文档内容
专题05 万有引力与宇宙航行
考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势
. 万有引力定律、天体质量与密
考点1 行星运
2022、2023、2024、2025
度计算、卫星运动参量分析（线速度、角
动
速度、周期、向心加速度等）是高频考
考点2 万有引 点。如利用万有引力等于向心力的关系，
2021、2022、2023、2024
力定律及应用 推导卫星在不同轨道上各参量的表达式并
进行比较。同时，卫星变轨问题也频繁考
查，涉及到变轨时速度、能量的变化分析
。紧密结合航天领域新进展、天文观测新
发现等实际情境。像以我国嫦娥探月、天
问一号火星探测等航天成就为背景，将抽
象的物理知识融入真实的宇宙探索情境，
要求学生从具体情境中抽象出物理模型，
考点3 牛顿力 运用所学知识解决问题，增强对知识应用
学局限性及相 2023、2024 能力的考查 。
对论初步 . 与数学知识结合愈发紧密。在
处理椭圆轨道问题时，常需借助数学中的
椭圆几何性质，如长半轴、短半轴、焦距
等知识来分析；计算天体运动相关物理量
时，对三角函数、开方运算等数学运算能
力要求较高 。
考点01 行星运动
1．（2025·浙江· 1月选考）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S 和S ，且S >S 。彗星在近日点与太阳中心的距离约为地
1 2 1 2
球公转轨道半径的0.6倍，则彗星（ ）
1 / 11
学科网（北京）股份有限公司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
2．（2024·浙江· 6月选考）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，假设这些小行星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R，小行星乙的近日点到太阳的距离为R，则（ ）
1 2
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小于地球公转加速度
T √R3
C．小行星甲与乙的运行周期之比 1= 1
T R3
2 2
t √（R +R）3
D．甲乙两星从远日点到近日点的时间之比 1 = 1
t
2
（R +R）3
2
3（2023·浙江· 6月选考）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
0
（ ）
n n
A．木卫一轨道半径为 r B．木卫二轨道半径为 r
16 2
3
T2
C．周期T与T
0
之比为
n2
D．木星质量与地球质量之比为
T
0
2
n3
4．（2022·浙江·1月选考）“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再
依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号（ ）
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学科网（北京）股份有限公司A．发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间
B．从P点转移到Q点的时间小于6个月
C．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小
D．在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度
考点02 万有引力定律及应用
5．（2024·浙江·1月选考）如图所示，2023年12月9日“朱雀二号”运载火箭顺利将“鸿鹄卫星”等三颗
卫星送入距离地面约500km的轨道。取地球质量6.0×1024kg，地球半径6.4×103km，引力常量
6.67×10−11N⋅m2/kg2。下列说法正确的是（ ）
A．火箭的推力是空气施加的 B．卫星的向心加速度大小约8.4m/s2
C．卫星运行的周期约12h D．发射升空初始阶段，装在火箭上部的卫星处于失重状态
6．（2023·浙江·1月选考）太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动．当地球恰好运
行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，称为“行星冲日”，已知地球及各地
外行星绕太阳运动的轨道半径如下表：
天王
行星名称 地球 火星 木星 土星 海王星
星
轨道半径
1.0 1.5 5.2 9.5 19 30
R/AU
则相邻两次“冲日”时间间隔约为（ ）
A．火星365天 B．火星800天
C．天王星365天 D．天王星800天
7．（2022·浙江· 6月选考）神舟十三号飞船采用“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
3 / 11
学科网（北京）股份有限公司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
8．（2022·浙江·1月选考）图甲中的装置水平放置，将小球从平衡位置O拉到A后释放，小球在O点附近
来回振动；图乙中被细绳拴着的小球由静止释放后可绕固定点来回摆动。若将上述装置安装在太空中
的我国空间站内进行同样操作，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中的小球将保持静止
B．甲图中的小球仍将来回振动
C．乙图中的小球仍将来回摆动
