专题14 万有引力与宇宙航行-备战2025年高中学业水平合格考物理真题分类汇编（全国通用）

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考点01：行星的运动
1．（2022高二·江苏盐城·学业考试）如图所示，地球绕太阳沿椭圆轨道运动，地球与太阳的连线在三段相同时间内扫过的面积S如图中阴影所示，则（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】根据开普勒第二定律，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
故选C。
2．（2024高二上·江苏扬州·学业考试）在科学的发展历程中，许多科学家做出了杰出的贡献。下列叙述符合物理学史实的是（ ）
A．牛顿总结出了行星运动的三大规律
B．安培最早发现电流周围存在磁场
C．爱因斯坦发现了万有引力定律
D．伽利略通过理想实验，说明物体的运动不需要力来维持
【答案】D
【详解】A．开普勒总结出了行星运动的三大规律，故A错误；
B．奥斯特最早发现电流周围存在磁场，故B错误；
C．牛顿发现了万有引力定律，故C错误；
D．伽利略通过理想实验，说明物体的运动不需要力来维持，故D正确。
故选D。
3．（2022高二·湖南·学业考试）有关开普勒三大定律，结合图像，下面说法正确的是（ ）
A．太阳既是火星轨道的焦点，又是地球轨道的焦点
B．地球靠近太阳的过程中，运行速度的大小不变
C．在相等时间内，火星和太阳的连线扫过的面积与地球和太阳的连线扫过的面积相等
D．火星绕太阳运行一周的时间比地球绕太阳一周用的时间的短
【答案】A
【详解】A．根据开普勒第一定律可知，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，故A正确；
BC．根据开普勒第二定律可知，对同一个行星而言，行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等，且行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化，离太阳越近速率越大，所以地球靠近太阳的过程中，运行速率将增大，故BC错误；
D．根据开普勒第三定律可知，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。由于火星的半长轴比较大，所以火星绕太阳运行一周的时间比地球的长，故D错误。
故选A。
4．（2023高二上·广西·学业考试）如图为北半球二十四个节气时地球在公转轨道上位置的示意图，其中冬至时地球离太阳最近。地球公转线速度最大的节气是（ ）
A．春分B．夏至C．秋分D．冬至
【答案】D
【详解】根据开普勒第二定律，地球在近日点运动速度最大，故地球公转线速度最大的节气是冬至。
故选D。
5．（2024高二·山西·学业考试）关于对开普勒第三定律的理解，下列说法正确的是（ ）
A．k值与中心天体的质量有关
B．围绕同一中心天体运行的行星或卫星，k值不相等
C．该定律只适用于行星绕太阳的运动，不适用于卫星绕行星的运动
D．若地球绕太阳运动轨道的半长轴为，周期为，月球绕地球运转轨道的半长轴为，周期为，则
【答案】A
【详解】A．围绕同一中心天体运行的行星或卫星的运动简化为圆周运动，则有
解得
可知，k值与中心天体的质量有关，故A正确；
B．根据上述可知，围绕同一中心天体运行的行星或卫星，k值相等，故B错误；
C．开普勒第三定律既适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动，只不过中心天体不同时，k值不同，故C错误；
D．地球绕太阳运动的中心天体是太阳，月球绕地球运转的中心天体是地球，中心天体的质量不同，则比值k不相同，结合上述可知此时的比值
故D错误。
故选A。
