2022-2024年高考物理試題分類匯編：宇宙速度與航天（含解析）

10宇宙速度S瓶夭

富鋁曾旗。廛題制

考點三年考情（2022-2024）命題趨勢

2024年高考江西卷:兩個質(zhì)量相同的衛(wèi)星繞月球

做勻速圓周運(yùn)動。

2024年1月選考浙江卷：2023年12月9日“朱

雀二號”運(yùn)載火箭順利將“鴻鵠衛(wèi)星”發(fā)射。

考點1宇宙速2024年高考甘肅卷:天宮空間站測量重力加速度

1.宇宙速度和航天中高考考查的

度和衛(wèi)星的運(yùn)實驗。

知識點主要有：宇宙速度，衛(wèi)星的

動2023年高考江蘇卷:發(fā)射能在月球繞地球運(yùn)動的

運(yùn)動，衛(wèi)星的發(fā)射、變軌和返回；

（5年5考）軌道上穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星。

天宮空間站；月球探測、火星探測。

2023年全國高考新課程卷：貨運(yùn)飛船天舟六號，

2.宇宙速度的考查主要是對宇宙

順利對接中國空間站。

速度的理解，第一宇宙速度是發(fā)射

2022年山東物理卷：“羲和號”衛(wèi)星繞地球勻速

繞地球運(yùn)動的最小發(fā)射速度；

圓周運(yùn)動。

7.9km/s是繞地球做勻速圓周運(yùn)動

2024年高考湖南卷：2024年5月3日“嫦娥六

的最大環(huán)繞速度。

號”探測器順利進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道；

3.衛(wèi)星繞地球勻速圓周運(yùn)動，萬有

2022年1月浙江選考卷：“天問一號”從地球發(fā)

引力提供向心力，其軌道的圓心是

射后變軌。

地球球心。

2023年高考北京卷：我國綜合性太陽探測衛(wèi)星

考點2航天和4.空間站、月球探測、火星探測涉

“夸父一號”成功發(fā)射，實現(xiàn)了對太陽探測的跨

宇宙探測及的知識點多，綜合性強(qiáng)，是高考

越式突破.“夸父一號”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周

（5年5考）熱點。

運(yùn)動。

2022年6月浙江選考：神州十三號飛船采用“快

速返回技術(shù)”。

竊窗紛綴。闔滔送溫

考點01宇宙速度和衛(wèi)星的運(yùn)動

1.（2024年高考江西卷）兩個質(zhì)量相同的衛(wèi)星繞月球做勻速圓周運(yùn)動，半徑分別為4、G，則動能和周期

的比值為（）

昂=G工=

紜2r\T?紜2GI

【參考答案】A

【名師解析】

兩個質(zhì)量相同的衛(wèi)星繞月球做勻速圓周運(yùn)動，則月球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力，設(shè)月球的質(zhì)量為M,

衛(wèi)星的質(zhì)量為m,則半徑為ri的衛(wèi)星有

「Mmv?4兀之

G—-——

彳彳北

半徑為r2的衛(wèi)星有

「Mmv]4兀?

CJ——=m-=m——r2

rir2T2

1

再根據(jù)動能￡k=~mv29,可得兩衛(wèi)星動能和周期的比值分別為

2

故選Ao

2.（2024年1月選考浙江卷）如圖所示，2023年12月9日“朱雀二號”運(yùn)載火箭順利將“鴻鵠衛(wèi)星”等

三顆衛(wèi)星送入距離地面約500km的軌道。取地球質(zhì)量6.0x1024kg,地球半徑6.4x1（Pkm,引力常量

6.67xlO-11N-m2/kg2o下列說法正確的是（）

A.火箭的推力是空氣施加的

B.衛(wèi)星的向心加速度大小約8.4m/s?

