五年（2021-2025）高考真題分類匯編PAGEPAGE1專題05萬有引力與宇宙航行考點五年考情（2021-2025）命題趨勢考點1萬有引力定律的應(yīng)用—宇宙速度2021“萬有引力與宇宙航行”模塊在近五年考查中展現(xiàn)出考點輪動但核心聚焦于“萬有引力定律的應(yīng)用”的特點，具體指向不同衛(wèi)星類型與航天基礎(chǔ)概念。考點分布上，“宇宙速度”、“同步衛(wèi)星與近地衛(wèi)星”的參量比較以及“一般人造衛(wèi)星”的基本規(guī)律應(yīng)用均有覆蓋，體現(xiàn)出命題對衛(wèi)星動力學(xué)基礎(chǔ)知識的全面要求，雖無單一考點連年出現(xiàn)，但“衛(wèi)星應(yīng)用”整體是穩(wěn)定命題方向。命題情境高度依賴國家重大航天工程和國際前沿，強調(diào)理論聯(lián)系科技實際。題型為選擇題，核心考查對基本公式的理解與應(yīng)用，側(cè)重定性比較不同軌道衛(wèi)星的物理量大小、定量計算基礎(chǔ)參量以及對原理的辨析。未來趨勢預(yù)計將繼續(xù)依托國家航天成就設(shè)計新穎情境，考查點將深化對同步衛(wèi)星“定點”特性、宇宙速度物理意義的理解，并可能強化對“黃金代換”（GM=gR2）關(guān)系的靈活運用能力，要求考生在具體航天情境中熟練進行衛(wèi)星參量的推理、比較與估算，進一步滲透物理建模思想和理論指導(dǎo)實踐的科學(xué)價值觀考點2萬有引力定律的應(yīng)用—同步衛(wèi)星與近地衛(wèi)星2023考點3萬有引力定律的應(yīng)用—一般人造微信吧2022考點01萬有引力定律的應(yīng)用—宇宙速度1．（2021·江蘇·高考）我國航天人發(fā)揚“兩彈一星”精神砥礪前行，從“東方紅一號”到“北斗”不斷創(chuàng)造奇跡?！氨倍贰钡?9顆衛(wèi)星的發(fā)射邁出組網(wǎng)的關(guān)鍵一步。該衛(wèi)星繞地球做圓周運動，運動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，軌道平面與地球赤道平面成一定夾角。該衛(wèi)星（）A．運動速度大于第一宇宙速度B．運動速度小于第一宇宙速度C．軌道半徑大于“靜止”在赤道上空的靜止衛(wèi)星D．軌道半徑小于“靜止”在赤道上空的靜止衛(wèi)星【答案】B【詳析】AB．第一宇宙速度是指繞地球表面做圓周運動的速度，是環(huán)繞地球做圓周運動的所有衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，該衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)半徑遠大于地球的半徑，可知運行線速度小于第一宇宙速度，選項A錯誤B正確；CD．根據(jù)GMmr2=m4π2T2r，可知r=故選B。考點02萬有引力定律的應(yīng)用—同步衛(wèi)星與近地衛(wèi)星2．（2023·江蘇·高考）設(shè)想將來發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，能在月球繞地球運動的軌道上穩(wěn)定運行，該軌道可視為圓軌道．該衛(wèi)星與月球相比，一定相等的是（

）A．質(zhì)量 B．向心力大小C．向心加速度大小 D．受到地球的萬有引力大小【答案】C【詳析】根據(jù)GMmr2=ma故選C?？键c03萬有引力定律的應(yīng)用—一般人造衛(wèi)星3．（2022·江蘇·高考）在軌空間站中物體處于完全失重狀態(tài)，對空間站的影響可忽略，空間站上操控貨物的機械臂可簡化為兩根相連的等長輕質(zhì)臂桿，每根臂桿長為L，如題圖1所示，機械臂一端固定在空間站上的O點，另一端抓住質(zhì)量為m的貨物，在機械臂的操控下，貨物先繞O點做半徑為2L、角速度為ω的勻速圓周運動，運動到A點停下，然后在機械臂操控下，貨物從A點由靜止開始做勻加速直線運動，經(jīng)時間t到達B點，A、B間的距離為L（1）求貨物做勻速圓周運動時受到合力提供的向心力大小Fn（2）求貨物運動到B點時機械臂對其做功的瞬時功率P。