2026年高考物理专题训练：万有引力与航天（含答案）

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2026年高考物理专题训练：万有引力与航天
一、选择题
1．2024年4月25日20时59分，“神舟十八号”载人飞船成功发射，之后进入预定轨道，并于4月26日3时32分与空间站“天和核心舱”成功对接，“神舟十八号”三名航天员与“神舟十七号”的三名航天员在“天宫”成功会师。已知“天和核心舱”运行的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，下列说法正确的是（　　）
A．“神舟十八号”载人飞船进入预定轨道环绕地球飞行的周期为24h
B．“天和核心舱”的运行速度为
C．“天和核心舱”中的航天员处于平衡状态
D．“神舟十七号”载人飞船返回地球时应先点火减速以降低轨道高度
2．两颗卫星a、b围绕着某行星的运动轨迹均为圆周，运转方向相同且在同一平面内，两卫星上各安装有引力传感器，引力传感器显示两卫星间引力F随时间t变化规律如图所示，已知卫星a轨道半径为，周期为，卫星a的轨道半径小于b，下列说法正确的是（　　）
A．卫星b半径为
B．卫星b周期为
C．
D．两卫星a、b绕行时加速度大小之比为9∶1
3．中国首次火星探测任务工程总设计师表示，我国将在2028年实施“天问三号”火星探测与取样返回任务。“天问三号”探测器从地球发射后第一次变轨进入地火转移轨道，逐渐远离地球，成为一颗人造行星，运行轨迹简化如图所示，Ⅰ是地球运行圆轨道，Ⅱ是地火转移椭圆轨道，Ⅲ是火星运行圆轨道，轨道Ⅰ与轨道Ⅱ相切于P点，轨道Ⅱ与轨道Ⅲ相切于Q点。已知火星密度为地球密度的火星自身半径为地球自身半径的，地球表面重力加速度大小为g，则（　　）
A．P点处，“天问三号”在轨道Ⅰ上的加速度小于在轨道Ⅱ上的加速度
B．Q点处，“天问三号”在轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要向前喷气
C．“天问三号”在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运动的全过程中，在轨道Ⅱ上P点处运行速度最大
D．火星表面的重力加速度大小约为
4．目前，我国正计划发射巡天空间望远镜，与空间站共轨配合研究宇宙最基本的问题，以帮助人类更好地理解宇宙。 已知该望远镜发射后先在圆轨道做圆周运动，稳定后再变轨为如图所示的椭圆轨道，两轨道相切于P点。 P、Q 分别为椭圆轨道的近地点和远地点，忽略空气阻力和卫星质量的变化，则该巡天望远镜（　　）
A．在椭圆轨道上运动的周期小于在圆轨道上运动的周期
B．在 Q 点的速度大于在圆轨道运动时的速度
C．在 P 点由圆轨道变为椭圆轨道时需要在 P 处点火减速
D．在椭圆轨道运动时的机械能大于在圆轨道上运动时的机械能
5．中国科学家提出的“以石击石”改变小行星飞行轨迹的方案为人类应对小行星的潜在威胁提供了新的思路。如图所示，已知天体的轨道在同一平面内且运动方向均为顺时针，地球公转圆轨道的半径为R、周期为，偏转圆轨道的半径为4R，若某小行星与地球预计在A点撞击，设想在地球运行到B点时发射无人飞行器，飞行器在太空中捕获百吨级质量的岩石后构成质量为的组合撞击体，该撞击体在小行星椭圆轨道的远日点C沿切线与质量为4m0的小行星发生完全非弹性碰撞，从而使小行星改变飞行轨迹，使其在偏转圆轨道稳定运行。组合撞击体与小行星撞击前瞬间的速度大小是地球公转线速度的，则小行星被撞击前在椭圆轨道的远日点C的速度大小为（　　）
A． B． C． D．
6．如图所示，卫星1、2发出的电磁波能够同时覆盖地球表面的夹角范围分别为、（卫星2、未画出），则卫星1、2绕地球做匀速圆周运动的周期之比为（　　）
A． B． C． D．
7．我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高，极大丰富了我国自主对地观测数据源，为现代农业、防灾减灾、环境监测等领域提供了可靠稳定的卫星数据支持。系列卫星中的“高分三号”的轨道高度约为755km，“高分四号”的轨道为高度约的地球同步轨道。若将卫星的运动均看作是绕地球的匀速圆周运动，则（　　）
A．“高分三号”的运行周期大于24h
