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专题05 万有引力与航天
一、单选题
1．（2023·山东·统考高考真题）牛顿认为物体落地是由于地球对物体的吸引，这种吸
引力可能与天体间（如地球与月球）的引力具有相同的性质、且都满足 。已
知地月之间的距离r大约是地球半径的60倍，地球表面的重力加速度为g，根据牛顿
的猜想，月球绕地球公转的周期为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【详解】设地球半径为R，由题知，地球表面的重力加速度为g，则有
月球绕地球公转有
r = 60R
联立有
故选C。
2．（2023·北京·统考高考真题）2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一
号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破。“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆
周运动，距地面高度约为 ，运行一圈所用时间约为100分钟。如图所示，为了
随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨
道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”，下列说法正确
的是（ ）A．“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为
B．“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于
C．“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度
D．由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离
【答案】A
【详解】A．因为“夸父一号”轨道要始终保持要太阳光照射到，则在一年之内转动
360°角，即轨道平面平均每天约转动1°，故A正确；
B．第一宇宙速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大环绕速度，则“夸父一号”的
速度小于7.9km/s，故B错误；
C．根据
可知“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故C
错误；
D．“夸父一号”绕地球转动，地球绕太阳转动，中心天体不同，则根据题中信息不
能求解地球与太阳的距离，故D错误。
故选A。
3．（2023·北京·统考高考真题）在太空实验室中可以利用匀速圆周运动测量小球质量。
如图所示，不可伸长的轻绳一端固定于O点，另一端系一待测小球，使其绕O做匀速
圆周运动，用力传感器测得绳上的拉力为F，用停表测得小球转过n圈所用的时间为
t，用刻度尺测得O点到球心的距离为圆周运动的半径R。下列说法正确的是（ ）
A．圆周运动轨道可处于任意平面内
B．小球的质量为
C．若误将 圈记作n圈，则所得质量偏大D．若测R时未计入小球半径，则所得质量偏小
【答案】A
【详解】A．空间站内的物体都处于完全失重状态，可知圆周运动的轨道可处于任意
平面内，故A正确；
B．根据
解得小球质量
故B错误；
C．若误将n-1圈记作n圈，则得到的质量偏小，故C错误；
D．若测R时未计入小球的半径，则R偏小，所测质量偏大，故D错误。
故选A。
4．（2023·湖南·统考高考真题）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 倍将坍缩成白矮星，质量为太阳质量的 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 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
【答案】B
【详解】A．恒星可看成质量均匀分布的球体，同一恒星表面任意位置物体受到的万
有引力提供重力加速度和绕恒星自转轴转动的向心加速度，不同位置向心加速度可能
不同，故不同位置重力加速度的大小和方向可能不同，A错误；
B．恒星两极处自转的向心加速度为零，万有引力全部提供重力加速度。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，由万有引力表达式 可
知，恒星表面物体受到的万有引力变大，根据牛顿第二定律可知恒星坍缩后表面两极处的重力加速度比坍缩前的大。B正确；
C．由第一宇宙速度物理意义可得
整理得
恒星坍缩前后质量不变，体积缩小，故第一宇宙速度变大，C错误；
D．由质量分布均匀球体的质量表达式 得
已知逃逸速度为第一宇宙速度的 倍，则
联立整理得
由题意可知中子星的质量和密度均大于白矮星，结合上式表达式可知中子星的逃逸速
度大于白矮星的逃逸速度，D错误。
故选B。
5．（2023·浙江·统考高考真题）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 。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 ，则（ ）
A．木卫一轨道半径为 B．木卫二轨道半径为
C．周期T与T 之比为 D．木星质量与地球质量之比为
0
【答案】D
【详解】根据题意可得，木卫3的轨道半径为
AB．根据万有引力提供向心力可得
木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为 ,可得木卫一轨道半径为
木卫二轨道半径为
故AB错误；
C．木卫三围绕的中心天体是木星，月球的围绕的中心天体是地球，根据题意无法求出
周期T与T 之比，故C错误；
0
D．根据万有引力提供向心力，分别有
联立可得
故D正确。
故选D。
6．（2023·辽宁·统考高考真题）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（ ）
A． B． C． D．【答案】D
【详解】设月球绕地球运动的轨道半径为r₁，地球绕太阳运动的轨道半径为r₂，根据
可得
其中
联立可得
故选D。
7．（2023·湖北·统考高考真题）2022年12月8日，地球恰好运行到火星和太阳之间，
且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面
内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为 ，如图所示。
根据以上信息可以得出（ ）
A．火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
B．当火星与地球相距最远时，两者的相对速度最大
C．火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为
