2026年高考物理二轮复习命题热点情境2航天工程类情境专项训练

试卷更新日期：2026-04-15 类型：二轮复习

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一、单项选择题

1. 轨道舱与返回舱的组合体，绕质量为M的行星做半径为r的圆周运动。轨道舱与返回舱的质量比为5∶1。如图所示，轨道舱在P点沿运动方向向前弹射返回舱。分开瞬间返回舱相对行星的速度大小为2 $\sqrt{\frac{G M}{r}}$ ， G为引力常量。此时轨道舱相对行星的速度大小为（　　）

A、 $\frac{2}{5} \sqrt{\frac{G M}{r}}$ B、 $\frac{3}{5} \sqrt{\frac{G M}{r}}$ C、 $\frac{4}{5} \sqrt{\frac{G M}{r}}$ D、 $\sqrt{\frac{G M}{r}}$

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2. 国际空间站将在2030年左右退役，届时中国天宫空间站将成为世界上唯一的空间站，继续承载着人类的太空梦想。天宫空间站在距地面约400km高的近圆轨道上运行，大约每90min绕地球运动一周。下列关于天宫空间站说法正确的是（　　）

A、空间站运行的角速度小于地球自转的角速度 B、空间站的运行速度小于同步卫星的运行速度 C、在空间站内进行科学实验时托盘天平可正常使用 D、空间站内的航天员在24小时内大约可以观测到16次日出和日落

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3. 如图所示，“天舟七号”货运飞船成功对接空间站“天和”核心舱。对接后，“天舟七号”与空间站组成组合体，运行在离地高度约为400km的圆形轨道上，下列说法正确的是（　　）

A、组合体的周期约为24小时 B、组合体的速度小于同地球步卫星的速度 C、组合体的能量小于地球同步卫星的能量 D、组合体的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度

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4. 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

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5. 中国自行研制的北斗导航系统目前在轨卫星总数已达数十颗，北斗系统的卫星包括地球静止轨道卫星和中圆地球轨道卫星等。如图Ⅰ是中圆地球卫星轨道，Ⅲ是地球静止卫星轨道，其轨道半径的关系为 $r_{Ⅲ} = 3 r_{Ⅰ}$ ， Ⅱ是连接两个轨道的椭圆过渡轨道，P、Q是过渡轨道与两个圆轨道的切点。以下说法正确的是（　　）

A、一飞船从轨道Ⅰ过渡到轨道Ⅲ，需要在P、Q两点向与运动方向相同的方向喷气来获得加速 B、飞船在轨道Ⅱ上运动到Q点时的速率要大于地球第一宇宙速度 C、同一卫星在轨道Ⅰ与轨道Ⅲ上的动能之比为 $\sqrt{3} : 1$ D、若已知地球的自转周期，则可算出飞船从P运动到Q的时间

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6. 2025年10月26日，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将高分十四号02星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。如图所示为其发射过程的模拟图。卫星先进入圆轨道Ⅰ做匀速圆周运动，再经椭圆轨道Ⅱ，最终进入圆轨道Ⅲ做匀速圆周运动，轨道Ⅱ分别与轨道Ⅰ、轨道Ⅲ相切于P、Q两点。已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，下列说法正确的是（　　）

A、卫星在轨道Ⅱ上从P点运动到Q点的过程中，地球对卫星的引力做正功 B、地球的密度为 $\frac{4 g}{3 π G R}$ C、在轨道Ⅱ上经过Q点的加速度小于在轨道Ⅲ上经过Q点的加速度 D、卫星在轨道Ⅱ上的运行周期小于在轨道Ⅲ上的运行周期

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7. 2025年1月13日，“微厘空间01组”的10颗卫星在山东海阳附近海域成功发射升空并顺利进入预定轨道。该组网卫星的轨道离地高度大都在695～708 km之间，可以近似为圆轨道。已知卫星组中标识符为“2025—007E”的04星的轨道半径为R₁ ，绕地球做圆周运动的周期为T₁ ，地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径为R₂ ，周期为T₂ ，引力常量为G ，则下列说法正确的是（　　）

A、 $\frac{{R_{1}}^{3}}{{T_{1}}^{2}}$ ＝ $\frac{{R_{2}}^{3}}{{T_{2}}^{2}}$ B、由T₂、R₂和G能求地球的密度 C、地球质量与太阳质量的比值为 $\frac{{R_{1}}^{3} {T_{2}}^{2}}{{R_{2}}^{3} {T_{1}}^{2}}$ D、地球质量与太阳质量的比值为 $\frac{{R_{2}}^{3} {T_{1}}^{2}}{{R_{1}}^{3} {T_{2}}^{2}}$

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8. 神舟二十一号任务预计将于2025年下半年发射，执行中国空间站乘组轮换任务，中国空间站已进入常态化运营阶段，每年执行1-2次载人飞行任务。如图，1、2、3、4、5为地球上发射的卫星轨道，轨道1为近地轨道，地球的半径为 $6400 km$ ，轨道3是一端近地的椭圆轨道，轨道4卫星的发射速度是 $11.2 km / s$ ，轨道5卫星的发射速度是 $16.7 km / s$ ，下列说法错误的是（　　）

A、轨道1卫星运行周期约 $120 min$ ，向心加速度大小约为 $9.8 m / s^{2}$ B、轨道3卫星在近地点的速度必大于 $7.9 km / s$ C、轨道4卫星的发射速度，可以使卫星克服地球引力，永远离开地球 D、轨道5卫星可以脱离太阳系