B．“高分三号”的运行周期等于24h
C．“高分三号”的运行角速度大于地球自转的角速度
D．“高分三号”的运行速度小于“高分四号”的运行速度
8．神舟十九号乘组航天员进行了长达9小时的天宫空间站出舱活动，利用天链卫星与地面科研人员不间断地进行通信。天链卫星绕地球做圆周运动，周期与地球自转周期相同。则天链卫星运动速度（　　）
A．大于第一宇宙速度 B．等于第一宇宙速度
C．大于空间站运动速度 D．小于空间站运动速度
9．“神舟二十号”从发射到与空间站对接可以简化为如图所示过程：先将飞船送入停泊轨道（近地圆轨道），再通过变轨进入转移轨道（椭圆轨道），最后再变轨进入空间站所在轨道并进行对接，停泊轨道和转移轨道相切于Q点，下列说法正确的是（　　）
A．发射速度必须大于11.2km/s，小于16.7km/s
B．从停泊轨道变轨到转移轨道上，飞船的机械能变大
C．在停泊轨道上经过Q点的加速度小于在转移轨道上经过Q点的加速度
D．飞船可以先变轨到空间站所在轨道，再向后点火，加速追上空间站实现对接
10．我国首个火星探测器“天问一号”发射过程可简化为：探测器在地球表面加速并经过一系列调整变轨，成为一颗沿地球公转轨道绕太阳运行的人造行星；再在适当位置加速，经椭圆轨道霍曼转移轨道到达火星。已知地球的公转周期为T，P、N两点分别为霍曼转移轨道上的近日点与远日点，可认为地球和火星在同一轨道平面内运动，火星轨道半径约为地球轨道半径的倍。则（　　）
A．火星的公转周期为
B．探测器在霍曼转移轨道上的运行周期为
C．探测器在霍曼转移轨道上P、N两点线速度之比为
D．探测器在霍曼转移轨道上P、N两点加速度之比为
11．2024年11月15日，搭载天舟八号货运飞船的长征七号遥九运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射。天舟八号货运飞船A与空间站B交会对接的示意图如图所示，飞船顺利进入预定圆轨道1，并以周期稳定运行，之后飞船从1号轨道经2号转移轨道逐步接近在3号圆轨道运行的空间站，约3小时后，飞船与空间站组合体完成交会对接，并在3号轨道上以周期稳定运行。已知万有引力常量为G，地球半径为R，1号圆轨道距地面高度，3号圆轨道距地面高度，则（　　）
A．
B．货运飞船从1号轨道进入2号转移轨道需要点火减速
C．货运飞船在1、3两个轨道上稳定运行时线速度大小之比为
D．根据题目条件可以求出地球密度的表达式为
二、多项选择题
12．北京时间2024年11月25日7时39分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭，成功将四维高景二号03、04星发射升空，卫星顺利送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。若四维高景二号03星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r，引力常量为G，地球半径为R，地球表面重力加速度大小为g，则下列说法正确的是（　　）
A．地球的质量为
B．四维高景二号03星绕地球做匀速圆周运动的加速度大小为
C．四维高景二号03星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小为
D．四维高景二号03星绕地球做匀速圆周运动的角速度大小为
13．如图所示，北冕座T的双星系统由一颗白矮星和一颗红巨星组成。其中，白矮星的质量约为太阳的1.4倍，然而其体积却仅仅比地球稍大，红巨星的质量约为太阳的1.1倍，其半径是太阳的75倍，白矮星与红巨星之间的距高约为地球与太阳间距离的，不考虑星球的自转，则（　　）
A．该红巨星表面的重力加速度大小约为太阳表面的
B．该红巨星表面的重力加速度大小约为太阳表面的
C．北冕座T双星系统运行的周期大于1年
D．北冕座T双星系统运行的周期小于1年
14．与行星绕太阳运动类似，电子也可以绕正电荷运动。如图所示，三个电子仅在库仑力作用下绕正点电荷运动，轨道分别为椭圆轨道和圆轨道、，圆轨道、、、恰好在正点电荷的四个等势面上，相邻两等势面间的电势差均为，轨道与轨道、分别相切于两点。若轨道上的电子运动到点时的动能为，不考虑电子之间的相互作用及电子运动过程中的电磁辐射，下列说法中正确的是（　　）
A．轨道上电子的动能大于