D．下一次“火星冲日”将出现在2023年12月8日之前
【答案】B【详解】A．火星和地球均绕太阳运动，由于火星与地球的轨道半径之比约为3：2，
根据开普勒第三定律有
可得
故A错误；
B．火星和地球绕太阳匀速圆周运动，速度大小均不变，当火星与地球相距最远时，由
于两者的速度方向相反，故此时两者相对速度最大，故B正确；
C．在星球表面根据万有引力定律有
由于不知道火星和地球的质量比，故无法得出火星和地球表面的自由落体加速度，故
C错误；
D．火星和地球绕太阳匀速圆周运动，有
要发生下一次火星冲日则有
得
可知下一次“火星冲日”将出现在2023年12月18日之后，故D错误。
故选B。
8．（2023·山西·统考高考真题）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
【答案】D
【详解】A．物体在低速（速度远小于光速）宏观条件下质量保持不变，即在空间站
和地面质量相同，故A错误；
BC．设空间站离地面的高度为h，这批物质在地面上静止合力为零，在空间站所受合
力为万有引力即
在地面受地球引力为
因此有 ，故BC错误；
D．物体绕地球做匀速圆周运动万有引力提供向心力
解得
这批物质在空间站内的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，因此这批物质的角速度大
于同步卫星的角速度，同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，即这批物质的角速
度大于地球自转的角速度，故D正确。
故选D。
9．（2023·江苏·统考高考真题）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
【答案】C
【详解】根据
可得因该卫星与月球的轨道半径相同，可知向心加速度相同；因该卫星的质量与月球质量
不同，则向心力大小以及受地球的万有引力大小均不相同。
故选C。
10．（2023·浙江·高考真题）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：
行星名称 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
轨道半径 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30
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
【答案】B
【详解】根据开普勒第三定律有
解得
设相邻两次“冲日”时间间隔为 ，则
解得
由表格中的数据可得故选B。
11．（2022·天津·高考真题）2022年3月，中国空间站“天宫课堂”再次开讲，授课
期间利用了我国的中继卫是系统进行信号传输，天地通信始终高效稳定。已知空间站
在距离地面400公里左右的轨道上运行，其运动视为匀速圆周运动，中继卫星系统中
某卫星是距离地面36000公里左右的地球静止轨道卫星（同步卫星），则该卫星（
）
A．授课期间经过天津正上空 B．加速度大于空间站的加速度
C．运行周期大于空间站的运行周期 D．运行速度大于地球的第一宇宙速度
【答案】C
【详解】A．该卫星在地球静止轨道卫星（同步卫星）上，处于赤道平面上，不可能
经过天津正上空，A错误；
BCD．卫星正常运行，由万有引力提供向心力
得
， ，
由于该卫星轨道半径大于空间站半径，故加速度小于空间站的加速度；运行周期大于
空间站的运行周期；第一宇宙速度是近地卫星的运行速度，则该卫星的运行速度小于
地球的第一宇宙速度。BD错误，C正确。
故选C。
12．（2022·福建·高考真题）2021年美国“星链”卫星曾近距离接近我国运行在距地
近圆轨道上的天宫空间站。为避免发生危险，天宫空间站实施了发动机点火变
轨的紧急避碰措施。已知质量为m的物体从距地心r处运动到无穷远处克服地球引力所做的功为 ，式中M为地球质量，G为引力常量；现将空间站的质量记为 ，
变轨前后稳定运行的轨道半径分别记为 、 ，如图所示。空间站紧急避碰过程发动
机做的功至少为（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】空间站紧急避碰的过程可简化为加速、变轨、再加速的三个阶段；空间站从
轨道 变轨到 过程，根据动能定理有
依题意可得引力做功
万有引力提供在圆形轨道上做匀速圆周运动的向心力，由牛顿第二定律有
求得空间站在轨道上运动的动能为
动能的变化
解得故选A。
13．（2022·河北·统考高考真题）2008年，我国天文学家利用国家天文台兴隆观测基
地的2.16米望远镜，发现了一颗绕恒星HD173416运动的系外行星HD173416b，2019
年，该恒星和行星被国际天文学联合会分别命名为“羲和”和“和“望舒”，天文观
测得到恒星羲和的质量是太阳质量的2倍，若将望舒与地球的公转均视为匀速圆周运
动，且公转的轨道半径相等。则望舒与地球公转速度大小的比值为（ ）
A． B．2 C． D．
【答案】C
【详解】地球绕太阳公转和行星望舒绕恒星羲和的匀速圆周运动都是由万有引力提供
向心力，有
解得公转的线速度大小为
其中中心天体的质量之比为2:1，公转的轨道半径相等，则望舒与地球公转速度大小的
比值为 ，故选C。
14．（2022·湖北·统考高考真题）2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与
空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。
下列说法正确的是（ ）
A．组合体中的货物处于超重状态
B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度
C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大
D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小
【答案】C
【详解】A．组合体在天上只受万有引力的作用，则组合体中的货物处于失重状态，A
错误；
B．由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，而第一宇宙速度为最大的环绕
速度，则组合体的速度大小不可能大于第一宇宙速度，B错误；C．已知同步卫星的周期为24h，则根据角速度和周期的关系有
由于T > T ，则组合体的角速度大小比地球同步卫星的大，C正确；
同 组合体
D．由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，有
整理有
由于T > T ，则r > r ，且同步卫星和组合体在天上有
同 组合体 同 组合体
则有
a < a
同 组合体
D错误。
故选C。
15．（2022·浙江·统考高考真题）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
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