（3）在機械臂作用下，貨物、空間站和地球的位置如題圖2所示，它們在同一直線上，貨物與空間站同步做勻速圓周運動，已知空間站軌道半徑為r，貨物與空間站中心的距離為d，忽略空間站對貨物的引力，求貨物所受的機械臂作用力與所受的地球引力之比F1【答案】（1）2mω2L；（2）4【詳析】（1）質(zhì)量為m的貨物繞O點做勻速圓周運動，半徑為2LF（2）貨物從靜止開始以加速度a做勻加速直線運動，根據(jù)運動學(xué)公式可知L解得a貨物到達B點時的速度大小為v貨物在機械臂的作用下在水平方向上做勻加速直線運動，機械臂對貨物的作用力即為貨物所受合力ma，所以經(jīng)過t時間，貨物運動到B點時機械臂對其做功的瞬時功率為P（3）空間站和貨物同軸轉(zhuǎn)動，角速度ω0相同，對質(zhì)量為m0空間站，質(zhì)量為G解得GM貨物在機械臂的作用力F1和萬有引力FF貨物受到的萬有引力F解得機械臂對貨物的作用力大小為F則F一、單選題1．（2025·江蘇揚州新華中學(xué)·二模）據(jù)人民日報報道，“人造月亮”構(gòu)想有望在2022年初步實現(xiàn)。屆時首顆“人造月亮”將完成從發(fā)射、展開到照明的整體系統(tǒng)演示驗證并發(fā)射?！叭嗽煸铝痢睂⒉渴鹪诰嚯x地球500km以內(nèi)的低軌道上，可為城市提供夜間照明。假設(shè)“人造月亮”繞地球做圓周運動，則“人造月亮”在軌道上運動時（）A．“人造月亮”的線速度大于第一宇宙速度B．“人造月亮”的向心力大于月球受到向心力C．“人造月亮”的公轉(zhuǎn)周期小于月球繞地球運行的周期D．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度【答案】C【詳析】A．第一宇宙速度是近地軌道的線速度，由GMmr2=mv2r，v=B．向心力由F=GMmr2決定。月球質(zhì)量遠大于“人造月亮”，雖然“C．由開普勒第三定律r3T2=k可知，軌道半徑r越小，周期T越小?！癉．根據(jù)GMmr2=ma可知，地球表面重力加速度g=GMR2，而“人造月亮”的向心加速度故選C。2．（2025·江蘇宿遷·考前模擬）如圖所示，某行星繞著一顆恒星運行，軌跡呈橢圓形，Q、M、P、N是橢圓軌道的頂點。則該行星（）A．從Q到M所用時間大于M到P所用時間B．在Q點的速度大于P點的速度C．在Q點的加速度大于P點的加速度D．從Q到P機械能不斷減小【答案】A【詳析】AB．根據(jù)開普勒第二定律可知，Q到P行星做加速運動，從Q到M的平均速率小于從M到P的平均速率，所以從Q到M所用時間大于M到P所用時間，故A正確，B錯誤；C．根據(jù)GMmr2=ma，可知加速度大小a=GMr2，由于D．從Q到P過程，只有萬有引力做功，行星機械能守恒，故D錯誤。故選A。3．（2025·江蘇蘇州·三模）如圖所示為地球和哈雷彗星繞太陽運行的示意圖，若哈雷彗星在近日點與太陽中心的距離為r1，線速度大小為v1，加速度大小為a1；在遠日點與太陽中心的距離為r2，線速度大小為A．v1小于B．a(chǎn)C．a(chǎn)D．地球與太陽連線和哈雷彗星與太陽連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等【答案】C【詳析】A．根據(jù)開普勒第二定律，設(shè)Δt→0，掃過的面積可認為是直角三角形，在近地點和遠地點有r1·v1Δt2=r2·v2ΔBC．在近日點，由萬有引力定律和牛頓第二定律可得GMmr12=ma1，a1=GMr12，D．哈雷彗星與太陽連線在相同時間內(nèi)掃過相等的面積，哈雷彗星與太陽連線掃過的面積和地球與太陽連線掃過的面積不相等，故D錯誤。故選C。4．（2025·江蘇部分學(xué)?！た记斑m應(yīng)）地球沿橢圓軌道繞太陽運行所處不同位置對應(yīng)的節(jié)氣，設(shè)地球公轉(zhuǎn)周期為T。下列說法正確的是（）A．地球做勻變速曲線運動 B．冬至地球公轉(zhuǎn)的角速度比夏至大C．夏至地球的加速度最大 D．從夏至開始經(jīng)歷14【答案】B【詳析】A．地球沿橢圓軌道繞太陽運行，所受萬有引力方向不斷變化，加速度方向也不斷變化，不是勻變速曲線運動，故A錯誤；B．