B．轨道上电子的动能比轨道上的大
C．轨道上电子的电势能比轨道上的小
D．轨道上的电子运动到点时的动能为
三、非选择题
15．用如图所示装置探究两个互成角度的力的合成规律。
（1）除了弹簧秤、橡皮筋、刻度尺、细绳套之外，以下器材还需选（　　）
A．重锤线 B．量角器 C．三角板
（2）测量完成后，作出力的图示，以两个分力为邻边，做出平行四边形，其对角线　 　（选填“一定”或“不一定”）与橡皮筋共线。
（3）下列各图中，与本实验所用物理思想方法相同的是（　　）
A．甲图：重心概念的提出
B．乙图：伽利略理想斜面实验
C．丙图：探究影响向心力大小的因素
D．丁图：卡文迪许扭秤实验测量万有引力常量
16．2050年，我国宇航员登上某一未知天体，已知该天体半径为R，现要测得该天体质量，宇航员用如图甲所示装置做了如下实验：悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，而小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是，照片中坐标为物体运动的实际距离，已知万有引力常量G，则：
（1）由以上信息，可知a点　 　（选填“是”或“不是”）小球的抛出点；
（2）由以上及图信息可以算出小球平抛的初速度是　 　；
（3）该星球质量为　 　（用G、R表示）。
17． 假设未来在某星球表面，宇航员利用图示装置测该星球表面的重力加速度，铁架台放在水平台面上，上端固定电磁铁M，接通电磁铁M的开关后能吸住小球，在电磁铁正下方安装一个位置可上下调节的光电门A。实验中测出小球的直径为d、小球球心与光电门中心的高度差为h，断开开关，小球自由下落，记录小球通过光电门的挡光时间t，调整光电门的位置，得出多组h，t数据。
（1）某次实验时，测得，，，则小球经过光电门时的瞬时速度大小　 　，该星球表面的重力加速度大小　 　。（计算结果均保留两位有效数字）
（2）实验中，多次实验得到多组h、t数据后，绘制出图像（题中未画出），得出的图像斜率为k，则该星球的重力加速度大小　 　（用d、k表示），若已知该星球的半径为R，引力常量为G，则该星球的质量　 　（用d、k、G、R表示）。
18．“月地检验”是将“天体”引力规律推广到“万有”的重要一环，假如你是1666年的牛顿（时年23岁），请再现一下当年的过程：
【已有经验】你通过开普勒第三定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律推理得知：“天体”间的引力（G为常量但未知，一百多年后才由卡文迪什测出。）
【提出猜想】落到头上的苹果引发了你的思考：苹果落地和月球绕地都是因为地球的吸引，那么：地球对苹果的吸引力与地球对月球的吸引力是不是同一种性质的力呢？
【逻辑推理】假设它们是同一种性质的力，既然地球对月球（天体间）的引力，那么地球对苹果的引力应为F苹=　 　。（地球质量为M、月球质量为m、苹果质量为m0、月地中心间的距离为r、地球半径为R)；由于无法直接测出引力值来比较，为方便验证，决定比较双方加速度，根据牛顿第二定律，表达式　 　应该成立。（用字母表示）
【数据验证】查阅观测数据：m，m，可知　 　；观测月球绕地球运动的周期为，另外当时你有多种方法能准确测出自由落体加速度：a苹=9.8m/s2，计算时，据此求出　 　（结果保留两位有效数字）。
【得出结论】以上计算结果可知，在误差范围内，须验证的表达式成立。至此，你由“月地检验”得出的结论是　 　。
A．地球对月球的吸引力与太阳对行星的吸引力是同一种性质的力
B．地球对苹果的吸引力与地球对月球的吸引力是同一种性质的力
C．月球对苹果的吸引力与地球对月球的吸引力是同一种性质的力
答案解析部分
1．【答案】D
2．【答案】C
3．【答案】C
4．【答案】D
5．【答案】D
6．【答案】D
7．【答案】C
8．【答案】D
9．【答案】B
10．【答案】D
11．【答案】D
12．【答案】B,D
13．【答案】B,D
14．【答案】A,D
15．【答案】（1）C
（2）不一定
（3）A
16．【答案】是；0.8；
17．【答案】（1）2.0；1.6
（2）；
18．【答案】；；3600或；；B
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