【答案】C
【详解】AC．根据
可得
可知圆轨道距地面高度越高，环绕速度越小；而只要环绕速度相同，返回舱和天和核
心舱可以在同一轨道运行，与返回舱和天和核心舱的质量无关，故A错误，C正确；
B．返回舱中的宇航员处于失重状态，仍然受到地球引力作用，地球的引力提供宇航员
绕地球运动的向心力，故B错误；
D．返回舱穿越大气层返回地面过程中，有阻力做功产生热量，机械能减小，故D错误。
故选C。
16．（2022·广东·高考真题）“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
【答案】D
【详解】由题意可知，火星的公转周期大于地球的公转周期
C．根据 可得
可知火星的公转半径大于地球的公转半径，故C错误；
A．根据 可得
结合C选项，可知火星的公转线速度小于地球的公转线速度，故A错误；
B．根据 可知火星公转的角速度小于地球公转的角速度，故B错误；
D．根据 可得
可知火星公转的加速度小于地球公转的加速度，故D正确。
故选D。
17．（2022·山东·统考高考真题）“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。
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。
已知地球半径为地轴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． B．
C． D．
【答案】C
【详解】地球表面的重力加速度为g，根据牛顿第二定律得
解得
根据题意可知，卫星的运行周期为
根据牛顿第二定律，万有引力提供卫星运动的向心力，则有
联立解得
故选C。
18．（2022·全国·统考高考真题）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 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
【答案】C
【详解】ABC．航天员在空间站中所受万有引力完全提供做圆周运动的向心力，飞船
对其作用力等于零，故C正确，AB错误；
D．根据万有引力公式
可知在地球表面上所受引力的大小大于在飞船所受的万有引力大小，因此地球表面引
力大于其随飞船运动所需向心力的大小，故D错误。
故选C。
19．（2022·浙江·统考高考真题）“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（
）
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
【答案】C
【详解】A．因发射的卫星要能变轨到绕太阳转动，则发射速度要大于第二宇宙速度，
即发射速度介于11.2km/s与16.7km/s之间，故A错误；
B．因P点转移到Q点的转移轨道的半长轴大于地球公转轨道半径，则其周期大于地
球公转周期（1年共12个月），则从P点转移到Q点的时间为轨道周期的一半时间应
大于6个月，故B错误；
C．因在环绕火星的停泊轨道的半长轴小于调相轨道的半长轴，则由开普勒第三定律可
知在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小，故C正确；D．卫星从Q点变轨时，要加速增大速度，即在地火转移轨道Q点的速度小于火星轨
道的速度，而由
可得
可知火星轨道速度小于地球轨道速度，因此可知卫星在Q点速度小于地球轨道速度，
故D错误；
故选C。
20．（2021·江苏·高考真题）我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行，从“东方红
一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。
该卫星绕地球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面
成一定夹角。该卫星（ ）
A．运动速度大于第一宇宙速度
B．运动速度小于第一宇宙速度
C．轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星
D．轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星
【答案】B
【详解】AB．第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度，是环绕地球做圆周运
动的所有卫星的最大环绕速度，该卫星的运转半径远大于地球的半径，可知运行线速
度小于第一宇宙速度，选项A错误B正确；
CD．根据
可知
因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同，等于“静止”在赤道上空的同步卫星的
周期，可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径，选项
CD错误。
故选B。
21．（2021·海南·高考真题）2021年4月29日，我国在海南文昌用长征五号B运载火
箭成功将空间站天和核心舱送入预定轨道。核心舱运行轨道距地面的高度为 左右，地球同步卫星距地面的高度接近 。则该核心舱的（ ）
A．角速度比地球同步卫星的小
B．周期比地球同步卫星的长
C．向心加速度比地球同步卫星的大
D．线速度比地球同步卫星的小
【答案】C
【详解】核心舱和地球同步卫星都是受万有引力提供向心力而做匀速圆周运动，有
可得
而核心舱运行轨道距地面的高度为 左右，地球同步卫星距地面的高度接近
，有 ，故有
， ， ，
则核心舱角速度比地球同步卫星的大，周期比地球同步卫星的短，向心加速度比地球
同步卫星的大，线速度比地球同步卫星的大，故ABD错误，C正确；
故选C。
22．（2021·湖北·统考高考真题）2021年5月，天问一号探测器软着陆火星取得成功，
迈出了我国星际探测征程的重要一步。火星与地球公转轨道近似为圆，两轨道平面近
似重合，且火星与地球公转方向相同。火星与地球每隔约26个月相距最近，地球公转
周期为12个月。由以上条件可以近似得出（ ）
A．地球与火星的动能之比
B．地球与火星的自转周期之比
C．地球表面与火星表面重力加速度大小之比
D．地球与火星绕太阳运动的向心加速度大小之比
【答案】D
【详解】A． 设地球和火星的公转周期分别为T、T ，轨道半径分别为r、r，由开
1 2 1 2
普勒第三定律可得可求得地球与火星的轨道半径之比，由太阳的引力提供向心力，则有
得
即地球与火星的线速度之比可以求得，但由于地球与火星的质量关系未知，因此不能
求得地球与火星的动能之比，A错误；
B．则有地球和火星的角速度分别为
由题意知火星和地球每隔约26个月相距最近一次，又火星的轨道半径大于地球的轨道
半径，则
由以上可解得
月
则地球与火星绕太阳的公转周期之比
T∶T =7∶13
1 2
但不能求出两星球自转周期之比，B错误；
C．由物体在地球和火星表面的重力等于各自对物体的引力，则有
得
由于地球和火星的质量关系以及半径关系均未知，则两星球表面重力加速度的关系不
