文档文本内容
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情境2 航天工程类情境
情境类型
考情统计
分析预测
天宫课堂
2024·甘肃卷T3、2024·北京卷T22，“天宫”空间站；
2024·山东卷T13，“天宫课堂”；2022·北京卷T8，小球
在竖直平面内做圆周运动实验；2022·辽宁卷T5、2022·浙
江6 月卷T8，水球光学实验
考情分析：以航空航天为背景的试题
在高考中几乎每年都有，该类试题注
重与科技发展相联系，通过展现我国
科技成就，厚植爱国情怀，激发学生
为中国科技振兴而学习的动力。
高考预测：预计 2025 年高考会结合
空间站的建成、北斗导航系统的完
成、探月成功和火星探测的实施等命
题，这类试题难度不大，只要抓住万
有引力和向心力的关系就能顺利求解
相关问题
航天科技
2024·湖南卷T7、2024·全国甲卷T16、2024·黑吉辽卷T1、
2024·江苏卷T14，“嫦娥六号”；2024·安徽卷T5、2024·
山东卷T5、2024·河北卷T8，鹊桥二号中继星；2024·海南
卷T1，“神舟十七号”；2023·新课标卷T17，“天舟六
号”；2023·江苏卷T7，“嫦娥五号”；2022·全国乙卷
T1，“天宫二号”；2022·山东卷T6，“羲和号”
【例1】 （2024·甘肃高考3 题）小杰想在离地表一定高度的天宫实验室内，通过测量以下物理量得到天宫实验
室轨道处的重力加速度，可行的是（ ）
A.用弹簧秤测出已知质量的砝码所受的重力
B.测量单摆摆线长度、摆球半径以及摆动周期
C.从高处释放一个重物，测量其下落高度和时间
D.测量天宫实验室绕地球做匀速圆周运动的周期和轨道半径
答案：D
解析：天宫实验室内，所有物体均处于完全失重状态，与重力有关的实验均不能进行，A、B、C 错误；根据万有
引力提供向心力有G Mm
r
2 ＝m4 π
2
T
2 r＝mg 空，解得g 空＝4 π
2
T
2 r，D 正确。
【例2】 （2024·安徽高考5 题）2024 年3 月20 日，我国探月工程四期鹊桥二号中继星成功发射升空。当抵达距
离月球表面某高度时，鹊桥二号开始进行近月制动，并顺利进入捕获轨道运行，如图所示，轨道的半长轴约为51
900 km。后经多次轨道调整，进入冻结轨道运行，轨道的半长轴约为9 900 km，周期约为24 h。则鹊桥二号在
捕获轨道运行时（ ）
A.周期约为144 h
B.近月点的速度大于远月点的速度
C.近月点的速度小于在冻结轨道运行时近月点的速度
D.近月点的加速度大于在冻结轨道运行时近月点的加速度
答案：B
解析：冻结轨道和捕获轨道的中心天体是月球，根据开普勒第三定律得R1
3
T 1
2 ＝R2
3
T 2
2 ，整理得T2＝T1√
R2
3
R1
3＝288 h，
A 错误；根据开普勒第二定律得，近月点的速度大于远月点的速度，B 正确；近月点从捕获轨道到冻结轨道鹊桥二
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号进行近月制动，捕获轨道近月点的速度大于在冻结轨道运行时近月点的速度，C 错误；两轨道的近月点所受的
万有引力相同，根据牛顿第二定律可知，近月点的加速度等于在冻结轨道运行时近月点的加速度，D 错误。
1.（2024·云南曲靖模拟）2024 年6 月2 日，嫦娥六号着陆器和上升器组合体成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆
地预选着陆区。月球储藏有大量核聚变燃料氦3，其发生核聚变的核反应方程为1
2H＋2
3He ⃗
2
4
He＋
Y，该反应会向外界释放大量能量，下列说法正确的是（ ）
A.若把Y 粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用
B.相同质量的核燃料，重核裂变释放的核能大于轻核聚变释放的核能