6．（2024高二上·四川·学业考试）如图所示，从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。a、b、c、d为行星运动轨道上的四个位置，a为近日点，c为远日点。则行星运动速度最大的位置是（ ）
A．a点B．b点C．c点D．d点
【答案】A
【详解】a为近日点，可知a点离太阳最近，由于太阳到行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等，则行星运动速度最大的位置是a点。
故选A。
7．（2024高三·河北·学业考试）火星探测器和月球探测器的成功发射，标志着我国在火星和月球探测领域进入世界前列。已知火星和月球的半径的比值为，火星和月球的质量的比值为，则相同时间内，近火探测器和近月探测器（均可视为绕星球表面运行）的轨道半径扫过面积的比值为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】绕星球表面运行的探测器轨道半径在时间t内扫过的面积为
则相同时间内，近火探测器和近月探测器的轨道半径扫过面积的比值为
故选A。
8．（2022高二·四川·学业考试）下图是“羲和号”绕太阳做椭圆运动的轨道示意图，其中F1、F2是圆的两个焦点，O是圆的中心。若“羲和号”卫星经过P点的速率大于经过Q点的速率，则可判断太阳位于（ ）
A．点B．点C．O点D．Q点
【答案】A
【详解】根据开普勒定律可知，“羲和号”绕太阳做椭圆运动，太阳位于椭圆的焦点上，行星在近日点的速度大于远日点的速度，即P点为近日点，Q点为远日点，可知太阳位于点。
故选A。
9．（多选）（2022高二上·广西·学业考试）关于开普勒行星运动的公式 ，下列理解正确的是（ ）
A．表示行星运动的自转周期
B．表示行星运动的公转周期
C．是一个与行星无关的常量
D．若地球绕太阳运转轨道的半长轴为，周期为；月球绕地球运转轨道的半长轴为，周期为，则
【答案】BC
【详解】AB．表示行星运动的公转周期，故A错误，B正确；
C．只与中心天体有关，是一个与行星无关的常量，故C正确；
D．地球公转和月球公转的中心天体不同，不同，不能连等，故D错误。
故选BC。
10．（多选）（2022高二下·河北·学业考试）一颗人造地球卫星沿椭圆轨道运行，则（ ）
A．地球处在椭圆的中心
B．地球处在椭圆的一个焦点上
C．卫星在近地点的速度大于在远地点的速度
D．卫星在近地点的速度小于在远地点的速度
【答案】BC
【详解】AB．由开普勒第一定律可知，一颗人造地球卫星沿椭圆轨道运行，地球处在椭圆的一个焦点上，故A错误，B正确；
CD．由开普勒第二定律可知，卫星在近地点的速度大于在远地点的速度，故D错误，C正确。
故选BC。
考点02：万有引力定律
11．（2021高二上·北京·学业考试）2020年11月24日，长征五号运载火箭将嫦娥五号探测器成功送入预定轨道，开启了中国首次地外天体采样之旅。经过约112h的奔月飞行，嫦娥五号探测器在距离月面约400km处成功实施发动机点火制动，顺利进入环绕月球的椭圆轨道。11月29日20时23分，嫦娥五号探测器在近月点再次“刹车”，从椭圆轨道变为近似的圆形轨道（如图所示），为顺利落月做好了准备。探测器进入椭圆轨道后，在由近月点向远月点运动的过程中，始终受到月球的引力作用，这个引力的大小（ ）
A．保持不变B．越来越大C．越来越小D．先变大后变小
【答案】C
【详解】根据万有引力定律可知探测器所受月球引力的大小为
探测器在由近月点向远月点运动的过程中，它到月心的距离r越来越大，所以F越来越小，故选C。
12．（2023高二上·江苏盐城·学业考试）2023年10月，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。在卫星逐渐远离地球的过程中，所受的地球引力（ ）
A．不变B．逐渐减小C．逐渐增大D．先减小后增大
【答案】B
【详解】根据万有引力定律有
由上式可知，卫星逐渐远离地球的过程中，卫星到地球球心的距离逐渐变大，故卫星所受的地球引力逐渐变小。
