轨道Ⅲ，发动机需要向后喷气，故B错误；
C．结合上述可知，卫星由轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅲ，需要先后在A与B位置加速，即卫星在轨道Ⅰ上的机械能小于轨道Ⅲ上的机械能，故C错误；
D．根据开普勒第二定律可知，在同一轨道上，卫星与地心连线在相等时间扫过的面积相等，但在不同轨道上卫星与地心连线在相等时间扫过的面积不相等，即卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上与地心连线单位时间扫过的面积不相等，故D错误。
故选A。
2．万有引力定律和库仑定律都满足平方反比规律，因此万有引力场和电场之间有许多相似的性质，在处理有关问题时可以将它们进行类比。设地球质量为M，半径为R，引力常量为G，如果取无穷远处引力势能为零，那么一质量为m的物体在距地心r处的引力势能为。为了描述电场的力和能量的性质，在电场中引入电场强度E和电势的概念，现在我们类比电场来研究万有引力场，则类比电场强度和电势的定义式，距地心为r处的“万有引力场强”和“引力势”大小分别是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【来源】2025届江西省重点中学协作体高三下学期第二次联考物理试卷
【详解】类比电场的定义可得
类比电势的定义可得
故选B。
3．卫星分别围绕星球1、2做圆周运动，卫星的运行速度的三次方与其周期的倒数的关系图像如图所示，其中图线1表示卫星绕星球1运动的关系图线，图线2表示卫星绕星球2运动的关系图线，图中m、n已知且纵坐标的最大值均为，下列说法正确的是（ ）
A．星球1和2的质量之比为
B．星球1和2的半径之比为
C．星球1和2表面的重力加速度之比为
D．星球1和2的第一宇宙速度之比为
【答案】B
【来源】2025届河南省十校教研联盟高三下学期5月联合模拟考试物理试卷
【详解】A．设星球质量为M，根据
整理可得
可知图像斜率
可知星球质量与斜率k成正比，图像可知1、2图像斜率之比为n：m，则星球1和2的质量之比为
故A错误；
B．由A选项可得
可知r为星球半径R时速度最大，结合题意有
联立解得
故B正确；
C．在星球表面有
解得
联立以上，可得星球1和2表面的重力加速度之比
故C错误；
D．第一宇宙速度时卫星绕星球表面飞行的速度，则有
则有
则星球1和2的第一宇宙速度之比
故D错误。
故选B。
4．北京时间2025年1月21日1时12分，经过约8．5小时的出舱活动，神舟十九号乘组航天员蔡旭哲、宋令东、王浩泽密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。已知空间站绕行地球一圈的时间大约为90分钟。以下说法正确的是（ ）
A．航天员相对空间站静止时，所受合外力为零
B．空间站的运行速度小于同步卫星运行速度
C．航天员在出舱活动期间最多可能看到5次日出
D．空间站的向心加速度大于地球上建筑物的向心加速度
【答案】D
【来源】2025届陕西省汉中市西乡县第一中学高三下学期一模物理试题
【详解】A．航天员相对空间站静止时，依然绕地球做圆周运动，所受合外力不为零，故A错误；
B．根据万有引力提供向心力
可得
因为空间站的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，所以空间站的运行速度大于同步卫星运行速度，故B错误；
C．因为空间站绕行地球一圈的时间大约为90分钟，所以航天员一天时间最多可能看到日出次数为
经过约8小时的出舱活动期间，看到日出次数为
所以航天员在出舱活动期间最多可能看到6次日出，故C错误；
D．建筑物随地球运动的角速度与同步卫星相同，根据向心加速度公式可知，建筑物随地球运动的向心加速度小于同步卫星的向心加速度，再根据万有引力提供向心力
可得