C.2
4He 的核子平均质量比2
3He 的核子平均质量小
D.核反应前后系统的总动量减小
解析：C 根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知，Y 的质量数为1，电荷数为1，则Y 为质子，如果此粒
子平行磁场方向射入匀强磁场中，它不会受到洛伦兹力作用，故A 错误；对于相同质量的核燃料，轻核聚变产生
的核能比重核裂变产生的核能多，故B 错误；根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得Y 为质子，根据核反
应放出能量具有质量亏损，核子平均质量减小，故C 正确；核反应前后系统内力远大于外力，总动量守恒，故D
错误。
2.（2024·陕西榆林模拟）2024 年6 月2 日，嫦娥六号成功着陆月背南极—艾特肯盆地，它通过早先发射的“鹊桥
二号”中继卫星与地球实现信号传输及控制，完成了月球背面采样任务。在地月连线上存在一点“拉格朗日
L2”，“鹊桥二号”在随月球绕地球同步公转的同时，沿“Halo 轨道”（与地月连线垂直）绕L2转动，如图所示。
下列有关说法正确的是（ ）
A.“鹊桥二号”的发射速度大于11.2 km/s
B.“鹊桥二号”的向心力由月球引力提供
C.“鹊桥二号”绕地球运动的周期约等于月球绕地球运动的周期
D.“鹊桥二号”若刚好位于L2点，能够更好地为嫦娥六号探测器提供通信支持
解析：C “鹊桥二号”依然绕地球运动，其发射速度应大于7.9 km/s，小于11.2 km/s，故A 错误；“鹊桥二
号”的向心力由月球引力和地球引力共同提供，故B 错误；依题意，“鹊桥二号”随月球绕地球同步公转，可知
绕地球运动的周期约等于月球绕地球运动的周期，故C 正确；“鹊桥二号”若刚好位于L2点，由几何关系可知，
通信范围较小，不能够更好地为嫦娥六号探测器提供通信支持，故D 错误。
3.（2024·广东揭阳模拟）2024 年4 月26 日，神舟十八号载人飞船与天宫空间站成功对接。空间站运行在距离地面
340～370 千米的轨道上，对接前，神舟十八号与空间站运行在同一轨道的前后位置上。下列关于飞船和空间站的
说法正确的是（ ）
A.神舟十八号通过加速即可赶上空间站
B.空间站绕地球运行的速度大于7.9 km/s
C.飞船和空间站里的航天员不受重力作用
D.空间站的公转周期小于24 h
解析：D 发动机加速，则飞船的运行速度变大，飞船受到的万有引力不足以提供飞船所需向心力，飞船将做离心
运动，显然飞船不能追上空间站，故A 错误；7.9 km/s 是最大环绕速度，所以空间站的运行速度不可能大于7.9
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km/s，故B 错误；飞船和空间站里的航天员处于完全失重状态，但失重并不是不受重力作用，而是重力提供向心
力，故C 错误；空间站运行在距离地面340～370 千米的轨道上，根据万有引力提供向心力得G Mm
r
2 ＝m4 π
2
T
2 r，可
知，轨道高度低于同步卫星，故周期小于同步卫星的周期，即小于24 h，故D 正确。
4.（2024·河北石家庄期末）2024 年6 月4 日，携带月球样品的嫦娥六号上升器自月球背面起飞，随后成功进入预
定环月轨道。嫦娥六号完成世界首次月球背面采样和起飞。图为嫦娥六号着陆月球前部分轨道的简化示意图，Ⅰ
是嫦娥六号的地月转移轨道，Ⅱ、Ⅲ是嫦娥六号绕月球运行的椭圆轨道，Ⅳ是嫦娥六号绕月球运行的圆形轨道。
P、Q 分别为椭圆轨道Ⅱ上的远月点和近月点，不考虑月球的自转。下列说法正确的是（ ）
A.嫦娥六号从轨道Ⅱ上的Q 点变轨至轨道Ⅲ需点火加速
B.在轨道Ⅱ上运行的嫦娥六号经过P 点时的速率大于经过Q 点时的速率
C.嫦娥六号在轨道Ⅱ上运行时的机械能小于在轨道Ⅳ上运行时的机械能
D.嫦娥六号在轨道Ⅳ上运行时的速率小于在Ⅱ上运行时经过Q 点的速率