C.衛(wèi)星運(yùn)行的周期約12h

D.發(fā)射升空初始階段，裝在火箭上部的衛(wèi)星處于失重狀態(tài)

【參考答案】B

【名師解析】

根據(jù)反沖現(xiàn)象的原理可知，火箭向后噴射燃?xì)獾耐瑫r，燃?xì)鈺o火箭施加反作用力，即推力，故A錯誤;

根據(jù)萬有引力定律可知衛(wèi)星的向心加速度大小為

FGM。，/2

a=——=----7~8.4m/s

m（R+h￥

故B正確；

衛(wèi)星運(yùn)行的周期為

7=2兀\陛應(yīng)-1.611

VGM

故C錯誤；

發(fā)射升空初始階段，火箭加速度方向向上，裝在火箭上部的衛(wèi)星處于超重狀態(tài)，故D錯誤。

3.（2024年高考甘肅卷）小杰想在離地表一定高度的天宮實驗室內(nèi)，通過測量以下物理量得到天宮實驗室

軌道處的重力加速度，可行的是

A.用彈簧秤測出已知質(zhì)量的祛碼所受的重力

B.測量單擺擺線長度，擺球半徑以及擺動周期

C.處高處釋放一個重物，測量其下落高度和時間

D.測量天宮實驗室繞地球做勻速圓周運(yùn)動的周期和軌道半徑

【參考答案】D

【名師解析】天宮實驗室繞地球做勻速圓周運(yùn)動，處于完全失重狀態(tài)，與重力相關(guān)的實驗ABC都不行。測

,cMm7J24)

量天宮實驗室繞地球做勻速圓周運(yùn)動的周期和軌道半徑,由G----7/n+h)—,

(R+獷\T)

Mm27

G----。=mg聯(lián)立解得g=(R+h)|,D正確。

(R+hy

4.（2023年高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試）設(shè)想將來發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，能在月球繞地球運(yùn)動的軌道上穩(wěn)

定運(yùn)行，該軌道可視為圓軌道.該衛(wèi)星與月球相比，一定相等的是（）

A.質(zhì)量B.向心力大小

C.向心加速度大小D.受到地球的萬有引力大小

【參考答案】C

【名師解析】

皿皿—Mm—GM

根據(jù)G——-ma,可得1aa-——

rr~

因該衛(wèi)星與月球的軌道半徑相同，可知向心加速度相同；因該衛(wèi)星的質(zhì)量與月球質(zhì)量不同，則向心力大小

以及受地球的萬有引力大小均不相同。C正確。

5.（2023高考海南卷）如圖所示,1、2軌道分別是天宮二號飛船在變軌前后的軌道，下列說法正確的是（）

1

A.飛船從1軌道變到2軌道要點火加速

B.飛船在1軌道周期大于2軌道周期

C.飛船在1軌道速度大于2軌道

D.飛船在1軌道加速度大于2軌道

【參考答案】ACD

【名師解析】

飛船從較低的軌道1進(jìn)入較高的軌道2要進(jìn)行加速做離心運(yùn)動才能完成，選項A正確;

2

「Mmv4/

根據(jù)G——=m——=m——r=ma

r2rT2

可知飛船在軌道1的周期小于在軌道2的周期，在軌道1的速度大于在軌道2的速度，在軌道1的加速度

大于在軌道2的加速度，故選項B錯誤，CD正確。

6.（2023全國高考新課程卷）2023年5月，世界現(xiàn)役運(yùn)輸能力最大的貨運(yùn)飛船天舟六號，攜帶約5800kg

的物資進(jìn)入距離地面約400km（小于地球同步衛(wèi)星與地面的距離）的軌道，順利對接中國空間站后近似做

勻速圓周運(yùn)動。對接后，這批物資（）

A.質(zhì)量比靜止在地面上時小

B.所受合力比靜止在地面上時小

C.所受地球引力比靜止在地面上時大

D.做圓周運(yùn)動的角速度大小比地球自轉(zhuǎn)角速度大

【參考答案】D

【名師解析】根據(jù)質(zhì)量的物理意義可知，質(zhì)量不變，A錯誤；根據(jù)萬有引力定律，可知在距離地面400km

的軌道上所受合力提供向心力，而靜止在地面上所受合力幾乎為零，B錯誤；根據(jù)萬有引力定律，可知在距

離地面400km的軌道上所受地球引力小于靜止在地面時所受萬有引力，C錯誤；在距離地面400km的軌道

上做勻速圓周運(yùn)動的周期小于地球自轉(zhuǎn)周期，根據(jù)周期與角速度成反比可知，在距離地面400km的軌道上

做勻速圓周運(yùn)動的角速度大于地球自轉(zhuǎn)角速度，D正確。

7.（2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試）2022年3月，中國空間站“天宮課堂”再次開講，授課期間利用了我