则r越大，a越小，同步卫星的加速度小于空间站的加速度，所以空间站的向心加速度大于地球上建筑物的向心加速度，故D正确。
故选D。
5．在地球上，可通过天文观测估算太阳的密度。如图，地球上观测太阳的视角θ极小，与观测者眼睛相距为D、视角为θ的物体宽度为d。已知地球公转周期为T，万有引力常量为G，θ极小时。则太阳密度ρ可表示为（ ）

A．B．C．D．
【答案】D
【来源】2025届山东省济宁市高三下学期考前押题联合测试物理试题
【详解】设太阳质量为M，地球质量为m，地球绕太阳公转，有
因为太阳密度
由几何关系
联立可得
故选D。
6．卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成，卫星通信具有通信范围大、可靠性高等优点。已知地球自转周期为，卫星高度与地球半径相等，北极地面的重力加速度大小为，赤道地面的重力加速度大小为，引力常量为，则地球的质量为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【来源】2025届甘肃省多校高三下学期5月联考考试物理试卷
【详解】赤道处有向心加速度，则赤道的重力加速度小于两极的重力加速度，有
解得地球半径
又，解得地球质量
故选B。
7．假设月球表面下存在一条贯穿月球球心的熔岩管隧道，隧道的两端开口，内部为真空，长度为月球直径，航天员在隧道内进行重力加速度的测量。已知月球质量为地球质量的，月球半径约为地球半径的，地球表面的重力加速度为g。假设月球为质量分布均匀的球体，且质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，忽略月球自转的影响。则（ ）
A．月球表面的重力加速度约为
B．可以在隧道内找到一个位置，其重力加速度等于地球重力加速度
C．隧道内某处到月球球心的距离越小，重力加速度越大
D．距月球表面高为h处的重力加速度与该处到月球球心的距离成正比
【答案】A
【来源】2025届安徽省百师联盟高三下学期二轮复习联考（三）物理试卷
【详解】A．由
解得
则，A正确；
BC．质量分布均匀的球壳对球壳内部任意位置质点的万有引力都为零，则隧道内任一点（到球心的距离为r）的重力加速度
g与r成正比，隧道内任一位置的重力加速度均小于，BC错误；
D．距月球表面高为h处，由
解得
g与（R+h）2成反比，D错误。
故选A。
8．牛顿著名的“月一地检验”证明了万有引力定律的普适性，将地球上的重力现象与天体间的引力统一起来。如图所示，月球的轨道半径r是地球半径R的60倍，地球的第一宇宙速度为7.9km/s，则月球绕地球做匀速圆周运动的线速度大小约为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【来源】2025届山西省晋城市高三下学期第三次模拟考试物理试题
【详解】设月球的向心加速度大小为，则由万有引力提供向心力有
地球表面的重力加速度大小为，则由万有引力等于重力有
由万有引力提供向心力有，
联立解得
故选C。
9．(24-25高三下·甘肃多校·期中)任何具有质量的物质压缩到一定的体积后都会形成一个黑洞，此时它的第二宇宙速度等于光速。已知引力常量，光速，第二宇宙速度为第一宇宙速度的倍。如果把一个成年人“压缩”成为球形黑洞，该黑洞半径的数量级约为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【来源】甘肃省多校2024-2025学年高三下学期期中联考考试物理试卷
【详解】“被压缩”后的成年人成为球形黑洞，根据万有引力定律
此黑洞的第一宇宙速度有
第一宇宙速度与光速关系为
成年人的质量约，代入数据解得
ABD错误，C正确。
故选C。
10．(24-25高三下·江苏宿迁泗阳县·适考)如图所示，我国的静止卫星M、量子卫星N均在赤道平面内绕地球做圆周运动，P是地球赤道上一点。则（ ）
A．P点的周期比N的大
B．P点的速度等于第一宇宙速度