D．乙图中的小球将做匀速圆周运动
9．（2021·浙江·6月选考）空间站在地球外层的稀薄大气中绕行，因气体阻力的影响，轨道高度会发生变
化。空间站安装有发动机，可对轨道进行修正。图中给出了国际空间站在2020.02-2020.08期间离地高
度随时间变化的曲线，则空间站（ ）
A．绕地运行速度约为2.0km/s
B．绕地运行速度约为8.0km/s
C．在4月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
D．在5月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
10．（2021·浙江·1月选考）嫦娥五号探测器是我国首个实施月面采样返回的航天器，由轨道器、返回器、
着陆器和上升器等多个部分组成。为等待月面采集的样品，轨道器与返回器的组合体环月做圆周运
动。已知引力常量G=6.67×10-11N・m2/kg2地球质量m=6.0×1024kg，月球质量m=7.3×1022kg，月地距离
2
r=3.8×105km，月球半径r=1.7×103km。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200km处做环
1 2
月匀速圆周运动时，其环绕速度约为（ ）
A．16m/s B．1.1×102m/s C．1.6×103m/s D．1.4×104m/s
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学科网（北京）股份有限公司考点03 牛顿力学局限性及相对论初步
11．（2024·浙江· 6月选考）下列说法正确的是（ ）
A．中子整体呈电中性但内部有复杂结构
B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都相同
C．增加接收电路的线圈匝数，可接收更高频率的电台信号
D．分子间作用力从斥力变为引力的过程中，分子势能先增加后减少
12．（2023·浙江· 6月选考）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
√2GM
1．（2025·浙江北斗星盟·三模）已知物体从地球上的逃逸速度（第二宇宙速度）v = E，其中G、
2 R
E
M 、R 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10−27kg/m3
E E
，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c=2.9979×108m/s，引力常量G=6.67×10−11N⋅m2/kg2，则宇宙
半径的数量级为（ ）
A．1024m B．1026m C．1028m D．1030m
2．（2025·浙江Z20名校联盟·模拟预测）如图所示为嫦娥六号探测器登月的简化过程，探测器从地球表面
a点发射至地月转移轨道，在b点被月球捕获后沿椭圆轨道运动，进而在b点变轨后沿近月圆形轨道运
动，则探测器（ ）
A．探测器被月球捕获后在椭圆轨道上经过b点时应该加速才能进入圆形轨道
B．探测器在椭圆轨道上b点的速度大于月球的第一宇宙速度
C．探测器在地月转移轨道上远离地球时的速度均大于7.9km/s
D．探测器在椭圆轨道上的周期小于圆形轨道上的周期
3．（24-25高三下·浙江诸暨·二模）将于近期择机发射的“天问二号”探测器计划对小行星2016HO3进行
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学科网（北京）股份有限公司伴飞、采样并返回。2016HO3是一颗直径约40-100米的近地小行星，距离地球最近约1400万公里，最
远约4000多万公里，因其运行周期与地球高度同步，被称为“地球准卫星”。如图所示，地球绕太阳
公转可视作圆轨道，小行星2016HO3绕太阳运行轨道为椭圆，它的近日点位于地球圆轨道内侧。下列
说法正确的是（ ）
A．探测器的发射速度大于第三宇宙速度
B．探测器在采样时能实时接收地面控制中心的指令
C．小行星在近日点的速度大于地球做圆周运动的速度
D．小行星在远离太阳过程中引力做负功，机械能不断减小
4．（2025·浙江稽阳联谊学校·二模）如图所示，火星与地球可视为在同一平面内沿同一方向绕太阳做匀速
圆周运动。已知地球的公转周期为T，火星轨道半径是地球轨道半径的k倍。地球从a运行到b、火星
从c运行到d的过程中，与太阳连线扫过的面积分别为S 和S 。下列说法正确的是（ ）
1 2
A．若S 小于S ，则可以判定从a运行到b的时间小于从c运行到d的时间
1 2
B．火星与地球做圆周运动的向心力大小之比为1:k2
C．火星与地球做圆周运动的角速度之比为1:√k3
D．火星的公转周期为kT
5．（2025·浙江绍兴一中·模拟）中国计划于2028年前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（a)所示的A点沿地火转移轨道到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、R，图（b）中阴影部分面积为
1 2
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（ ）
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学科网（北京）股份有限公司A．图（b）中两阴影部分的面积相等
B．探测器从调相轨道变到停泊轨道需要在P点加速
1 √(R +R ) 3
C．探测器从A点转移到C点的时间为 1 2 年
4 2R3
1