可求，C错误；
D．地球与火星绕太阳运动的向心加速度由太阳对地球和火星的引力产生，所以向心
加速度大小则有
得由于两星球的轨道半径之比已知，则地球与火星绕太阳运动的向心加速度之比可以求
得，D正确。
故选D。
23．（2021·天津·高考真题）2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，
迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下国人的印迹。天问一号探测
器成功发射后，顺利被火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星。经过轨道调整，探
测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，
两轨道相切于近火点P，则天问一号探测器（ ）
A．在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态 B．在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短
C．从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速 D．沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大
【答案】D
【详解】A．天问一号探测器在轨道Ⅱ上做变速圆周运动，受力不平衡，故A错误；
B．根据开普勒第三定律可知，轨道Ⅰ的半径大于轨道Ⅱ的半长轴，故在轨道Ⅰ运行周
期比在Ⅱ时长，故B错误；
C．天问一号探测器从轨道Ⅰ进入Ⅱ，做近心运动，需要的向心力要小于提供的向心力，
故要在P点点火减速，故C错误；
D．在轨道Ⅰ向P飞近时，万有引力做正功，动能增大，故速度增大，故D正确。
故选D。
24．（2021·北京·高考真题）2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，
我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。“天问
一号”在火星停泊轨道运行时，近火点距离火星表面2.8102 km、远火点距离火星表
面5.9105 km，则“天问一号” （ ）
A．在近火点的加速度比远火点的小 B．在近火点的运行速度比远火点的小
C．在近火点的机械能比远火点的小 D．在近火点通过减速可实现绕火星做圆
周运动【答案】D
【详解】A．根据牛顿第二定律有
解得
故在近火点的加速度比远火点的大，故A错误；
B．根据开普勒第二定律，可知在近火点的运行速度比远火点的大，故B错误；
C．“天问一号”在同一轨道，只有引力做功，则机械能守恒，故C错误；
D．“天问一号”在近火点做的是离心运动，若要变为绕火星的圆轨道，需要减速，
故D正确。
故选D。
25．（2021·山东·高考真题）迷你系绳卫星在地球赤道正上方的电离层中，沿圆形轨道
绕地飞行。系绳卫星由两子卫星组成，它们之间的导体绳沿地球半径方向，如图所示。
在电池和感应电动势的共同作用下，导体绳中形成指向地心的电流，等效总电阻为r。
导体绳所受的安培力克服大小为f的环境阻力，可使卫星保持在原轨道上。已知卫星离
地平均高度为H，导体绳长为 ，地球半径为R，质量为M，轨道处磁感应强
度大小为B，方向垂直于赤道平面。忽略地球自转的影响。据此可得，电池电动势为
（ ）
A． B．C． D．
【答案】A
【详解】根据
可得卫星做圆周运动的线速度
根据右手定则可知，导体绳产生的感应电动势相当于上端为正极的电源，其大小为
因导线绳所受阻力f与安培力F平衡，则安培力与速度方向相同，可知导线绳中的电
流方向向下，即电池电动势大于导线绳切割磁感线产生的电动势 ，可得
解得
故选A。
26．（2021·山东·高考真题）从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现
了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的9倍，半径约为月球的2倍，
“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月球车的2倍。在着陆前，“祝融”和“玉兔”
都会经历一个由着陆平台支撑的悬停过程。悬停时，“祝融”与“玉兔”所受陆平台
的作用力大小之比为（ ）
A．9∶1 B．9∶2 C．36∶1 D．72∶1
【答案】B
【详解】悬停时所受平台的作用力等于万有引力，根据
可得故选B。
27．（2021·浙江·高考真题）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
B．绕地运行速度约为
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
【答案】D
【详解】AB．卫星贴近地面做匀速圆周运动的线速度大小设为v，此速度为第一宇宙
1
速度，即v=7.9km/s；地球半径约为6400km，则空间站离地高度在418km~421km之间。
1
由
，
解得
空间站距离地面的最小高度约为h=418km＜R=6400km，则
所以空间站绕地运行速度故AB错误；
C．在4月份轨道半径出现明显的变大，则可知，机械能不守恒，故C错误；
D．在5月份轨道半径基本不变，故可视为机械能守恒，故D正确。
故选D。
28．（2021·广东·高考真题）2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成
功发射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由
下列物理量能计算出地球质量的是（ ）
A．核心舱的质量和绕地半径
B．核心舱的质量和绕地周期
C．核心舱的绕地角速度和绕地周期
D．核心舱的绕地线速度和绕地半径
【答案】D
【详解】根据核心舱做圆周运动的向心力由地球的万有引力提供，可得
可得
可知已知核心舱的质量和绕地半径、已知核心舱的质量和绕地周期以及已知核心舱的
角速度和绕地周期，都不能求解地球的质量；若已知核心舱的绕地线速度和绕地半径
可求解地球的质量。
故选D。
29．（2021·全国·高考真题）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观
测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长
轴约为 （太阳到地球的距离为 ）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量
黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为
该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为（ ）A． B． C． D．
【答案】B
