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2017-2022年近6年全国卷高考物理真题分类汇编：万有引力与航天
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共14小题）
1．（2022·全国·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
2．（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．
3．（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
4．（2020·全国·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．
5．（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 、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
6．（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．
7．（2017·全国·高考真题）太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨道．下列4幅图是用来描述
这些行星运动所遵从的某一规律的图像．图中坐标系的横轴是 ,纵轴是 ;这里T和R分别是行
星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径， 和 分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径．
下列4幅图中正确的是
A． B．C． D．
8．（2017·全国·高考真题）据报道，最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的
6.4倍，一个在地球表面重量为600N的人在这个行星表面的重量将变为960N．由此可推知，该行星的半
径与地球半径之比约为（ ）
A．0.5 B．2 C．3.2 D．4
9．（2019·全国·高考真题）假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d，已知质量分
布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为（ ）
A． B． C． D．
10．（2018·全国·高考真题）假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面的重力加速度在两极的
大小为g，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常数为G，则地球的密度为（ ）
0
A． B． C． D．
11．（2021·全国·高考真题）卫星电话信号需要通地球同步卫星传送．如果你与同学在地面上用卫星电话
通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的
轨道半径约为3.8×105km，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为
3×108m/s．）
A．0.1s B．0.25s C．0.5s D．1s
12．（2021·全国·高考真题）“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为200 km
的圆形轨道上运行，运行周期为127分钟．已知引力常量G=6.67×10–11 N•m2/kg2，月球的半径为1.74×103
km．利用以上数据估算月球的质量约为（ ）
A．8.1×1010 kg B．7.4×1013 kg C．5.4×1019 kg D．7.4×1022 kg
13．（2018·全国·高考真题）为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球
半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍．P与Q的周期之比约为（ ）
A．2:1 B．4:1 C．8:1 D．16:1
14．（2018·全国·高考真题）2018年2月，我国500 m口径射电望远镜（天眼）发现毫秒脉冲星
“J0318+0253”，其自转周期T=5.19 ms，假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为．以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为（ ）
A． B．
C． D．
二、多选题（本大题共6小题）
15．（2017·全国·高考真题）如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点， 为
轨道短轴的两个端点，运行的周期为 。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经
到N的运动过程中（ ）
A．从P到M所用的时间等于
B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功
16．（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
17．（2021·全国·高考真题）2019年6曰18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的
近圆轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，下面说
法正确的是
A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加
C．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低
D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用
18．（2018·全国·高考真题）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们
复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，
将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估
算出这一时刻两颗中子星（ ）
A．质量之积 B．质量之和
C．速率之和 D．各自的自转角速度
19．（2018·全国·高考真题）太阳系的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
运行到某个行星和太阳之间，且三者几乎成一条直线的现象，天文学成为“行星冲日”据报道，2018年
各行星冲日时间分别是：1月6日，木星冲日，4月9日火星冲日，6月11日土星冲日，8月29日，海王
星冲日，10月8日，天王星冲日，已知地球轨道以外的行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示，则下列
判断正确的是（ ）
木
地球 火星 土星 天王星 海王星
星
轨道半径（AU） 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30
A．各点外行星每年都会出现冲日现象
B．在2021年内一定会出现木星冲日
C．天王星相邻两次的冲日的时间是土星的一半
D．地外行星中海王星相邻两次冲日间隔时间最短
20．（2021·全国·高考真题）我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月球表面附近的近似
圆轨道上绕月运行；然后经过一系列过程，在离月面4m高处做一次悬停（可认为是相对于月球静止）；
最后关闭发动机，探测器自由下落．已知探测器的质量约为1.3×103kg，地球质量约为月球的81倍，地球
半径为月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小约为9.8m/s2。则次探测器（ ）
A．在着陆前瞬间，速度大小约为8.9m/s
B．悬停时受到的反冲作用力约为2×103NC．从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒
D．在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度
三、解答题（本大题共3小题）
21．（2021·全国·高考真题）我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形的轨道绕月飞行。为了获得
月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化。卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。设地球
和月球的质量分别为M和m，地球和月球的半径分别为R和R，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的
1
轨道半径分别为r和r，月球绕地球转动的周期为T。假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与
1
地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间（用M、m、R、
R、r、r 和T表示，忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影）。
1 1
22．（2017·全国·高考真题）如图，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速
周运动，星球A和B两者中心之间距离为L。已知A、B的中心和O三点始终共线，A和B分别在O的
两侧。引力常数为G。
(1)求两星球做圆周运动的周期。
(2)在地月系统中，若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心
运行为的周期记为T。但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周
1
期T。已知地球和月球的质量分别为5.98×1024kg和7.35×1022kg 。求T 与T 两者平方之比。（结果保留
2 2 1
3位小数）
23．（2018·全国·高考真题）已知地球的自转周期和半径分别为T和R，地球同步卫星A的圆轨道半径为
h．卫星B沿半径为r（ r