解析：D 嫦娥六号从轨道Ⅱ上的Q 点变轨至轨道Ⅲ，做近心运动，应让发动机在Q 点减速，故A 错误；嫦娥六
号在轨道Ⅱ上由P 运动到Q 的过程，万有引力做正功，可知，嫦娥六号在轨道Ⅱ上经过P 点时的速率小于经过Q
点时的速率，故B 错误；嫦娥六号从轨道Ⅱ上变轨到轨道Ⅳ上，需在Q 点减速，机械能减小，故嫦娥六号在轨道
Ⅱ上运行时的机械能大于在轨道Ⅳ上运行时的机械能，故C 错误；嫦娥六号在Q 点从轨道Ⅱ上经过近心运动进入
轨道Ⅳ上，速度减小，故嫦娥六号在轨道Ⅳ上运行时的速率小于在Ⅱ上运行时经过Q 点的速率，故D 正确。
5.（多选）（2024·甘肃兰州模拟）2024 年5 月3 日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发
射场成功发射，之后准确进入地月转移轨道，发射任务取得圆满成功。假设质量为m0的中继星处在地月系的“拉
格朗日点”（中继星、月球和地球在同一直线上），受到月球与地球的双重万有引力作用，其绕地球做匀速圆周
运动的角速度与月球绕地球做匀速圆周运动的角速度相等。已知地球的质量为M，月球的质量为m，月球中心与
地球中心之间的距离为r，中继星与地心间的距离为R（R＞r），引力常量为G，中继星与月球间的万有引力远小
于月球与地球之间的万有引力。下列说法正确的是（ ）
A.月球对中继星的万有引力大小为
Gmm0
（R－r ）
2
B.中继星绕地球转动的角速度大小为√
GM
R
3
C.中继星绕地球转动的加速度小于月球绕地球转动的加速度
D.月球对中继星的万有引力与地球对中继星的万有引力的合力大小为GM m0 R
r
3
解析：AD 由题意，可得月球球心与中继星之间的距离为R－r，根据万有引力定律可得月球对中继星的万有引力
大小为F＝G
mm0
（R－r ）
2 ，故A 正确；由于中继星绕地球做匀速圆周运动的角速度与月球绕地球做匀速圆周运动
的角速度相等，由G Mm
r
2 ＝mrω2，可得中继星绕地球转动的角速度大小为ω＝√
GM
r
3 ，故B 错误；由于中继星绕地
球转动的半径大于月球绕地球转动的半径，中继星绕地球做匀速圆周运动的角速度与月球绕地球做匀速圆周运动
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的角速度相等，根据a＝ω2R，可知，中继星绕地球转动的加速度大于月球绕地球转动的加速度，故C 错误；月球
对中继星的万有引力与地球对中继星的万有引力的合力提供中继星做匀速圆周运动所需的向心力，有F 合＝m0Rω2
＝m0R×GM
r
3 ＝GM m0 R
r
3
，故D 正确。
6.（多选）（2024·河南新乡模拟）如图所示，北斗系统主要由离地面高度约为6R（R 为地球半径）的地球同步卫
星和离地面高度约为3R 的中轨道卫星组成，忽略地球自转。下列说法正确的是（ ）
A.中轨道卫星与同步卫星的向心加速度大小之比为49∶16
B.中轨道卫星与同步卫星的向心加速度大小之比为36∶9
C.中轨道卫星与同步卫星的线速度大小之比为√7∶2
D.中轨道卫星与同步卫星的线速度大小之比为7∶4
解析：AC 根据万有引力提供向心力有G Mm
r
2 ＝man＝mv
2
r ，所以an＝GM
r
2 ，v＝√
GM
r
，所以中轨道卫星与同步
卫星的向心加速度大小之比为49∶16，中轨道卫星与同步卫星的线速度大小之比为√7∶2。故选A、C。
7.（2024·甘肃酒泉模拟）若质量为m 的“祝融号”火星车悬停在火星表面上方，受到竖直向上的升力F，已知火
星的半径为R，引力常量为G，忽略火星的自转，则下列说法正确的是（ ）
A.火星表面的重力加速度大小为G
m
B.火星的第一宇宙速度大小为√
FR
m
C.火星的质量为Fm
G R
2
D.火星的密度为
4 F
3G π m R
2
解析：B 根据平衡条件得F＝mg 火，解得g 火＝F
m，A 错误；根据牛顿第二定律得mg 火＝mv
2
R ，解得v＝√
FR
m
，B