C．M的向心加速度比N的大
D．M所受的万有引力比N所受的万有引力大
【答案】A
【来源】江苏省宿迁市泗阳县2024-2025学年高三下学期第一次适应性考试（一模）物理试卷
【详解】A．卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
由牛顿第二定律得
整理得
由题意知，N的轨道半径比M小，则N的周期比M的小，由于P、M的周期相同，故N的周期比P的小，故A正确；
B．由圆周运动知识可得
P点的速度和第一宇宙速度之比
由天体物理常识得，，
可见，P点的速度远小于第一宇宙速度，故B错误；
C．卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
由牛顿第二定律得
整理得
向心加速度
联立得
由于N的轨道半径比M小，故得N的向心加速度比M的大，故C错误；
D．由万有引力公式及题意可知
静止卫星M和量子卫星N的质量关系未知，所受万有引力大小关系不能确定，故D错误；
故选A。
11．我国近地小行星防御系统能够监测、预警和应对近地天体的撞击，展现了从被动预警到主动防御的科技跨越。如图所示，近地圆轨道Ⅰ和椭圆轨道Ⅱ相切于点，椭圆轨道Ⅱ和同步轨道Ⅲ相切于点。现有防御卫星在轨道Ⅰ处做匀速圆周运动，经变轨后运行到同步轨道Ⅲ的点拦截小行星进行干预，已知地球自转的角速度为，防御卫星在轨道Ⅰ和Ⅲ上运行的角速度为和，卫星在轨道Ⅰ、Ⅲ和轨道Ⅱ上的点、点运行的线速度分别为、、、。下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．卫星在轨道Ⅱ上从点运动到点过程中，机械能增大
D．卫星在轨道Ⅲ上从点到点的运动时间大于在轨道Ⅱ上从点运动到点运动时间
【答案】D
【来源】2025届山东省实验中学高三下学期第二次模拟考试物理试题
【详解】A．卫星绕地球做匀速圆周运动，由
解得
可知同步轨道的角速度小于近地轨道的角速度，而地球自转的角速度和同步轨道的角速度相同，综合可知
故A错误；
B．卫星绕地球做匀速圆周运动，由
解得
可知，由于卫星在轨道I的P点需要点火加速到轨道II，则有，同理在Q点有，综合可知
故B错误；
C．卫星在轨道Ⅱ上从点运动到点过程中，机械能不变，故C错误；
D．题图可知卫星在轨道III的轨道半径大于在轨道II的半长轴，根据开普勒第三定律易得卫星在轨道III的运行周期大于在轨道II的运行周期，故卫星在轨道Ⅲ上从点到点的运动时间大于在轨道Ⅱ上从点运动到点运动时间，故D正确。
故选 D。
12．假设地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其运行周期与轨道半径的关系如图所示，图中1和2分别为我国空间站“天和”核心舱、卫星导航系统中某颗地球同步卫星所对应的数据。引力常量为G。下列说法正确的是（ ）
A．核心舱与地球同步卫星的向心力大小之比为
B．核心舱与地球同步卫星的向心加速度大小之比为
C．核心舱与地球同步卫星的周期之比为
D．核心舱与地球同步卫星的速率之比为
【答案】B
【来源】2025届四川省成都市石室中学高三下学期一模考试物理试题
【详解】A．由于核心舱与地球同步卫星的质量未知，因此不能确定它们做圆周运动的向心力大小之比，故A错误；
B．由题图可知，、
根据
可得
核心舱与地球同步卫星的向心加速度大小之比为，故B正确；
C．根据开普勒第三定律可知，核心舱与地球同步卫星的周期之比
故C错误；
D．根据
可得
核心舱与地球同步卫星的速率之比
故D错误。
故选B。
13．中国空间站绕地球运行方向如图所示，由于地球遮挡阳光，空间站内宇航员在一天内会经历多次日落日出。太阳光看作平行光，空间站经历一次日落到日出转过的圆心角为2θ，则空间站线速度大小与第一宇宙速度大小之比为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【来源】2025届山东省潍坊市高三下学期二模物理试题