根據(jù)開普勒第二定律，在相等時間內(nèi)，地球與太陽的連線掃過的面積相等。冬至?xí)r地球離太陽較近，夏至?xí)r離太陽較遠，在相同時間內(nèi)掃過相等面積，冬至?xí)r運動的弧長更長，由ω=vr(線速度v更大，半徑r更小)C．根據(jù)萬有引力提供合外力GMmr2=ma，可得a=D．地球繞太陽做橢圓運動，在不同軌道位置的線速度不同，從夏至開始經(jīng)歷14T，地球不是正好位于秋分，故故選B。5．（2025·江蘇揚州中學(xué)·二模）2011年11月3日1時43分，中國自行研制的“神舟八號”飛船與“天宮一號”目標飛行器在距離地球343km的軌道上實現(xiàn)自動對接，為未來空間站建設(shè)邁出了關(guān)鍵一步。假如“神舟八號”與“天宮一號”的質(zhì)量相等，對接前它們環(huán)繞地球分別做勻速圓周運動的運行軌道如右圖所示，則以下說法中正確的是（）A．對接前的向心加速度，“天宮一號”比“神舟八號”大B．對接前的運行周期，“天宮一號”比“神舟八號”小C．對接前的機械能，“天宮一號”比“神舟八號”小D．“神舟八號”需先點火加速才有可能與“天宮一號”實現(xiàn)對接【答案】D【詳析】A．根據(jù)萬有引力提供向心力有GmMr2B．根據(jù)萬有引力提供向心力有GmMr2=C．向更高軌道發(fā)射相同質(zhì)量的衛(wèi)星，軌道越高克服地球做功越多，衛(wèi)星的機械能越大，因為天宮一號軌道高度大，故其機械能大于神舟八號飛船的機械能，故C錯誤；D．神舟八號軌道半徑比天宮一號低，在軌道上點火加速，使神舟八號做離心運動而抬升軌道完成與天宮一號對接，故D正確。故選D。6．（2025·江蘇南通如皋·三模）天宮空間站近似繞地球做勻速圓周運動，軌道高度約400km，神舟二十號航天員出艙為空間站安裝碎片防護裝置并對艙外設(shè)備設(shè)施進行巡檢，則在艙外的航天員（）A．應(yīng)盡可能選擇質(zhì)量大的維修工具 B．加速度大于在地面附近的加速度C．速度大于第二宇宙速度 D．繞地球運行的周期小于地球自轉(zhuǎn)周期【答案】D【詳析】A．在太空中，物體處于完全失重狀態(tài)，維修工具質(zhì)量大小對操作沒有影響，故A錯誤；B．根據(jù)牛頓第二定律GMm(R+h)2=C．第二宇宙速度是物體脫離地球引力束縛的最小發(fā)射速度，繞地球做圓周運動的物體速度均小于第二宇宙速度，故C錯誤；D．根據(jù)萬有引力提供向心力有GMm(R+h)2=m故選D。7．（2025·江蘇蘇錫常鎮(zhèn)·二模）我國太陽探測衛(wèi)星“羲和號”在離地球表面高度517km的圓軌道上運行，則該衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星相比，具有相同的（）A．發(fā)射速度 B．向心加速度C．周期 D．軌道圓心【答案】D【詳析】A．發(fā)射速度與軌道半徑有關(guān)，軌道半徑越大，發(fā)射速度越大，故A錯誤；BC．設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星軌道半徑為r，衛(wèi)星質(zhì)量為m，對衛(wèi)星，有GMmr2=ma=m4π2T2D．無論是“羲和號”衛(wèi)星還是地球同步衛(wèi)星，都是繞地球做圓周運動，根據(jù)萬有引力提供向心力，地球的球心就是它們軌道的圓心，所以軌道圓心相同，故D正確。故選D。8．（2025·江蘇宿遷·三模）山西陶寺遺址考古發(fā)現(xiàn)，早在四千年前陶寺先民通過觀象臺夯土墻間的12道縫隙，觀測日月星辰，劃分了節(jié)氣。地球繞太陽運行的軌道如圖所示，則地球在夏至?xí)r（）A．加速度與立夏時的相同B．動能與立夏時的相同C．角速度與立夏時的相同D．與太陽連線單位時間內(nèi)掃過的面積與立夏時的相同【答案】D【詳析】A．根據(jù)牛頓第二定律，有GMmr2=ma，解得B．根據(jù)開普勒第二定律可知地球由立夏到夏至速度逐漸減小，所以動能不相同，故B錯誤；CD．根據(jù)開普勒第二定律可知地球與太陽連線單位時間內(nèi)掃過的面積相等，可知地球由立夏到夏至角速度逐漸減小，故C錯誤，D正確。故選D。9．（2025·四川成都·三診）如圖所示，兩顆彗星僅受太陽引力作用繞太陽運行，彗星1軌道為圓，彗星2軌道為橢圓。下列說法正確的是（