D．探测器在地火转移轨道上的速度均大于地球绕太阳的速度
6（2025·浙江金华义乌·三模）在太阳光照射下，卫星太阳能板将光能转化为的电能为卫星设备提供能
源。一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星与地心的距离为地球半径的√2倍，卫星圆形轨道平面与地球赤
道平面重合，卫星的运行周期为T。下列判断正确的是（ ）
A．卫星的运行周期T约为近地卫星运行周期的2倍
B．卫星的运行速度约为第一宇宙速度的√2倍
√2
C．卫星运行轨道上各点的重力加速度为地球表面的 倍
2
3
D．卫星运行一周，太阳能收集板转化电能的时间约为 T
4
7．（2025·浙江北斗星盟·三模）如图所示，卫星甲、乙沿不同轨道绕半径为R的某一星球转动。其中，卫
星甲在竖直平面内做匀速圆周运动，其距星球表面的高度为R；卫星乙在水平面上做长轴为4R的椭圆
运动。则（ ）
A．甲的运行周期比乙的大
7 / 11
学科网（北京）股份有限公司B．甲的平均速率比乙的小
C．某时刻甲的速率与乙的速率相等
D．甲的加速度大小始终比乙的小
8．（2025·浙江温州·三模）“食双星”是特殊的双星系统，由两颗亮度不同的恒星组成，它们在相互引力
作用下绕连线上某点做匀速圆周运动，且轨道平面与观测者视线方向几乎平行。由于两颗恒星相互遮
挡，造成观测者观察到双星的亮度L发生周期性变化，如图所示。若较亮的恒星和较暗的恒星轨道半
径分别为r 和r （r 和r 远小于该双星系统到观测者的距离）。下列说法正确的是（ ）
1 2 1 2
A．t 时刻，较亮的恒星遮挡住较暗的恒星
2
r
2
B．较亮的恒星与较暗的恒星质量之比为
r
1
C．两颗恒星做匀速圆周运动的周期均为(t −t )
2 1
√r
D．较亮的恒星线速度与较暗的恒星线速度之比为 1
r
2
9．（2025·浙江宁波·三模）某同学想利用小孔成像实验估测太阳的平均密度。设计如图所示的装置，不透
明的圆桶上底密封，但中央有一小孔O，下底为半透明纸。将圆桶轴线正对太阳，可在半透明纸上观察
到太阳的像的直径d=1cm。已知圆桶长L=1m，引力常量G=6.67×10−11N⋅m2/kg2。根据以上信息
可得到太阳的平均密度的数量级为（ ）
A．101kg/m3 B．103kg/m3
C．105kg/m3 D．106kg/m3
8 / 11
学科网（北京）股份有限公司10．（2025·浙江湖州·三模）“四星一线”是指太阳、地球、月球和火星依次排成一条直线。当天，先出
现“火星冲日”（太阳、地球和火星三者依次且几乎排成一条直线）的天文现象，随后月球也出现在
同一条直线上，上演了罕见的“四星一线”天文现象。已知火星绕太阳运动的轨道半径约为地球的
1.5倍，则（ ）
A．1年后将再次出现“四星一线”的天文现象
B．1．5年后将再次出现“火星冲日”的天文现象
C．地球绕太阳运动的向心加速度约为火星的2.25倍
D．地球和火星分别与太阳的连线，在相同的时间内扫过的面积相等
11．（2025·浙江金华·三模）“天问二号”探测器即将出征，将再次创造中国航天新高度。假设“天问二
号”绕地球的运动可视为匀速圆周运动，距地面的高度为h，飞行n圈所用时间为t，“天问二号”的
总质量为m，地球半径为R，引力常量为G，则（ ）
4π2n2R3
A．地球的质量M=
Gt2
4π2n2
B．地球表面的重力加速度g= (R+h) 3
t2R2
Gm
C．探测器的向心加速度a=
(R+h) 2
√2πnR
D．探测器的线速度v=
t
12．（2025·浙江嘉兴·三模）鸿鹄卫星是我国的一颗近地卫星，离地高度约为500km。若此卫星绕地球做
匀速圆周运动，则其（ ）
A．发射速度小于7.9km/s B．与月球相比，周期更大
C．与同步卫星相比，角速度更小 D．与赤道上的建筑物相比，向心加速度更大
13．（2025·浙江杭州·二模）如图所示，地球公转所处的四个位置A、B、C、D分别大致对应四个节气。
夏至和冬至时地球中心与太阳中心的距离分别为r 、r ，地球在相同时间内的路程分别为s 、s 且有
1 2 1 2
s v
1 2
B．从P点运动到Q点的过程中卫星S的机械能增加
C．两卫星通过A点时的加速度大小相等，但方向不同
D．在相等时间内卫星S与地心连线扫过的面积与夸父一号与地心连线扫过的面积相等
15．（2025·浙江台州·二模）如图为位于新疆哈密的熔盐塔式光热发电站，电站中有约14000块五边形定
日镜随太阳转动，每块约50平方米，定日镜将吸收的阳光反射到中心位置的吸热塔上。太阳落山
后，熔盐继续放热保证24小时不间断发电。已知地球的半径R=6400km，地球到太阳的距离r
=1.5×1011m，太阳能照射到地球上时，有约30％在穿过大气层的过程中被云层或较大的粒子等反射，
有约20％被大气层吸收，现测得在地球表面垂直太阳光方向每平方米面积上接收到太阳能的平均功率
为P=6.8×102W。哈密全年日照时数约3400小时，该电站已实现年供电2.0×108kW·h，可供24万人一
整年的生活用电。已知我国燃煤电厂平均每发一度电，消耗的煤炭约为300克。则（ ）
10 / 11
学科网（北京）股份有限公司A．该电站每年可节约煤炭约6000万吨
B．该电站光能转化为电能的效率约为12%
C．太阳辐射能量的总功率约为7.0×1017W
D．太阳辐射能量中只有二十二亿分之一到达地球大气层上表面
16．（2025·浙江绍兴一中·模拟）下列说法正确的是（ ）
A．牛顿被称为“近代物理的先驱者”
B．卡文迪什被称为“称量地球质量的第一人”
C．光子属于规范玻色子，它传递电磁相互作用
D．雷达使用微波段测定物体位置，利用的是它波长比较大容易衍射的特点
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