【详解】根据题意可知，空间站的轨道半径为
根据万有引力提供向心力可得，
联立可得
故选B。
14．随着太空垃圾问题日益严峻，天宫空间站面临来自太空碎片的威胁越来越严重，这些碎片速度极快，对空间站设施构成严重危害。神舟十九号任务中携带了特殊装甲，并为天宫空间站安装了新的防护罩。同时，地面控制中心通过大型雷达和光学望远镜等监测设备，密切监测太空碎片，精确计算其运行轨迹，提前发现潜在碰撞风险。一旦监测到有较大的太空垃圾靠近时，天宫空间站会在地面控制中心的指挥下，依靠自身推进系统主动改变轨道或姿态，避开危险。某次避险过程需要空间站从低轨道变轨至更高轨道运行，假设变轨前后空间站所在轨道均为圆轨道，下列关于变轨前后的说法正确的是（ ）
A．变轨后空间站的线速度变大
B．变轨后空间站的角速度变大
C．变轨后空间站的运行周期变长
D．变轨时空间站发动机需沿运动方向喷气
【答案】C
【来源】2025届四川省攀枝花市高三下学期第三次统一考试物理试卷
【详解】A．由于变轨前后均做圆周运动，根据
可得
从低轨道变轨至更高轨道运行，变轨后空间站的线速度变小，故A错误；
B．根据
可得
变轨后空间站的角速度变小，故B错误；
C．根据
可得
变轨后空间站的运行周期变长，故C正确；
D．变轨时需要加速做离心运动，所以空间站发动机需沿运动方向的反向喷气，故D错误。
故选C。
15．如图所示，O处为地心，卫星1环绕地球做匀速圆周运动，卫星2环绕地球运行的轨道为椭圆，两轨道不在同一平面内。已知圆轨道的直径等于椭圆轨道的长轴，且地球位于椭圆轨道的一个焦点上，引力常量为G，地球的质量为M，卫星1的轨道半径为R，卫星1的运转速度为v0，关系为。下列说法正确的是（ ）
A．卫星1的运行周期大于卫星2的运行周期
B．如果卫星1的加速度为a，卫星2在P点的加速度为，则
C．卫星2在Q点的速度
D．卫星2在P、Q点的速度大小关系为
【答案】D
【来源】2025届陕西省西安市长安区高三下学期第三次模拟考试物理试题
【详解】A．题意可知卫星2的轨道半长轴为R，根据开普勒第三定律
由于卫星1的半径等于卫星2的半长轴，所以卫星1的运行周期等于卫星2的运行周期，故A错误；
B．设卫星质量为m，则有
解得
由于P点距离中心天体较近，所以
故B错误；
C．若卫星2在OQ为半径的轨道上做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
解得
由于卫星在椭圆轨道的Q点要做近心运动，所以
故C错误；
D．若卫星在P点做半径为R的圆周运动，根据
易知卫星在P点做半径为R的圆周运动的速度大于（），由于卫星在圆轨道的P点要做离心运动，则有
同理，若卫星在Q点做半径为1.5R的圆周运动，根据
易知卫星在Q点做半径为1.5R的圆周运动的速度小于（），由于卫星在圆轨道的Q点要做近心运动，则有
综合以上可知
故D正确。
故选D。
16．近年来，我国航天事业取得了显著的成就和发展，如载人航天工程、月球探测、火星探测等。如图是火星探测任务中天问一号探测器实施近火制动中的停泊轨道，该停泊轨道可看作是椭圆轨道，a、b、c、d是该轨道上的四个点，其中d点为近火点，b点为远火点，则天问一号在经过这四个位置中动能最大的是（ ）
A．a点B．b点C．c点D．d点
【答案】D
【来源】2025届陕西省渭南市临渭区高三下学期质量检测（三模）物理试题
【详解】根据开普勒第二定律可知，当卫星经过近火点d时速度最大，动能最大。
故选D。
17．如图所示，两颗彗星仅受太阳引力作用绕太阳运行，彗星1轨道为圆，彗星2轨道为椭圆。下列说法正确的是（ ）
A．彗星2在近日点的速度小于远日点的速度
B．彗星1的速度大于彗星2在远日点的速度
C．彗星1、彗星2与太阳的连线在相等时间内扫过的面积一定相等
D．彗星1受太阳的万有引力一定小于彗星2在近日点受太阳的万有引力
【答案】B