故选B。
13．（2021高二上·云南·学业考试）2020年12月1日23时11分，肩负到月球“挖土”使命的“嫦娥五号”探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区，并传回如图所示的着陆影像图。若将月球视为质量分布均匀的球体，其质量为、半径为，“嫦娥五号”探测器质量为，引力常量为，则此时月球对“嫦娥五号”探测器的万有引力大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】由万有引力定律可得，月球对“嫦娥五号”探测器的万有引力大小为
故选A。
14．（2023高二上·广西·学业考试）2023年7月，我国成功将遥感三十六号卫星发射升空。在绕地球运行的过程中，该卫星受到地球引力的大小（ ）
A．为零B．只与卫星的质量有关
C．与地球和卫星的质量均有关D．只与地球的质量有关
【答案】C
【详解】由万有引力公式知
卫星受到地球引力的大小与地球和卫星的质量均有关。
故选C。
15．（2022高二上·江苏·学业考试）质量相等的甲、乙两卫星分别环绕地球做匀速圆周运动，已知甲、乙的轨道半径之比为，则地球对甲、乙的万有引力大小之比为（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】根据万有引力定律
可得地球对甲、乙的万有引力大小之比为
故选D。
16．（2024高二下·湖南岳阳·学业考试）2022年11月29日，我国研制的“神舟十五号”载人飞船顺利发射成功，首次实现了航天员在轨轮换。若将地球与“神舟十五号”飞船看成质点，他们之间万有引力的大小为F，如果将这两个质点之间的距离变为原来的2倍，那么它们之间万有引力的大小变为（ ）
A．B．2FC．D．4F
【答案】C
【详解】根据万有引力定律可得
如果将这两个质点之间的距离变为原来的2倍，则有
故选C。
17．（2024高二上·湖北·学业考试）如图所示，地球的公转轨道可视为圆，哈雷彗星的公转轨道是一个非常扁的椭圆。下列说法正确的是（ ）
A．地球绕太阳运动的速度大小不变
B．哈雷彗星绕太阳运动的速度大小不变
C．哈雷彗星在P处所受太阳的吸引力比Q处小
D．哈雷彗星在P、Q两处所受太阳的吸引力大小相等
【答案】A
【详解】A．地球的公转轨道可视为圆，则地球绕太阳做匀速圆周运动，线速度大小不变，故A正确；
B．哈雷彗星绕太阳做椭圆运动，根据开普勒第二定律可知，哈雷彗星在近日点速度最大，在远日点速度最小，故B错误；
CD．根据万有引力定律可得
可知哈雷彗星在P处所受太阳的吸引力比Q处大，故CD错误。
故选A。
18．（2021高二·湖南·学业考试）2021年5月15日，天问一号探测器成功着陆火星，我国首次火星探测任务着陆火星取得成功。探测器着陆之前先在停泊轨道绕火星做椭圆运动，运动轨迹如图所示，其中A点离火星最近，B点离火星最远。下列说法正确的是（ ）
A．探测器在A点的速度等于在B点的速度
B．探测器在A点的速度大于在B点的速度
C．由A点运动到B点的过程中，探测器受到火星的引力不变
D．由A点运动到B点的过程中，探测器受到火星的引力变大
【答案】B
【详解】AB．根据开普勒第二定律可知，探测器在A点的速度大于在B点的速度，故B正确A错误；
CD．根据
可知由A点运动到B点的过程中，探测器受到火星的引力变小，故CD错误。
故选B。
19．（2023高二·广东清远·学业考试）若太阳质量为M，某行星绕太阳公转周期为T，轨道可视为半径为r的圆。已知万有引力常量为G，则描述该行星运动的上述物理量满足（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】行星绕太阳做匀速圆周运动，太阳对行星的引力提供向心力，有
G＝mr
所以
GM＝
故选A。