）A．彗星2在近日點的速度小于遠日點的速度B．彗星1的速度大于彗星2在遠日點的速度C．彗星1、彗星2與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過的面積一定相等D．彗星1受太陽的萬有引力一定小于彗星2在近日點受太陽的萬有引力【答案】B【詳析】A．根據(jù)開普勒第二定律可知，彗星2在近日點的速度大于遠日點的速度，故A錯誤；B．彗星1離太陽的距離小于彗星2在遠日點離太陽的距離，根據(jù)GMmr2=mv2r，解得v=GMr，可知，彗星1在圓軌道的速度大于彗星C．根據(jù)開普勒第二定律，相等時間內(nèi)掃過的面積相等是指同一軌道，則彗星1、彗星2與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過的面積不一定相等，故C錯誤；D．因為不知道兩彗星的質(zhì)量關(guān)系，則彗星1受太陽的萬有引力不一定小于彗星2在近日點受太陽的萬有引力，故D錯誤。故選B。10．（2025·江蘇南京&鹽城·一模）如圖所示，在空間站伸出的機械臂外端安置一微型衛(wèi)星，微型衛(wèi)星與空間站一起繞地球做勻速圓周運動，且微型衛(wèi)星、空間站和地球中心始終位于同一直線。忽略空間站和微型衛(wèi)星的尺寸及它們之間的萬有引力，則（）A．微型衛(wèi)星的線速度比空間站的小B．微型衛(wèi)星的加速度比空間站的小C．機械臂對微型衛(wèi)星的作用力大小為零D．機械臂對微型衛(wèi)星的作用力大小不為零，方向指向地心【答案】D【詳析】A．微型衛(wèi)星和空間站能與地心保持在同一直線上繞地球做勻速圓周運動，所以微型衛(wèi)星的角速度與空間站的角速度相等，v=rω，所以微型衛(wèi)星的線速度比空間站的大，故B．加速度a=rωCD．由GMmr2=mω2r，解得ω故選D。11．（2025·江蘇宿遷&南通&連云港·二模）水星和地球繞太陽做勻速圓周運動，已知水星的公轉(zhuǎn)周期約為88天。則水星（）A．軌道半徑比地球的大 B．角速度比地球的大C．線速度比地球的小 D．加速度比地球的小【答案】B【詳析】A．根據(jù)萬有引力定律提供向心力有GMmr2=m2πT2r，B．根據(jù)萬有引力定律提供向心力有GMmr2=mω2C．根據(jù)萬有引力定律提供向心力有GMmr2=mv2D．根據(jù)萬有引力定律提供向心力有GMmr2=ma，故選B。12．（2024·江蘇泰州·一模）羲和號衛(wèi)星是我國首顆繞地球運行的太陽探測衛(wèi)星。設(shè)該衛(wèi)星在離地球表面高度517km的圓軌道上運行，能經(jīng)過地球南北兩極上空，可24小時觀測太陽。則該衛(wèi)星（）A．發(fā)射速度大于第二宇宙速度B．向心加速度等于地球表面的重力加速度C．運行周期等于地球靜止衛(wèi)星的周期D．運行速度大于地球靜止衛(wèi)星的運行速度【答案】D【詳析】A．第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最小發(fā)射速度，第二宇宙速度是使衛(wèi)星脫離地球束縛的最小發(fā)射速度，所以“羲和號”的發(fā)射速度應(yīng)介于第一和第二宇宙速度之間，故A錯誤；CD．設(shè)地球質(zhì)量為M，質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞地球做半徑為r、周期為T、速度大小為v的勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律有GMmr2=mv2r=m4π2T2r，分別解得v=GMB．對地球靜止衛(wèi)星和“羲和號”衛(wèi)星，由萬有引力提供向心力GMmr2=ma，可得地球靜止衛(wèi)星的向心加速度小于“羲和號”衛(wèi)星的向心加速度，又對比地球靜止衛(wèi)星和地球表面的物體有所以地球靜止衛(wèi)星的向心加速度大于地球表面的重力加速度，故“羲和號”衛(wèi)星的向心加速度大于地球表面的重力加速度，故B錯誤。