【详解】由图可知，S2绕黑洞的周期T=16年，地球的公转周期T=1年，S2绕黑洞做
0
圆周运动的半长轴r与地球绕太阳做圆周运动的半径R关系是
地球绕太阳的向心力由太阳对地球的引力提供，由向心力公式可知
解得太阳的质量为
根据开普勒第三定律，S2绕黑洞以半长轴 绕椭圆运动，等效于以
绕黑洞做圆周运动，而S2绕黑洞的向心力由黑洞对它的万有引力提供，由向心力公式
可知
解得黑洞的质量为
综上可得
故选B。
30．（2021·全国·高考真题）2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探
测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨
道与火星表面的最近距离约为2.8×105m。已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自
由落体的加速度大小约为3.7m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离
约为（ ）
A．6×105m B．6×106m C．6×107m D．6×108m
【答案】C
【详解】忽略火星自转则
①
可知设与为1.8×105s的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为 ，由万引力提供向心力
可知
②
设近火点到火星中心为
③
设远火点到火星中心为
④
由开普勒第三定律可知
⑤
由以上分析可得
故选C。
31．（2021·河北·高考真题）“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿
椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日，假设某飞船沿圆轨道绕火星飞
行，其周期也为2个火星日，已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为
地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为
（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【详解】绕中心天体做圆周运动，根据万有引力提供向心力，可得
则
，
由于一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则飞船的轨道半径
则
故选D。
32．（2021·浙江·统考高考真题）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r=3.8×105km，月球半径
2 1
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处做环月匀速圆
2
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
【答案】C
【详解】根据
可得
故选C。
33．（2020·海南·统考高考真题）2020年5月5日，长征五号B运载火箭在中国文昌
航天发射场成功首飞，将新一代载人飞船试验船送入太空，若试验船绕地球做匀速圆
周运动，周期为T，离地高度为h，已知地球半径为R，万有引力常量为G，则（ ）
A．试验船的运行速度为
B．地球的第一宇宙速度为
C．地球的质量为D．地球表面的重力加速度为
【答案】B
【详解】A．试验船的运行速度为 ，故A错误；
B．近地轨道卫星的速度等于第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力有
根据试验船受到的万有引力提供向心力有
联立两式解得第一宇宙速度
故B正确；
C．根据试验船受到的万有引力提供向心力有
解得
故C错误；
D．地球重力加速度等于近地轨道卫星向心加速度，根据万有引力提供向心力有
根据试验船受到的万有引力提供向心力有
联立两式解得重力加速度
故D错误。
故选B。
34．（2020·北京·统考高考真题）我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是
（ ）
A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间
C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度
【答案】A
【详解】A．当发射速度大于第二宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的
范围内运动，火星在太阳系内，所以火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，故
A正确；
B．第二宇宙速度是探测器脱离地球的引力到太阳系中的临界条件，当发射速度介于地
球的第一和第二宇宙速度之间时，探测器将围绕地球运动，故B错误；
C．万有引力提供向心力，则有
解得第一宇宙速度为
所以火星的第一宇宙速度为
所以火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，故C错误；
D． 万有引力近似等于重力，则有
解得星表面的重力加速度
所以火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度，故D错误。
故选A。
35．（2020·天津·统考高考真题）北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星
是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球
静止轨道卫星（ ）A．周期大 B．线速度大 C．角速度大 D．加速度大
【答案】A
【详解】卫星有万有引力提供向心力有
可解得
可知半径越大线速度，角速度，加速度都越小，周期越大；故与近地卫星相比，地球
静止轨道卫星周期大，故A正确，BCD错误。
故选A。
36．（2020·山东·统考高考真题）我国将在今年择机执行“天问1号”火星探测任务。
质量为m的着陆器在着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为t、速度由v 减
0 0
速到零的过程。已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球表面
的重力加速度大小为g，忽略火星大气阻力。若该减速过程可视为一个竖直向下的匀
减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】忽略星球的自转，万有引力等于重力
则解得
着陆器做匀减速直线运动，根据运动学公式可知
解得
匀减速过程，根据牛顿第二定律得
解得着陆器受到的制动力大小为
ACD错误，B正确。
故选B。
37．（2020·浙江·统考高考真题）火星探测任务“天问一号”的标识如图所示。若火星