國的中繼衛(wèi)是系統(tǒng)進(jìn)行信號傳輸，天地通信始終高效穩(wěn)定。已知空間站在距離地面400公里左右的軌道上

運(yùn)行，其運(yùn)動視為勻速圓周運(yùn)動，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)中某衛(wèi)星是距離地面36000公里左右的地球靜止軌道衛(wèi)星

（同步衛(wèi)星），則該衛(wèi)星（）

A,授課期間經(jīng)過天津正上空

B.加速度大于空間站的加速度

C.運(yùn)行周期大于空間站的運(yùn)行周期

D.運(yùn)行速度大于地球的第一宇宙速度

【參考答案】C

【命題意圖】本題考查萬有引力與航天、牛頓運(yùn)動定律、宇宙速度及其相關(guān)知識點。

【名師解析】

該衛(wèi)星在地球靜止軌道衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）上，處于赤道平面上，不可能經(jīng)過天津正上空，A錯誤;

BCD.衛(wèi)星正常運(yùn)行，由萬有引力提供向心力G^=掰上=加（2工）2廠=加。

r2rT

由于該衛(wèi)星軌道半徑大于空間站半徑，故加速度小于空間站的加速度；運(yùn)行周期大于空間站的運(yùn)行周期;

第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度，則該衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于地球的第一宇宙速度。BD錯誤，C正確。

8.（2022新高考福建卷）2021年美國“星鏈”衛(wèi)星曾近距離接近我國運(yùn)行在距地390km近圓軌道上的天

宮空間站。為避免發(fā)生危險，天宮空間站實施了發(fā)動機(jī)點火變軌的緊急避碰措施。已知質(zhì)量為m的物體從

Mm

距地心r處運(yùn)動到無窮遠(yuǎn)處克服地球引力所做的功為G——，式中M為地球質(zhì)量，G為引力常量；現(xiàn)將空

r

間站的質(zhì)量記為加°,變軌前后穩(wěn)定運(yùn)行的軌道半徑分別記為《、G，如圖所示?？臻g站緊急避碰過程發(fā)動

機(jī)做的功至少為（）

A.—GMm----------

2n"

(11)

B.GMm0---------

5V

3(11)

C.-GMm0---------

25幻

(11)

D.2GMm0---------

【參考答案】A

【命題意圖】此題考查動能定理、萬有引力、牛頓運(yùn)動定律、引力做功及其相關(guān)知識點。

【名師解析】

空間站緊急避碰的過程可簡化為加速、變軌、再加速的三個階段；空間站從軌道4變軌到4過程，根據(jù)動

能定理有齡％|力=AEk

依題意可得引力做功力=G竺%-G竺國

丫2ri

萬有引力提供在圓形軌道上做勻速圓周運(yùn)動的向心力，由牛頓第二定律有

求得空間站在軌道上運(yùn)動的動能為￡k=G絲國

2r

動能的變化AEk=G^?—G華，解得少=空也［工一選項A正確。

2々2〃2""

9.（2022年山東物理卷）“羲和號”是我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星。如圖所示，該衛(wèi)星圍繞地球

的運(yùn)動視為勻速圓周運(yùn)動，軌道平面與赤道平面接近垂直。衛(wèi)星每天在相同時刻，沿相同方向經(jīng)過地球表

面A點正上方，恰好繞地球運(yùn)行。圈。已知地球半徑為地軸R,自轉(zhuǎn)周期為了，地球表面重力加速度為g,

則“羲和號”衛(wèi)星軌道距地面高度為（）

【參考答案】C

【命題意圖】本題考查萬有引力定律、牛頓運(yùn)動定律、圓周運(yùn)動及其相關(guān)知識點。

【名師解析】

GMm

地球表面的重力加速度為g,根據(jù)牛頓第二定律得=mg

R2

解得GM—gR2

根據(jù)題意可知，衛(wèi)星的運(yùn)行周期為T'=—

n

GMm47r2

根據(jù)牛頓第二定律，萬有引力提供衛(wèi)星運(yùn)動的向心力，則有=加產(chǎn)（氏+力）

（7?+/z）2

IgRT?