20．（2022高二上·北京房山·学业考试）2022年6月5日，神舟十四号载人飞船采用自主快速交会对接模式，经过6次自主变轨，成功对接于天和核心舱径向端口。对接后的组合体绕地球做匀速圆周运动，如图所示。已知对接后的组合体质量为m，轨道半径为r，地球质量为M，半径为R，引力常量为G。载人飞船从地面发射，远离地球的过程中，地球对飞船的引力（ ）
A．越来越大B．越来越小
C．保持不变D．先变大后变小
【答案】B
【详解】根据万有引力定律可知
载人飞船从地面发射，远离地球的过程中，r变大，则地球对飞船的引力越来越小。
故选B。
21．（2023高二上·四川·学业考试）如图所示，两个均匀球体A、B，质量分别为M、m，半径分别为、，引力常量为G。当A、B两球球心间距为r时，它们之间的万有引力大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】质量分布均匀的球体间的距离指球心间距离，故两球间的万有引力大小为
故选A。
22．（2022高三·海南·学业考试）下列关于万有引力定律的说法中，正确的是（ ）
A．万有引力定律是卡文迪许在实验室中发现的
B．对于相距很远、可以看成质点的两个物体，万有引力定律公式中的r是两物体间的距离
C．对于质量分布均匀的球体，万有引力定律公式中的r是两球表面间的距离
D．质量大的物体对质量小的物体的引力大于质量小的物体对质量大的物体的引力
【答案】B
【详解】A．万有引力定律是牛顿发现的，故A错误；
B．对于相距很远、可以看成质点的两个物体，此时物体本身的形状尺寸与距离相比可以忽略。故此时万有引力定律公式中的r是两物体间的距离，故B正确；
C．对于质量分布均匀的球体，万有引力定律公式中的r是两球球心间的距离，故C错误；
D．两物体间的万有引力属于一对作用力与反作用力，总是大小相等，故D错误。
故选B。
23．（2023高二上·浙江·学业考试）2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉点火发射，17时46分，与空间站组合体完成自主快速交会对接。若地球半径为R，质量为M，引力常量为G，对接前空间站组合体质量为m，距地球表面高度为h，则对接前空间站组合体对地球的万有引力大小是（ ）
A．等于B．小于C．等于D．大于
【答案】A
【详解】根据万有引力定律可得，对接前空间站组合体对地球的万有引力大小为
故选A。
24．（2023高二下·辽宁·学业考试）如图所示，A、B为不同轨道地球卫星，轨道半径，质量，A、B运行周期分别为TA和TB，受到地球万有引力大小分别为和，下列关系正确的是（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】AB．根据题意，由万有引力公式有
由于
，
可得
故A正确，B错误；
CD．由开普勒第三定律有
由于
可得
故CD错误。
故选A。
25．（2023高二上·江苏南通·学业考试）如图所示，两个质量分布均匀的实心球，半径分别为r1、r2，质量分别为m1、m2，两球间距离为r，则两球间相互引力的大小为（ ）
A．GB．GC．GD．G
【答案】C
【详解】根据万有引力的公式可知两球间相互引力的大小为
F=
故选C。
26．（2023高二上·江苏徐州·学业考试）如图所示，某卫星绕地球沿椭圆轨道运动，卫星经过轨道上a、b、c、d四个点时，受到地球的引力最小的位置在（ ）
A．a点B．b点C．c点D．d点
【答案】C
【详解】根据万有引力表达式
卫星经过轨道上a、b、c、d四个点时，由于c点与地球距离最远，所以受到地球的引力最小的位置在c点。
故选C。
27．（2023高二下·陕西渭南·学业考试）万有引力定律是科学史上最伟大的定律之一，它向人们揭示，复杂运动的背后可能隐藏着简洁的科学规律。下列关于万有引力定律的说法正确的是（ ）
A．引力常量首先是由牛顿测得的
B．万有引力与两物体间的距离成反比
C．两个物体质量发生改变时，万有引力一定改变
D．自然界中任何两个物体间都存在万有引力
【答案】D
【详解】A．引力常量首先是由卡文迪许测得的，选项A错误；