【来源】2025届四川省成都市高三下学期三诊物理试题
【详解】A．根据开普勒第二定律可知，彗星2在近日点的速度大于远日点的速度，故A错误；
B．彗星1离太阳的距离小于彗星2在远日点离太阳的距离，根据
解得
可知，彗星1在圆轨道的速度大于彗星2经过远日点所做圆轨道的速度，而彗星2在远日点的速度小于该点圆轨道的速度，故彗星1的速度大于彗星2在远日点的速度，故B正确；
C．根据开普勒第二定律，相等时间内扫过的面积相等是指同一轨道，则彗星1、彗星2与太阳的连线在相等时间内扫过的面积不一定相等，故C错误；
D．因为不知道两彗星的质量关系，则彗星1受太阳的万有引力不一定小于彗星2在近日点受太阳的万有引力，故D错误。
故选B。
18．江淹的《别赋》中写到“日下壁而沉彩，月上轩而飞光”，形象地呈现出日月光交替转换的自然美景。这种昼夜更替现象与地球的自转有关，结合万有引力定律的相关知识，下列说法正确的是（ ）
A．若地球自转变快，则地球静止卫星的轨道变高
B．地球静止卫星和极地同步卫星的加速度大小不同
C．地球表面赤道上的重力加速度比两极上的重力加速度大
D．以地心为参考系，置于武汉和北京的物体的向心加速度大小不同
【答案】D
【来源】2025届湖北省武汉市武昌区高三下学期5月质量检测物理试卷
【详解】A．根据万有引力提供向心力
可得
若地球自转变快，则角速度变大，地球静止卫星的角速度变大，可知地球静止卫星的轨道半径变小，则地球静止卫星的轨道变低，故A错误；
B．根据牛顿第二定律
可得
可知地球静止卫星和极地同步卫星的加速度大小相同，故B错误；
C．地球两极，根据牛顿第二定律
可得
对赤道，根据牛顿第二定律
可得
可知地球表面赤道上的重力加速度比两极上的重力加速度小，故C错误；
D．置于武汉和北京的物体做圆周运动的半径不相同，根据可知以地心为参考系，置于武汉和北京的物体的向心加速度大小不同，故D正确。
故选D。
19．已知物体从地球上的逃逸速度（第二宇宙速度），其中G、ME、RE分别是引力常量、地球质量和半径，在目前天文观测范围内宇宙物质的平均密度为，如果我们认为宇宙是一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度，因此任何物体都不能脱离宇宙。已知光速，引力常量，则宇宙半径的数量级为（ ）
A．1024mB．1026mC．1028mD．1030m
【答案】B
【来源】2025届浙江省北斗星盟高三下学期三模物理试题
【详解】设宇宙的半径为R，质量为M，由题意知，宇宙的第二宇宙速度为
又，
联立得
故选B。
20．在《流浪地球2》电影中出现了太空电梯的科幻设想（如图甲）。人类可以乘坐电梯轿厢从固定在地面的基座出发，经国际空间站（轨道距地球表面约400km）向同步轨道空间站（距地球表面约36000km）运行（如图乙），在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．电梯轿厢所受地球的万有引力逐渐增大
B．电梯轿厢绕地球运行的线速度逐渐增大
C．电梯轿厢绕地球运行的角速度逐渐增大
D．电梯轿厢绕地球运行的向心加速度逐渐减小
【答案】B
【来源】2025届四川省成都市郫都区高三下学期三模物理试题
【详解】A．由万有引力定律可知，电梯轿厢所受地球的万有引力大小为
其中r是电梯轿厢到地心的距离，则当电梯轿厢从地面（）上升到同步轨道（）时，r增大，因此万有引力减小，故A错误；
BCD．由题意可知，电梯轿厢的角速度不变，且，
其中r是电梯轿厢到地心的距离，则当电梯轿厢从地面（）上升到同步轨道（）时，r增大，因此电梯轿厢绕地球运行的线速度逐渐增大、电梯轿厢绕地球运行的向心加速度逐渐增大，故B正确，CD错误。
故选B。
21．所谓“双星”就是两颗相距较近的恒星，这两颗星在彼此之间万有引力作用下，各自以一定的速率始终绕它们连线上的某点转动，则（ ）
A．两颗星做圆周运动的半径之比等于它们质量之比