聯(lián)立解得。=也選項C正確。

4〃27r2

10..（2022?全國理綜乙卷?14）2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400km

的“天宮二號”空間站上通過天地連線，為同學(xué)們上了一堂精彩的科學(xué)課。通過直播畫面可以看到，在近地圓

軌道上飛行的“天宮二號"中，航天員可以自由地漂浮，這表明他們（）

A.所受地球引力的大小近似為零

B.所受地球引力與飛船對其作用力兩者的合力近似為零

C.所受地球引力的大小與其隨飛船運(yùn)動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隨飛船運(yùn)動所需向心力的大小

【參考答案】C

【名師解析】航天員在空間站中所受萬有引力完全提供做圓周運(yùn)動的向心力，飛船對其作用力等于零，故C

Mm

正確，錯誤；根據(jù)萬有引力公式馬

AB=G尸

可知在地球表面上所受引力的大小大于在飛船所受的萬有引力大小，因此地球表面引力大于其隨飛船運(yùn)動

所需向心力的大小，故D錯誤。

考點02航天和宇宙探測

1.（2024年高考湖南卷）2024年5月3日，“嫦娥六號”探測器順利進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，正式開啟月球之

旅。相較于“嫦娥四號”和“嫦娥五號”，本次的主要任務(wù)是登陸月球背面進(jìn)行月壤采集并通過升空器將

月壤轉(zhuǎn)移至繞月運(yùn)行的返回艙，返回艙再通過返回軌道返回地球。設(shè)返回艙繞月運(yùn)行的軌道為圓軌道，半

徑近似為月球半徑。己知月球表面重力加速度約為地球表面的月球半徑約為地球半徑的關(guān)于返回

艙在該繞月軌道上的運(yùn)動，下列說法正確的是（）

A.其相對于月球的速度大于地球第一宇宙速度

B.其相對于月球的速度小于地球第一宇宙速度

c.其繞月飛行周期約為地球上近地圓軌道衛(wèi)星周期的點倍

D.其繞月飛行周期約為地球上近地圓軌道衛(wèi)星周期的，1倍

【參考答案】BD

【名師解析】

返回艙在該繞月軌道上運(yùn)動時萬有引力提供向心力，且返回艙繞月運(yùn)行的軌道為圓軌道，半徑近似為月球

半徑，則有

GT—=加力

一月哨

其中在月球表面萬有引力和重力的關(guān)系有

/股

G2=mgfi

聯(lián)立解得

v月="g月4

由于第一宇宙速度為近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，同理可得

V地=Jg地/

代入題中數(shù)據(jù)可得

■\/~6

v月二五？地

故A錯誤、B正確;

根據(jù)線速度和周期的關(guān)系有

T=^.r

V

根據(jù)以上分析可得

故C錯誤、D正確;

2.（2022年1月浙江選考）“天問一號”從地球發(fā)射后，在如圖甲所示的P點沿地火轉(zhuǎn)移軌道到Q點，再

依次進(jìn)入如圖乙所示的調(diào)相軌道和停泊軌道，則天間一號（）

A.發(fā)射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間

B.從P點轉(zhuǎn)移到Q點的時間小于6個月

C.在環(huán)繞火星的停泊軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上小

D.在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動時的速度均大于地球繞太陽的速度

【參考答案】C

【名師解析】因發(fā)射的衛(wèi)星要能變軌到繞太陽轉(zhuǎn)動，則發(fā)射速度要大于第二宇宙速度，即發(fā)射速度介于

11.2km/s與16.7km/s之間，故A錯誤；因P點轉(zhuǎn)移到Q點的轉(zhuǎn)移軌道的半長軸大于地球公轉(zhuǎn)軌道半徑，則

其周期大于地球公轉(zhuǎn)周期（1年共12個月），則從P點轉(zhuǎn)移到Q點的時間為軌道周期的一半時間應(yīng)大于6

個月，故B錯誤；因在環(huán)繞火星的停泊軌道的半長軸小于調(diào)相軌道的半長軸，則由開普勒第三定律可知在

環(huán)繞火星的停泊軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上小，故C正確；衛(wèi)星從P點變軌時，要加速增大速度，此

后做離心運(yùn)動速度減小，則在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動時的速度P點速度大于地球繞太陽的速度，故D錯誤；

故選Co

3.（2022年6月浙江選考）神州十三號飛船采用“快速返回技術(shù)”，在近地軌道上，返回艙脫離天和核心艙,

在圓軌道環(huán)繞并擇機(jī)返回地面。則

A.天和核心艙所處的圓軌道距地面高度越高，環(huán)繞速度越大

B.返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài)，不受地球的引力

C.質(zhì)量不同的返回艙與天和核心艙可以在同一軌道運(yùn)行

D.返