B．万有引力与两物体间的距离的平方成反比，选项B错误；
C．根据
可知，两个物体质量发生改变时，万有引力不一定改变，选项C错误；
D．自然界中任何两个物体间都存在万有引力，选项D正确。
故选D。
28．（2024高二·山西·学业考试）某天体的质量约为地球的，半径约为地球的3倍，若从地球上高h处平抛一物体，水平位移为L，则在该天体上，从同样高度以同样速度平抛同一物体，其水平位移为（ ）
A．B．C．D．6L
【答案】D
【详解】根据万有引力等于重力
可得某天体和地球的重力加速度之比
根据平抛运动可知
，
可得水平位移之比
因为地球上水平位移为L，则该在天体水平位移
故选D。
29．（2024高三·河北·学业考试）节气歌，是我国古代按照节气编写的歌诀，二十四节气准确地反映了自然节律变化，在人们日常生活中发挥了重要的作用。在天文学上，春分、夏至、秋分、冬至将一年分为四季。如图所示是地球绕太阳的运动轨迹，则（ ）
A．冬至时地球的公转速度最小
B．地球在夏至时受到太阳的万有引力大小比在春分时的大
C．从冬至到夏至，地球的引力势能先增大后减小
D．地球从夏至到秋分的运行时间大于从秋分到冬至的运行时间
【答案】D
【详解】A．根据开普勒第二定律可知，地球在近日点的公转速度最大，在远日点的公转速度最小，故冬至时地球的公转速度最大，故A错误；
B．根据万有引力定律有
可知地球在夏至时受到太阳的万有引力大小比在春分时的小，故B错误；
C．地球绕太阳运行时，机械能守恒，远离太阳时，万有引力做负功，势能增大，则从冬至到夏至，地球的引力势能一直增大，故C错误；
D．地球从夏至到秋分的运行平均速率小于从秋分到冬至的运行平均速率，所以从夏至到秋分的运行时间大于从秋分到冬至的运行时间，故D正确。
故选D。
30．（2024高三·河北·学业考试）我国正推进国际月球科研站大科学工程，计划在2030年前实现载人登月。假如在地面和月面以同样的速度和角度斜向上抛出石子，发现水平射程之比为1∶6。已知地球与月球半径之比为4∶1，把地球和月球视为质量分布均匀的球体，且不考虑星球自转和空气阻力。根据以上数据，下列结论正确的是（ ）
A．地球和月球密度之比为4∶3
B．地球和月球的第一宇宙速度之比为
C．地球和月球的质量之比为24∶1
D．分别绕地球和月球的轨道半径相等的卫星的周期之比为
【答案】B
【详解】A．设石子出射速度大小为，方向与水平方向的夹角为，运动时间为t，地球表面的重力加速度为g，月球表面处重力加速度为，石子竖直方向的分运动为竖直上抛运动，有
可得
水平射程
可得
则
地球表面的物体由万有引力提供重力，有
其中
可得
可知地球和月球密度之比为
A错误；
C．由可得
地球和月球的质量之比为
C错误；
B．由万有引力提供向心力
可得
地球和月球的第一宇宙速度之比为
B正确；
D．由万有引力提供向心力
其中
可得
分别绕地球和月球的轨道半径相等的卫星的周期之比为
D错误。
故选B。
31．（2023高三·河北·学业考试）中法合作的天文卫星“天基多波段空间变源监视器”计划于2023年年底在西昌卫星发射中心搭乘长征二号丙运载火箭升空，运行轨道高度约为650km，假设绕地球做近似匀速圆周运动，已知地球半径约为6300km，下列说法正确的是（ ）
A．该卫星的轨道圆心可以在过南北极的轴线上的任意位置
B．该卫星的运行周期可能为40min
C．该卫星的向心加速度小于地球表面的重力加速度
D．该卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度
【答案】C
【详解】A．卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，所以卫星的轨道圆心一定在地心，故A错误；
B．对在地面附近运行的卫星，由万有引力提供向心力得
且
可得绕地卫星最小运行周期
结合地球半径R约为6300km，地面附近重力加速度，可以估算绕地卫星最小运行周期约为1.4h，故B错误；
C．对于地面的物体有