B．两颗星速度大小之比等于它们质量的反比
C．两颗星的动能之比等于它们做圆周运动的半径的反比
D．两颗星的动量始终相同
【答案】B
【来源】2025届广东省广州市某校高三下学期综合测试（三）物理试题
【详解】A．令两恒星间距为L，质量分别为、，轨道半径分别为、，双星圆周运动的周期相等，可知，角速度也相等，则有，
解得
即两颗星做圆周运动的半径之比等于它们质量的反比，故A错误；
B．根据线速度与角速度的关系有，
结合上述解得
即两颗星速度大小之比等于它们质量的反比，故B正确；
C．两恒星的动能，
结合上述解得
即两颗星的动能之比等于它们做圆周运动的半径之比，故C错误；
D．两恒星的动量，
结合上述解得
可知，两恒星动量大小相等，当动量的反向始终相反，可知，两颗星的动量不相同，故D错误。
故选B。
22．(24-25高三下·湖南怀化多校联考·三模)2025年3月我国科学家通过研究嫦娥六号采回的月球背面月壤样品，取得重大突破，对理解月球乃至太阳系早期演化具有重大科学意义，“嫦娥六号”任务圆满成功。假设“嫦娥六号”绕某一中心天体运动的圆轨道半径减为原来的一半时，则“嫦娥六号”（ ）
A．向心加速度变为原来的2倍
B．线速度变为原来的2倍
C．运动周期变为原来的倍
D．所受万有引力变为原来的倍
【答案】C
【来源】湖南省怀化市多校联考2024-2025学年高三下学期第三次模拟考试物理试题
【详解】A．根据，解得
可知向心加速度变为原来的4倍，故A错误；
B．根据，可得
线速度变为原来的倍，故B错误；
C．根据，可得
运动周期变为原来的倍，故C正确；
D．根据，“嫦娥六号”所受万有引力变为原来的4倍，故D错误。
故选C。
23．1772年，法籍意大利数学家拉格朗日在论文《三体问题》中指出：两个质量相差悬殊的天体（如地球和月亮）所在同一平面上有5个特殊点，如图中的、、、、所示，人们称为拉格朗日点。若飞行器位于这些点上，会在地球与月球共同引力作用下，可以几乎不消耗燃料而保持与地球同步做圆周运动。若发射一颗卫星定位于拉格朗日点，跟地、月两个大天体保持相对静止。设地球质量是月球的倍，地月间距为，拉格朗日点与月球间距离为。下列说法正确的是（ ）
A．该卫星绕地球运动周期大于月球公转周期
B．该卫星在点处于平衡状态
C．该卫星与月球绕地球运动的线速度之比为
D．、、的关系式为
【答案】D
【来源】2025届河北省石家庄市部分学校高三下学期考前模拟大演练物理试卷
【详解】A．该卫星与月球同步绕地球运动，可知卫星绕地球运动周期等于月球公转周期，A错误；
B．该卫星绕地球做匀速圆周运动，所受的合力为地球和月球对它引力的合力，这两个引力方向相同，合力不为零，处于非平衡状态，故B错误；
C．由A选项可得卫星与月球的角速度相等，根据，可知
故C错误；
D．设地球的质量为，月球的质量为，卫星的质量为，则对月球有
对卫星有
其中
联立解得
故D正确。
故选D。
24．嫦娥七号计划2026年发射，将前往月球南极寻找水冰存在的证据。若嫦娥七号探测器由地面发射后，经地月转移轨道，在A点变轨后进入绕月圆形轨道Ⅰ，在B点变轨后进入环月椭圆轨道Ⅱ，轨道Ⅱ可视为与月面相切于C点。轨道I的半径是月球半径的倍，仅考虑月球的引力，下列说法正确的是（ ）
A．嫦娥七号在A点变轨时加速，在点变轨时减速
B．嫦娥七号在A点变轨时减速，在点变轨时加速
C．嫦娥七号从点向点运动过程中，速度和加速度均越来越大
D．嫦娥七号在轨道I上的向心加速度是月球表面重力加速度的
【答案】CD
【来源】2025届四川省达州市高级中学校高三下学期模拟预测物理试题
【详解】AB．嫦娥七号在A、B两点变轨时均由高轨道变轨到低轨道，可知，在A、B两点均需要减速，故AB错误；
C．嫦娥七号从点向运动过程中，离月球表面中心越来越近，引力越来越大，加速度越来越大，引力做正功，速度越来越大，故C正确；
D．根据
解得
由于轨道I的半径是月球半径的倍，可知，嫦娥七号在轨道I上的重力加速度是月球表面重力加速度的，故D正确。