和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径
之比为3∶2，则火星与地球绕太阳运动的（ ）
A．轨道周长之比为2∶3 B．线速度大小之比为
C．角速度大小之比为 D．向心加速度大小之比为9∶4
【答案】C
【详解】A．由周长公式可得则火星公转轨道与地球公转轨道周长之比为
A错误；
BCD．由万有引力提供向心力，可得
则有
即
BD错误，C正确。
故选C。
38．（2020·全国·统考高考真题）“嫦娥四号”探测器于2019年1月在月球背面成功
着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球
半径的K倍。已知地球半径R是月球半径的P倍，地球质量是月球质量的Q倍，地球
表面重力加速度大小为g。则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为（ ）
A． B． C． D．【答案】D
【详解】设“嫦娥四号”、地球质量分别为 和M，则“嫦娥四号”在地球表面时和
绕月球做半径为月球半径的K倍的圆周运动时，分别有
，
解得
故选D。
39．（2020·全国·统考高考真题）若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在
该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【详解】卫星在星体表面附近绕其做圆周运动，则
， ，
知卫星该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期
40．（2020·全国·统考高考真题）火星的质量约为地球质量的 ，半径约为地球半径
的 ，则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为（ ）
A．0.2 B．0.4 C．2.0 D．2.5
【答案】B
【详解】设物体质量为m，则在火星表面有
在地球表面有
由题意知有故联立以上公式可得
故选B。
41．（2020·浙江·高考真题）如图所示，卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行。a是极
地轨道卫星，在地球两极上空约1000km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与
a相等；c是地球同步卫星，则（ ）
A．a、b的周期比c大
B．a、b的向心力一定相等
C．a、b的速度大小相等
D．a、b的向心加速度比c小
【答案】C
【详解】A．万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律：
解得： ，轨道半径越大，周期越大，根据题意可知 、 的周期比 小，
故A错误；
BD．万有引力提供向心力：
解得： ， 、 的轨道半径相同，所以向心加速度大小相同，方向不同， 的
轨道半径最大，向心加速度最小，故BD错误；
C．万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律：解得： ， 、 的轨道半径相同，所以速度大小相同，方向不同，故C正确。
故选C．
42．（2019·海南·高考真题）2019年5月，我国第45颗北斗卫星发射成功．已知该卫
星轨道距地面的高度约为36000km，是“天宫二号”空间实验室轨道高度的90倍左右，
则（ ）
A．该卫星的速率比“天宫二号”的大
B．该卫星的周期比“天宫二号”的大
C．该卫星的角速度比“天宫二号”的大
D．该卫星的向心加速度比“天宫二号”的大
【答案】B
【详解】根据 解得 ， ,
， ，因北斗卫星的运转半径大于天宫二号的轨道半径，可知该卫星
的速率比“天宫二号”的小；该卫星的周期比“天宫二号”的大；该卫星的角速度比
“天宫二号”的小；该卫星的向心加速度比“天宫二号”的小；故选项B正确，ACD
错误．
43．（2019·江苏·高考真题）1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地
球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动，如图所示，设卫星在近地点、远地点
的速度分别为v、v，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G。则（
1 2
）
A． B．C． D．
【答案】B
【详解】“东方红一号”从近地点到远地点万有引力做负功，动能减小，所以 ，
过近地点圆周运动的速度为 ，由于“东方红一号”在椭圆上运动，所以
，故B正确．
44．（2019·北京·高考真题）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，
该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星），该卫星（ ）
A．入轨后可以位于北京正上方
B．入轨后的速度大于第一宇宙速度
C．发射速度大于第二宇宙速度
D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
【答案】D
【详解】A．由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A
错误；
B．由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于
第一宇宙速度，故B错误；
C．由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定
小于第二宇宙速度，故C错误；
D．将卫星发射到越高的轨道克服引力所作的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能
量较小，故D正确．
故选D。
45．（2019·天津·高考真题）2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的
嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背
刻上了中国足迹”。已知月球的质量为 、半径为 ，探测器的质量为 ，引力常量
为 ，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为 的匀速圆周运动时，探测器的（ ）A．周期为 B．动能为
C．角速度为 D．向心加速度为
【答案】A
【详解】由万有引力提供向心力可得
可得周期、线速度、角速度、向心加速度分别为
， ， ，
探测器动能
综上分析，答案为A。
46．（2019·全国·高考真题）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，
它们的向心加速度大小分别为a 、a 、a ，它们沿轨道运行的速率分别为v 、v 、
金 地 火 金 地
v ．已知它们的轨道半径R a >a B．a >a >a