可得
对于该卫星有
可得
由于，则
故C正确；
D．由
得
由于该卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，则该卫星的线速度—定大于地球同步卫星的线速度，故D错误。
故选C。
32．（2023高三·河北·学业考试）潮汐现象是指在月球和太阳引力作用下形成的海水周期性涨落现象。某同学查阅资料发现月球绕地球转动的轨道半径约为地球半径的60倍，地球质量约为月球质量的80倍，地球表面的重力加速度为，不考虑星球的自转影响，由以上数据可估算出（ ）
A．月球绕地球做圆周运动的加速度为
B．月球绕地球做圆周运动的线速度为地球第一宇宙速度的
C．月球表面的重力加速度为
D．月球对地球海水引力产生加速度的最大值为
【答案】D
【详解】A．由
可得地球表面的重力加速度
由
可得，月球绕地球做圆周运动的加速度
故A错误；
B．由
可得，月球绕地球做圆周运动的线速度
为地球第一宇宙速度的，故B错误；
C．月球的半径未知，无法计算出月球表面的重力加速度，故C错误；
D．海水与月球最小距离为，月球对地球海水引力产生的加速度最大值
故D正确。
故选D。
33．（2023高二上·江苏扬州·学业考试）某个行星的质量是地球质量的一半，半径也是地球半径的一半，忽略行星自转，那么同一物体在此行星表面上的重力是地球表面上重力的（ ）
A．B．1倍C．2倍D．4倍
【答案】C
【详解】忽略行星的自转，则在行星表面万有引力等于重力，设地球的质量为，半径为，地球表面的重力加速度为，地球表面物体的质量为，该行星表面的重力加速度为，则有
解得
可得该行星表面的重力加速度
则地球表面物体的重力
该行星表面同一物体的重力为
故选C。
考点03：万有引力定律的应用
34．（2024高二上·江苏盐城·学业考试）人造地球卫星的发射速度至少为（不计空气阻力）（ ）
A．7.9m/sB．7.9km/sC．11.2km/sD．16.7km/s
【答案】B
【详解】地球的第一宇宙速度等于7.9km/s，第一宇宙速度为人造地球卫星的最小发射速度。
故选B。
35．（2023高二上·山东·学业考试）如图所示，北斗卫星导航系统中，静止轨道卫星和中圆轨道卫星均绕地球做匀速圆周运动。它们的轨道高度分别为36000km和21500km。线速度大小分别为和，角速度大小分别为和，下列判断正确的是（ ）
A．＜，＜B．＞，＞
C．＞，＜D．＜，＞
【答案】A
【详解】根据万有引力提供向心力，则
解得
，
由上述结果可知，轨道半径r越大，角速度越小，线速度v就越小，所以＜，＜。
故选A。
36．（2023高二上·广西·学业考试）航天员在中国空间站“天宫课堂”上展示水球的实验如图所示，该实验中的水球（ ）
A．处于超重状态B．处于失重状态
C．在磁场作用力下悬浮D．在电场作用力下悬浮
【答案】B
【详解】水球受地球的万有引力，所受引力全部用来提供做圆周运动的向心力而处于失重状态。
故选B。
37．（2024高二·山西·学业考试）如图所示，在月球附近圆轨道上运行的嫦娥二号，到A点时变为椭圆轨道，B点是近月点，则（ ）
A．在A点变轨时，嫦娥二号必须突然加速
B．在A点变轨时，嫦娥二号必须突然减速
C．从A点运动到B点过程中，嫦娥二号受到月球的引力逐渐减小
D．从A点运动到B点过程中，嫦娥二号速度大小不变
【答案】B
【详解】AB．“嫦娥二号”从圆轨道进入椭圆轨道须减速制动。故A错误，B正确；
C．根据万有引力公式
可得从A点运动到B点过程中，距离变小，所受引力变大，故C错误；
D．根据动能定理得，从A到B的过程，万有引力做正功，则动能增大，所以A点的速度小于B点的速度，D错误。
故选B。
38．（2023高二上·江苏徐州·学业考试）牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中曾设想，在高山上水平抛出物体，若速度一次比一次大，落点就一次比一次远。当速度足够大时，物体就不会落回地面而成为人造卫星。若不计空气阻力，这个足够大的速度至少为（ ）