故选CD。
25．2025年1月7日，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将实践二十五卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。若二十五号卫星的离地高度为h，周期为T，地球的半径为R，引力常量为G，下列说法正确的是（ ）
A．二十五号卫星的发射速度大于7.9km/s，但小于11.2km/s
B．二十五号卫星的向心加速度大小为
C．地球表面的重力加速度大小为
D．地球的密度为
【答案】AC
【来源】2025届河南省部分重点高中高三下学期5月联合模拟考试物理试题
【详解】A．二十五号卫星绕地球做圆周运动，故发射速度满足，故A正确；
B．由圆周运动中周期与向心加速度的关系式，有，故B错误；
C．根据
解得地球的质量
结合
解得地球表面的重力加速度大小，故C正确；
D．地球的体积，
则地球密度，故D错误。
故选AC。
26．国家深空探测实验室预计在2030年前后实现载人登月并建设月球基地，为此成功发射了天都一号环月卫星负责通信和导航。如图所示，天都一号在地月转移轨道点实施“刹车”制动，成功进入环月圆形轨道。已知环月轨道离月面高度为，月球质量为，月球半径为，引力常量为。则（ ）
A．卫星在环月轨道运行时向心加速度小于月球表面的重力加速度
B．环月圆形轨道上卫星的线速度大小为
C．环月圆形轨道上卫星的运行周期为
D．进入环月圆形轨道前卫星在处的速度大小等于
【答案】AC
【来源】2025届天津市北辰区高三下学期三模物理试卷
【详解】A．由环月轨道运行时的向心加速度关系和月球表面的重力加速度关系
所以有，故A正确；
B．由
有，故B错误；
C．由
有，故C正确；
D．因为进入环月圆形轨道前卫星需要在A处减速，故速度大小应大于,故D错误。
故选AC。
27．2024年8月22日，中星4A卫星顺利进入预定轨道，如图所示为质量为的中星4A卫星发射变轨过程的简化示意图，其中轨道Ⅰ为近地圆形轨道，轨道Ⅲ为距离地面高度为6R的圆形轨道，轨道Ⅱ为椭圆轨道，轨道Ⅱ与轨道Ⅰ和轨道Ⅲ分别相切于P点和Q点。已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，忽略地球自转的影响。若取无穷远处引力势能为零，质量为m的物体在距离地球球心为r时的引力势能（M为地球的质量），下列说法正确的是（ ）
A．中星4A卫星在轨道Ⅱ上经过P点的速度大于经过Q点的速度
B．中星4A卫星在轨道Ⅲ上的动能为
C．中星4A卫星从轨道Ⅰ运动到轨道Ⅲ机械能增加了
D．中星4A卫星在轨道Ⅱ上运行的周期是在轨道Ⅲ上运行的周期的
【答案】ABC
【来源】2025届辽宁省实验中学高三下学期二模物理试题
【详解】A．根据开普勒第二定律可知，卫星在近地点（P点）的速度大于在远地点（Q点）的速度，故A正确；
B．在地球表面放一质量为m的物体，有
卫星在轨道Ⅲ上，有
故动能
故B正确；
C．卫星在轨道Ⅲ上的机械能
同理，在轨道Ⅰ上，有
动能
机械能
卫星从轨道Ⅰ运动到轨道Ⅲ机械能增加了
故C正确；
D．轨道Ⅱ的半长轴
由开普勒第三定律有
解得
故D错误。
故选ABC。
28．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m的列车（不需要引擎）从A点由静止进入隧道，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周期的一半，图中O'为隧道的中点，到球心O的距离为h。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大小为g，物体做简谐运动的最大速度等于振幅乘以角速度，即，下列说法正确的是（ ）
A．地球的第一宇宙速度为
B．列车从A点运动到B点的时间为
C．列车在O'点受到的支持力大小为