正确；根据黄金代换公式得mg 火＝G Mm
R
2 ，解得M＝F R
2
Gm ，C 错误；根据密度公式得M＝ρ·4
3 πR3，解得ρ＝
3 F
4G π mR
，D 错误。
8.（2024·山东滨州模拟）2024 年6 月4 日完成月球表面无人自主采集样品后，“嫦娥六号”着陆器携带的五星红
旗在月球背面成功展开。如图，“嫦娥六号”着陆器静止在月球水平表面处，其简化成质量为m 的主体和质量不
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计的四条相同支架腿构成。每条支架腿与竖直方向的夹角均为θ，且产生弹力的方向沿支架腿。地球表面重力加速
度为g，月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的1
6，下列说法正确的是（ ）
A.每条支架腿对月球表面压力的方向均沿支架腿向下
B.每条支架腿受到月球表面的作用力大小mg
24
C.四条支架腿对主体水平方向的合力为零，每条支架腿水平方向分力为mgcosθ
24
D.“嫦娥六号”着陆器受到月球表面的作用力大小mg
6
解析：D 每条支架腿对月球表面压力的方向均竖直向下，水平方向存在摩擦力，着陆器对月球的压力与摩擦力的
合力方向沿支架腿向下，故A 错误；每条支架腿受到月球表面的作用力在竖直方向的分量大小mg
24 ，而每条支架腿
受到月球表面的作用力大小应为F＝
mg
24 cosθ ，故B 错误；四条支架腿对主体水平方向的合力为零，每条支架腿水
平方向分力为F 水平＝Fsin θ＝
mg
24 cosθ sin θ＝mg tanθ
24
，故C 错误；根据静止时受力平衡，“嫦娥六号”着陆器
受到月球表面的作用力大小就等于其在月球上的重力大小mg
6 ，故D 正确。
9.（2024·甘肃庆阳模拟）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，如图是赤道上的物体A 与两颗卫星B、C（其中C 为同步卫星，与地面保持相对静止），已知，地球的半径为
R，物体A 的重力加速度为g，万有引力常量为G，则（ ）
A.若考虑地球自转，地球的质量略大于g R
2
G
B.C 有可能从常州上方飞过
C.物体A、卫星B、C 的速度大小关系是vA＞vB＞vC
D.卫星B、C 在地面的发射速度均应大于第二宇宙速度
解析：A 若考虑地球自转，对赤道上物体，由合力提供向心力得G Mm
R
2 －mg＝ma，化简得M＝（g＋a）R
2
G
可知，地球的质量略大于g R
2
G ，故A 正确；C 是同步卫星，在赤道上空，不可能从常州上方飞过，故B 错误；根
据v＝√
GM
r
可知，半径大的速度小，则vB＞vC。而A、C 周期相同，根据v＝2π
T r 可知，C 的半径大，则速度大。
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因此物体A、卫星B、C 的速度大小关系是vA＜vC＜vB，故C 错误；卫星B、C 在地面的发射速度均应大于第一宇宙
速度，故D 错误。
10.（2024·吉林长春模拟）2024 年4 月25 日，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F 遥十八运载火箭在酒泉卫星
发射中心点火发射，神舟十八号进入预定轨道，发射取得圆满成功。已知神舟十八号绕地球做匀速圆周运动的半
径为r，地球的半径为R，地球表面的重力加速度大小为g，引力常量为G，不计地球的自转，求：
（1）地球的质量M；
（2）神舟十八号绕地球运行的周期T。
答案：（1）g R
2
G
（2）2π r
R √
r
g
解析：（1）对地球表面上的物体，设其质量为m0，则
G M m0
R
2 ＝m0g
解得M＝g R
2
G 。
（2）神舟十八号在轨运行时，有G Mm
r
2 ＝m4 π
2
T
2 r
解得T＝2π r
R √
r
g
。