A．7.9 m/sB．7.9 km/sC．11.2 km/sD．16.7 km/s
【答案】B
【详解】当物体的速度大到向心力恰好等于地球的万有引力时，物体就能成为地球的卫星而不落到地球上，这个足够大的速度是地球的第一宇宙速度，大小是7.9 km/s。
故选B。
39．（2023高二上·黑龙江·学业考试）人造卫星绕地球的运动可以简化为匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A．卫星轨道的圆心可以不与地心重合
B．轨道越高，环绕速度越小
C．轨道越高，环绕速度越大
D．轨道高度变化，环绕速度不变
【答案】B
【详解】A．人造卫星绕地球的运动的向心力来源于地球的引力，引力指向地心，则卫星轨道的圆心必定与地心重合，故A错误；
BCD．根据万有引力提供向心力
可得
则轨道越高，环绕速度越小，故B正确，CD错误。
故选B。
40．（2024高二上·广东·学业考试）北斗卫星导航系统由5颗地球同步卫星和30颗其他卫星组成，则地球同步卫星（ ）
A．绕地球运行的轨道为椭圆B．运行周期与地球自转周期相同
C．可静止在南京上空D．运行方向与地球自转方向相反
【答案】B
【详解】A．地球同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道，故A错误；
B．地球同步卫星运行周期与地球自转一周的时间相等，即24小时时，故B正确；
C．地球同步卫星静止在赤道上空某处，南京不在赤道上，所以不可静止在南京上空，故C错误；
D．地球同步卫星的运行方向与地球自转方向相同，故D错误。
故选B。
41．（2022高二上·北京房山·学业考试）2022年6月5日，神舟十四号载人飞船采用自主快速交会对接模式，经过6次自主变轨，成功对接于天和核心舱径向端口。对接后的组合体绕地球做匀速圆周运动，如图所示。已知对接后的组合体质量为m，轨道半径为r，地球质量为M，半径为R，引力常量为G。对接后的组合体绕地球做匀速圆周运动时，线速度大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】由万有引力作为向心力可得
解得线速度大小为
故选D。
42．（2021高二上·广西柳州·学业考试）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。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆形轨道，轨道半径约为6800km，核心舱绕地球飞行的速度约为7.7km/s。进入圆形轨道后，核心舱绕地球一周所需时间约为（ ）
A．0.5hB．1.5hC．2.5hD．3.5h
【答案】B
【详解】核心舱绕地球一周所需时间
故选B。
43．（2023高二上·河北·学业考试）2023年12月17日，我国成功发射了一颗探测暗物质粒子的卫星。已知该卫星绕地球运营的周期为T，地球质量为M，地球半径为R，引力常量为G，假设该卫星绕地球做匀速圆周运动。则该卫星距离地面的高度为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】根据万有引力提供向心力有
解得
故选A。
44．（2024高二·山西·学业考试）2022年3月23日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课，精彩展示失重环境下的太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验。空间站物体处于失重状态，是指这个物体（ ）
A．不受地球吸引力
B．受到地球吸引力和向心力平衡
C．不受重力作用
D．受到的地球引力提供了物体做圆周运动的向心力
【答案】D
【详解】ABD．空间站中的物体处于完全失重状态，是由于地球对物体的万有引力提供它们围绕地球做圆周运动的向心力，故AB错误，D正确；