D．列车在O'点的速度大小为
【答案】ACD
【来源】2025届山西省部分名校高三下学期第二次模拟考试物理试卷
【详解】A．由解得，第一宇宙速度，A正确；
B．地球表面近地卫星的周期为
所以列车从A点运动到B点的时间为，B错误；
C．地球的密度为
将地球看作两部分，一部分是以O为球心、h为半径、质量为M'的小球，小球的质量为

另一部分为剩余的球壳，球壳对O'处的引力为零，列车在O'点受到的支持力大小为

其中
解得
C正确；
D．根据
列车在O'点的速度大小为
整理可得
D正确。
故选ACD。
29．近年来我国航天事业取得辉煌成就，2024年10月30日，神舟十九号飞船再次与空间站组合体成功对接。若空间站绕地球做匀速圆周运动，已知地球质量为M，空间站的质量为，轨道半径为，引力常量为G。
(1)求空间站线速度的大小；
(2)航天员相对太空舱静止站立，应用物理规律推导说明航天员对太空舱的压力大小等于零；
(3)规定距地球无穷远处引力势能为零，质量为m的物体与地心距离为r时引力势能为。由于太空中宇宙尘埃的阻力以及地磁场的电磁阻尼作用，长时间在轨无动力运行的空间站轨道半径慢慢减小到仍可看作匀速圆周运动，为了使轨道半径快速恢复到，并做匀速圆周运动，需要发动机短时间点火对空间站做功。求轨道半径从恢复到的过程中，空间站机械能的变化量。
【答案】(1)
(2)见解析
(3)
【来源】2025届福建省三明市高三下学期三模物理试题
【详解】（1）对空间站：由牛顿第二定律
解得
（2）设航天员质量为m，所受支持力为，则
解得，故航天员不受太空舱的支持力。
根据牛顿第三定律，则航天员对太空舱的压力大小等于零。
（3）空间站在轨道上做匀速圆周运动，有
可得空间站的动能
空间站在轨道上的机械能为
空间站在r0轨道上的机械能为
空间站由轨道恢复到r0轨道过程，机械能的变化量为
30．开普勒行星运动定律内容如下：
①所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上；
②对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等；
③所有行星轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。
科研人员设想一种在太空中发射太空探测器的方案：卫星携带一探测器在半径为的圆轨道上绕地球做匀速圆周运动，运动周期为。在轨道上某点启动辅助动力装置短暂工作（工作时消耗的气体质量忽略不计），将探测器沿运动方向射出，探测器恰好能完全脱离地球引力的束缚，而卫星沿原方向绕地球做椭圆运动。已知质量分别为、的两个质点相距为r时的引力势能为，其中G为引力常量。不计其他天体的作用。
(1)求卫星和探测器绕圆轨道运动的线速度大小；
(2)求发射后瞬间探测器的速度大小；
(3)小华认为，若给定卫星与探测器的质量之比，则可求得发射探测器后卫星沿椭圆轨道运动的周期。请你分析说明她的观点是否正确，写出关键方程。
【答案】(1)
(2)
(3)见解析
【来源】2025届北京市朝阳区高三下学期二模物理试卷
【详解】（1）由匀速圆周运动线速度与周期的关系，可得
（2）设地球质量为M，探测器质量为，卫星质量为，探测器从被发射到无穷远的过程，由能量守恒定律得
发射前，由牛顿第二定律得
联立解得
（3）小华的观点正确。
设发射后卫星的速度为，发射过程由动量守恒得
发射后卫星绕地球做椭圆运动，设近地点速度为，近地点到地心距离为，由开普勒第二定律得
由能量守恒定律得
设发射后卫星绕地球运动的周期为，由开普勒第三定律得
联立以上方程，若给定卫星与探测器的质量之比，可求得发射后卫星的运行周期。
行星
水星
金星
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
轨道半径
0.39
0.72
1.0
1.5
5.2
9.5
19
30