金 地 火 火 地 金
C．v >v >v D．v >v >v
地 火 金 火 地 金
【答案】A
【详解】AB．由万有引力提供向心力 可知轨道半径越小,向心加速度越大,
故知A项正确，B错误；
CD．由 得 可知轨道半径越小,运行速率越大,故C、D都错误．
47．（2019·全国·高考真题）2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它
所受的地球引力，能够描F随h变化关系的图像是（ ）
A．
B． C．
D．
【答案】D
【详解】根据万有引力定律可得
可得h越大，F越小，且F与h不是线性关系，ABC错误，D正确。
故选D。
48．（2019·浙江·高考真题）某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星（即卫星相对于
地面静止），则此卫星的（ ）
A．线速度大于第一宇宙速度
B．周期小于同步卫星的周期
C．角速度大于月球绕地球运行的角速度
D．向心加速度大于地面的重力加速度
【答案】C
【详解】A．第一宇宙速度是所有绕地球运行的卫星的最大速度，则此卫星的线速度
小于第一宇宙速度，选项A错误；
B．卫星属于地球静止轨道卫星，即为地球的同步卫星，选项B错误；C．根据 可知，因此卫星做圆周运动的半径远小于月球绕地球做圆周运动的
半径，可知角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项C正确；
D．根据 可知，向心加速度小于地面的重力加速度，选项D错误．
二、多选题
49．（2023·海南·统考高考真题）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轨道周期大于2轨道周期
C．飞船在1轨道速度大于2轨道 D．飞船在1轨道加速度大于2轨道
【答案】ACD
【详解】A．飞船从较低的轨道1进入较高的轨道2要进行加速做离心运动才能完成，
选项A正确；
BCD．根据
可得
可知飞船在轨道1的周期小于在轨道2的周期，在轨道1的速度大于在轨道2的速度，
在轨道1的加速度大于在轨道2的加速度，故选项B错误，CD正确。
故选ACD。
50．（2022·重庆·高考真题）我国载人航天事业已迈入“空间站时代”。若中国空间站绕地球近似做匀速圆周运动，运行周期为T，轨道半径约为地球半径的 倍，已知地
球半径为R，引力常量为G，忽略地球自转的影响，则（ ）
A．漂浮在空间站中的宇航员不受地球的引力
B．空间站绕地球运动的线速度大小约为
C．地球的平均密度约为
D．空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的 倍
【答案】BD
【详解】A．漂浮在空间站中的宇航员依然受地球的引力，所受引力提供向心力做匀
速圆周运动而处于完全失重，视重为零，故A错误；
B．根据匀速圆周运动的规律，可知空间站绕地球运动的线速度大小约为
故B正确；
C．设空间站的质量为 ，其所受万有引力提供向心力，有
则地球的平均密度约为
故C错误；
D．根据万有引力提供向心力，有
则空间站绕地球运动的向心加速度大小为
地表的重力加速度为可得
即空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的 倍，故D正确。
故选BD。
51．（2022·海南·高考真题）火星与地球的质量比为a，半径比为b，则它们的第一宇
宙速度之比和表面的重力加速度之比分别是（ ）
A． B． C． D．
【答案】BC
【详解】由 可得
知
由
结合
可得
知
故BC正确，AD错误。
故选BC。
52．（2022·辽宁·高考真题）如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地图上容易测得地球—水星连线与地球—太阳连线夹角 ，地球—金星连线与地球—
太阳连线夹角 ，两角最大值分别为 、 。则（ ）
A．水星的公转周期比金星的大
B．水星的公转向心加速度比金星的大
C．水星与金星的公转轨道半径之比为
D．水星与金星的公转线速度之比为
【答案】BC
【详解】AB．根据万有引力提供向心力有
可得
因为水星的公转半径比金星小，故可知水星的公转周期比金星小；水星的公转向心加
速度比金星的大，故A错误，B正确；
C．设水星的公转半径为 ，地球的公转半径为 ，当α角最大时有
同理可知有所以水星与金星的公转半径之比为
故C正确；
D．根据
可得
结合前面的分析可得
故D错误；
故选BC。
53．（2022·湖南·统考高考真题）如图，火星与地球近似在同一平面内，绕太阳沿同一
方向做匀速圆周运动，火星的轨道半径大约是地球的1.5倍。地球上的观测者在大多数
的时间内观测到火星相对于恒星背景由西向东运动，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
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
【答案】CD【详解】A．由题意根据开普勒第三定律可知
火星轨道半径大约是地球轨道半径的1.5倍，则可得
故A错误；
BC．根据
可得
由于火星轨道半径大于地球轨道半径，故火星运行线速度小于地球运行线速度，所以
在冲日处火星相对于地球由东向西运动，为逆行，故B错误，C正确；
D．由于火星和地球运动的线速度大小不变，在冲日处火星和地球速度方向相同，故
相对速度最小，故D正确。
故选CD。
54．（2021·重庆·高考真题）2021年5月15日“祝融号”火星车成功着陆火星表面，
是我国航天事业发展中具有里程碑意义的进展。此前我国“玉兔二号”月球车首次实
现月球背面软着陆，若“祝融号”的质量是“玉兔二号”的K倍，火星的质量是月球
的N倍，火星的半径是月球的P倍，火星与月球均视为球体，则（ ）
A．火星的平均密度是月球的 倍
B．火星的第一宇宙速度是月球的 倍
C．火星的重力加速度大小是月球表面的 倍
D．火星对“祝融号”引力的大小是月球对“玉兔二号”引力的 倍
【答案】AD
【详解】A．根据密度的定义有
体积可知火星的平均密度与月球的平均密度之比为
即火星的平均密度是月球的 倍，故A正确；
BC．由
可知火星的重力加速度与月球表面的重力加速度之比为
即火星的重力加速度是月球表面的重力加速度的 ，由
可知火星的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为
故BC错误；
D．由万有引力定律
可知火星对“祝融号”引力大小与月球对“玉兔二号”引力大小之比为
即火星对“祝融号”引力大小是月球对“玉兔二号”引力大小的 倍，故D正确。
故选AD。
55．（2021·福建·统考高考真题）两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的
致密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星 的位置变化进行了持续观测，记录到的 的椭圆轨道如图所示。图中O为椭圆的一个焦点，
椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、Q分别为轨道的远银心点和近银心点，Q与O的
距离约为 （太阳到地球的距离为 ）， 的运行周期约为16年。假设 的
运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知
识，可以推出（ ）
A． 与银河系中心致密天体的质量之比
B．银河系中心致密天体与太阳的质量之比
C． 在P点与Q点的速度大小之比
D． 在P点与Q点的加速度大小之比
【答案】BCD
【详解】A．设椭圆的长轴为2a，两焦点的距离为2c，则偏心率
且由题知，Q与O的距离约为 ，即
由此可得出a与c，由于 是围绕致密天体运动，根据万有定律，可知无法求出两者
的质量之比，故A错误；
B．根据开普勒第三定律有
式中k是与中心天体的质量M有关，且与M成正比；所以，对 是围绕致密天体运动
有对地球围绕太阳运动有
两式相比，可得
因 的半长轴a、周期 ，日地之间的距离 ，地球围绕太阳运动的周期 都已知，
故由上式，可以求出银河系中心致密天体与太阳的质量之比，故B正确；
C．根据开普勒第二定律有
解得
因a、c已求出，故可以求出 在P点与Q点的速度大小之比，故C正确；
D． 不管是在P点，还是在Q点，都只受致密天体的万有引力作用，根据牛顿第二
定律有
解得
因P点到O点的距离为a+c,，Q点到O点的距离为a-c，解得
因a、c已求出，故 在P点与Q点的加速度大小之比，故D正确。
故选BCD。
56．（2021·辽宁·统考高考真题）2021年2月，我国首个火星探测器“天问一号”实
现了对火星的环绕。若已知该探测器在近火星圆轨道与在近地球圆轨道运行的速率比和周期比，则可求出火星与地球的（ ）
A．半径比 B．质量比
C．自转角速度比 D．公转轨道半径比
【答案】AB
【详解】A．探测器在近火星轨道和近地轨道做圆周运动，根据
可知
若已知探测器在近火星轨道和近地轨道的速率比和周期比，则可求得探测器的运行半
径比；又由于探测器在近火星轨道和近地轨道运行，轨道半径近似等于火星和地球的
半径比，故A正确；
B．根据万有引力提供向心力有
可得
结合A选项分析可知可以求得火星和地球的质量之比，故B正确
C．由于探测器运行的周期之比不是火星或地球的自转周期之比，故不能求得火星和地
球的自转角速度之比；故C错误；
D．由于题目中我们只能求出火星和地球的质量之比和星球半径之比，根据现有条件
不能求出火星和地球的公转半径之比，故D错误。
故选AB。
57．（2021·湖南·高考真题）2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准
确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年
完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约
为地球半径的 。下列说法正确的是（ ）
A．核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的 倍
B．核心舱在轨道上飞行的速度大于
C．核心舱在轨道上飞行的周期小于D．后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小
【答案】AC
【详解】A．根据万有引力定律有
核心舱进入轨道后的万有引力与地面上万有引力之比为
所以A正确；
B．核心舱在轨道上飞行的速度小于7.9km/s，因为第一宇宙速度是最大的环绕速度，
所以B错误；
C．根据
可知轨道半径越大周期越大，则其周期比同步卫星的周期小，小于24h，所以C正确；
D．卫星做圆周运动时万有引力提供向心力有
解得
则卫星的环绕速度与卫星的质量无关，所以变轨时需要点火减速或者点火加速，增加
质量不会改变轨道半径，所以D错误；
故选AC。
58．（2020·江苏·统考高考真题）甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，
甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有（ ）
A．由 可知，甲的速度是乙的 倍
B．由 可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C．由 可知，甲的向心力是乙的D．由 可知，甲的周期是乙的 倍
【答案】CD
【详解】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，则
A．因为在不同轨道上g是不一样的，故不能根据 得出甲乙速度的关系，卫星
的运行线速度
代入数据可得
故A错误；
B．因为在不同轨道上两卫星的角速度不一样，故不能根据 得出两卫星加速度
的关系，卫星的运行加速度
代入数据可得
故B错误；
C．根据 ，两颗人造卫星质量相等，可得
故C正确；
D．两卫星均绕地球做圆周运动，根据开普勒第三定律 ，可得故D正确。
故选CD。
59．（2019·全国·高考真题）在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体
P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如
图中实线所示．在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其
a–x关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体．已知星球M的半径
是星球N的3倍，则
A．M与N的密度相等
B．Q的质量是P的3倍
C．Q下落过程中的最大动能是P的4倍
D．Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍
【答案】AC
【详解】A、由a-x图象可知，加速度沿竖直向下方向为正方向，根据牛顿第二定律有：
，变形式为： ，该图象的斜率为 ，纵轴截距为重力加速
度 ．根据图象的纵轴截距可知，两星球表面的重力加速度之比为： ；
又因为在某星球表面上的物体，所受重力和万有引力相等，即： ，即该
星球的质量 ．又因为： ，联立得 ．故两星球的密度之
比为： ，故A正确；
B、当物体在弹簧上运动过程中，加速度为0的一瞬间，其所受弹力和重力二力平衡，，即： ；结合a-x图象可知，当物体P和物体Q分别处于平衡位置时，
弹簧的压缩量之比为： ，故物体P和物体Q的质量之比为：
，故B错误；
C、物体P和物体Q分别处于各自的平衡位置（a=0）时，它们的动能最大；根据
，结合a-x图象面积的物理意义可知：物体P的最大速度满足
，物体Q的最大速度满足： ，则两物体的最大动能
之比： ，C正确；
D、物体P和物体Q分别在弹簧上做简谐运动，由平衡位置（a=0）可知，物体P和Q
振动的振幅A分别为 和 ，即物体P所在弹簧最大压缩量为2 ，物体Q所在弹簧
最大压缩量为4 ，则Q下落过程中，弹簧最大压缩量时P物体最大压缩量的2倍，D
错误；
故本题选AC．