C．万有引力的分力提供重力，物体仍受重力作用，故C错误。
故选D。
45．（2023高二上·天津红桥·学业考试）“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间站成功实现自动交会对接，在对接之前的某段时间内，“神舟十一号”和“天宫二号”分别在圆形轨道Ⅰ和Ⅱ上做匀速圆周运动，如图所示，在这段时间内（ ）
A．“神舟十一号”的运行速度小于7.9km/s
B．“神舟十一号”比“天宫二号”角速度小
C．“神舟十一号”比“天宫二号”线速度小
D．“神舟十一号”比“天宫二号”周期大
【答案】A
【详解】根据
可知
A．“神舟十一号”的运行轨道半径大于地球的半径，可知其速度小于7.9km/s，选项A正确；
B．“神舟十一号” 的运行轨道半径比“天宫二号”小，则角速度较大，选项B错误；
C．“神舟十一号” 的运行轨道半径比“天宫二号”小，则线速度较大，选项C错误；
D．“神舟十一号” 的运行轨道半径比“天宫二号”小，则周期较小，选项D错误。
故选A。
46．（2023高二上·江苏常州·学业考试）北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，则对其描述正确的是（ ）
A．该卫星可经过江苏省常州市上空B．其运行周期比地球自转周期大
C．其角速度等于地球自转角速度D．可停留在离地任意高度处
【答案】C
【详解】地球静止轨道卫星其运行周期等于地球自转周期，其角速度等于地球自转角速度；地球静止轨道卫星只能停留在赤道的正上方，所以该卫星不可以经过江苏省常州市上空；根据万有引力提供向心力可得
可得
可知地球静止轨道卫星离地面的高度是一定的。
故选C。
47．（2023高二下·福建·学业考试）在轨运行的中国空间站和地球同步卫星，可近似看成绕地球做匀速圆周运动。中国空间站的轨道半径比地球同步卫星的轨道半径小，则中国空间站绕地球运行的周期（ ）
A．等于24小时B．等于地球同步卫星的周期
C．小于地球同步卫星的周期D．大于地球同步卫星的周期
【答案】C
【详解】根据万有引力提供向心力可得
可得
由于中国空间站的轨道半径比地球同步卫星的轨道半径小，则中国空间站绕地球运行的周期小于地球同步卫星的周期，即小于24小时。
故选C。
48．（2023高二上·江苏淮安·学业考试）在一次海空军事力量搜救行动中，紧急调动了21颗卫星参与搜寻，“调动”卫星的措施之一就是减小卫星环绕地球运动的轨道半径，降低卫星运行的高度，以有利于发现地面（或海洋）目标。下列说法正确的是（ ）
A．轨道半径减小后，卫星的环绕速度减小
B．轨道半径减小后，卫星的环绕速度增大
C．轨道半径减小后，卫星的加速度减小
D．轨道半径减小后，卫星的环绕周期增大
【答案】B
【详解】AB．根据牛顿第二定律得
解得
所以轨道半径减小后，卫星的环绕速度增大，故A错误，B正确；
C．根据牛顿第二定律得
解得
a＝
所以轨道半径减小后，卫星的加速度增大，故C错误；
D．根据牛顿第二定律得
解得
所以轨道半径减小后，卫星的环绕周期减小，故D错误。
故选B。
49．（2023高二上·浙江·学业考试）如图所示，我国“北斗卫星导航系统”由5颗地球同步轨道卫星和30颗非同步卫星组成，卫星轨道为圆形，运行半径有大有小，下面说法正确的是（ ）
A．卫星轨道半径越大，线速度越小
B．卫星轨道半径越大，角速度越大
C．5颗地球同步卫星中可能有一颗静止在北京上空
D．5颗地球同步卫星受到的引力大小一定相等
【答案】A
【详解】AB．由万有引力作为向心力可得
可得
故卫星轨道半径越大，线速度越小，角速度越小，A正确，B错误；
C．同步卫星必须定位在赤道上方固定高度处，C错误；
D．5颗地球同步卫星虽然轨道半径相同，但卫星质量不一定相同，故受到的引力大小不一定相等，D错误。
故选A。
50．（2024高二·江苏盐城·学业考试）如图所示，在地面附近要发射一颗绕地球运行的卫星，发射速度（ ）
A．v