故選D。13．（2025·江蘇鎮(zhèn)江中學(xué)·模擬預(yù)測）如圖所示為我國航天員王亞平在空間站中演示“水球氣泡實驗”時的情景，她往水球中注入一個氣泡，氣泡靜止在水球中，水球懸在空中，關(guān)于該實驗，下列說法正確的是（）A．由于完全失重，氣泡中氣體壓強為零B．太空中，水分子停止熱運動C．水球是表面張力作用形成的D．水泡受到水的浮力作用【答案】C【詳析】A．氣體壓強是分子不停的運動與器壁撞擊的結(jié)果，與重力無關(guān)，氣泡中氣體壓強不為零，故A錯誤；B．氣泡內(nèi)分子一直在做無規(guī)則的熱運動，故B錯誤；C．水與氣泡界面處，水分子較為稀疏，水分子間作用力表現(xiàn)為引力，產(chǎn)生表面張力，故C正確；D．由于在失重狀態(tài)下，氣泡不會受到浮力，故D錯誤。故選C。14．（2025·江蘇G4聯(lián)考·階段調(diào)研）如圖所示，A、B為同一平面內(nèi)均沿順時針方向繞行的兩顆衛(wèi)星．某時刻兩衛(wèi)星的連線與A衛(wèi)星的軌道相切，已知A、B衛(wèi)星的運行周期分別為TA、TB，A、B衛(wèi)星的運行半徑分別為r、2r，則（）A．衛(wèi)星A的角速度小于衛(wèi)星B的角速度B．衛(wèi)星A的向心力大于衛(wèi)星B的向心力C．TD．經(jīng)時間TA【答案】D【詳析】A．根據(jù)萬用引力提供向心力有GMmr2=mω2r，得ωB．根據(jù)萬有引力定律有F=GMmr2，因兩衛(wèi)星的質(zhì)量關(guān)系未知，所以無法比較衛(wèi)星AC．根據(jù)開普勒第三定律有r3TA2=2rD．設(shè)圖示時刻兩衛(wèi)星與地球球心的連線夾角為θ，則cosθ=r2r=12，得θ=π3，故選D。15．（24-25高三下·江蘇宿遷泗陽·一模）如圖所示，我國的靜止衛(wèi)星M、量子衛(wèi)星N均在赤道平面內(nèi)繞地球做圓周運動，P是地球赤道上一點。則（）A．P點的周期比N的大B．P點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所受的萬有引力比N所受的萬有引力大【答案】A【詳析】A．衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，由牛頓第二定律得GMmr2=mr4π2T2，整理得T=4π2r3GM，由題意知，NB．由圓周運動知識v=rω=2πTr可得，P點的速度和第一宇宙速度之比vPv1=C．衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，由牛頓第二定律得GMmr2向心加速度a=v2r，聯(lián)立得a=GMr2，由于N的軌道半徑比D．由萬有引力公式F=GMmr2及題意可知，靜止衛(wèi)星M故選A。16．（24-25高三下·江蘇蘇錫常鎮(zhèn)·一模）2024年6月，“嫦娥六號”實現(xiàn)世界首次月球背面自動采樣返回，采回樣品質(zhì)量1935.3g。已知月球和地球的質(zhì)量之比為a，半徑之比為b。下列說法中正確的是（）A．月球與地球的第一宇宙速度之比為aB．月球與地球的第一宇宙速度之比為aC．所采樣品在月球與在地球上的重力之比為aD．所采樣品在月球與在地球上的重力之比為a【答案】D【詳析】AB．根據(jù)題意，由萬有引力提供向心力有GMmR2=mv2R，解得第一宇宙速度vCD．由萬有引力等于重力有GMmR2=mg，解得星球表面的重力加速度為g=GMR2，則月球與地球的表面的重力加速度之比為g故選D。17．（2025·江蘇南通如皋·二模）如圖所示，Ⅰ為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中在赤道平面內(nèi)的一顆衛(wèi)星，其對地張角θ=60°，其繞行周期為T1，Ⅱ為地球赤道上方的近地衛(wèi)星（軌道半徑近似等于地球半徑）。求衛(wèi)星Ⅱ的繞行周期T2?！敬鸢浮縏【詳析】設(shè)地球半徑為R，根據(jù)幾何關(guān)系可得衛(wèi)星I的軌道半徑R根據(jù)開普勒第三定律，有R解得T18．（2