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9. 在2024年的珠海航展上，太空电梯的概念模型引起了观众的浓厚兴趣。太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备，它的主体是一个连接太空站和地球表面的超级缆绳，可以用来将人和货物从地面运送到太空站。为了平衡缆绳对同步空间站的拉力，需要在比地球同步空间站更高的地方连接一个配重空间站，如图所示。已知地球质量为 $M_{0}$ ，同步空间站的质量为 $M_{1}$ ，轨道半径为 $r_{1}$ ，配重空间站的质量为 $M_{2}$ ，轨道半径为 $r_{2}$ ，地球的自转周期为 $T$ ，则缆绳对配重空间站的拉力 $F$ （不计同步空间站与配重空间站间的引力）（　　）

A、 $M_{2} \frac{4 π^{2}}{T^{2}} r_{2} - \frac{G M_{0} M_{2}}{r_{2}^{2}}$ B、 $M_{1} \frac{4 π^{2}}{T^{2}} r_{2} - \frac{G M_{0} M_{1}}{r_{1}^{2}}$ C、 $\frac{G M_{0} M_{2}}{r_{2}^{2}} - M_{2} \frac{4 π^{2}}{T^{2}} r_{2}$ D、 $\frac{G M_{0} M_{1}}{r_{1}^{2}} - M_{1} \frac{4 π^{2}}{T^{2}} r_{2}$

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10. 如图所示，在空间站伸出的机械臂外端安置一微型卫星，微型卫星与空间站一起绕地球做匀速圆周运动，且微型卫星、空间站和地球中心始终位于同一直线。忽略空间站和微型卫星的尺寸及它们之间的万有引力，则（　　）

A、微型卫星的线速度比空间站的小 B、微型卫星的加速度比空间站的小 C、机械臂对微型卫星的作用力大小为零 D、机械臂对微型卫星的作用力大小不为零，方向指向地心

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11. 神舟十九号载人飞船与中国空间站在2024年10月顺利实现第五次“太空会师”，飞船太空舱与空间站对接成为整体，对接后的空间站整体仍在原轨道稳定运行，则对接后的空间站整体相对于对接前的空间站（　　）

A、所受地球的万有引力变大 B、在轨飞行速度变大 C、在轨飞行周期变大 D、在轨飞行加速度变大

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12. 在国产科幻电影《流浪地球2》中，太空电梯是其重要的科幻元素，其结构主要由地面基座、缆绳、空间站、平衡锤、运载舱组成，如图所示。地面基座为缆绳的起始段，主要起到固定作用，空间站位于距离地表36000km的地球静止同步卫星轨道，并在距离地表90000km的尾端设置了平衡锤，空间站、平衡锤、地面基座之间由若干碳纳米缆绳垂直连接，运载舱可沿缆绳上下运动。已知空间站、平衡锤与地球自转保持同步，则（　　）

A、平衡锤的加速度小于空间站的加速度 B、平衡锤的线速度小于空间站的线速度 C、平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力 D、若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，平衡锤将坠落地面

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二、多项选择题

13. 为完成某种空间探测任务，需要在太空站上发射空间探测器，探测器通过向后喷气而获得反冲力使其加速．已知探测器的质量为M，每秒钟喷出的气体质量为m，喷射气体的功率恒为P，不计喷气后探测器的质量变化．则( )

A、喷出气体的速度为 $\sqrt{\frac{P}{m}}$ B、喷出气体的速度为 $\sqrt{\frac{2 P}{m}}$ C、喷气Δt秒后探测器获得的动能为 $\frac{m P Δ t^{2}}{M}$ D、喷气Δt秒后探测器获得的动能为 $\frac{m P Δ t^{2}}{2 M}$

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三、计算题

14. 如图所示为质量 $m = 200 kg$ 的月球探测器，在执行探测任务时悬停的高度 $h_{1} = 35 m$ 。探测器完成任务后关闭发动机自由下落，当速度达到 $v = 8 m/s$ 时立即启动发动机提供升力，探测器向下匀减速运动，当速度减小到零时，探测器离月球表面的高度 $h_{2} = 5 m$ ，此时再次关闭发动机，探测器最终安全达到月球表面。已知月球表面的重力加速度g取 $1.6 {m/s}^{2}$ 。
(1)求探测器到达月球表面时速度的大小；
(2)求探测器减速过程中发动机提供升力的大小；
(3)求探测器整个下落过程所用的总时间。

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15. “嫦娥五号”探测器是中国首个实施无人月面取样的航天器，其发射的简化过程如图。先将探测器送入近地圆轨道Ⅰ，在近地点多次变轨后依次进入椭圆轨道Ⅱ和地月转移轨道。被月球俘获后，再多次变轨进入近月圆轨道Ⅲ。已知轨道Ⅱ远地点和近地点到地心距离之此为a，探测器在轨道Ⅰ和轨道Ⅲ运行的周期之比为b，求：
（1）地球和月球的平均密度之比；
（2）探测器在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ运行的周期之比。

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16. 天体沿椭圆轨道的运动在宇宙中普遍存在。对天体沿椭圆轨道运动的研究，为预测彗星回归、设计卫星轨道等实际应用提供了理论支撑。已知引力常量为 $G$ 。

(1)、某彗星的运行轨道为椭圆，对彗星沿椭圆轨道的运动进行如下研究：
如图所示， $A$ 、 $B$ 两点分别是彗星的近日点和远日点，两点到太阳中心 $O$ 点的距离分别为 $r_{A}$ 和 $r_{B}$ 。已知太阳和彗星的质量分别为 $M$ 和 $m$ ，不考虑其他天体的影响。
a.求彗星运动至近日点 $A$ 时的加速度大小 $a_{A}$ 。
b.在分析质点沿椭圆轨道运动时，可以把其轨迹分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可看作圆周运动的一部分（圆的半径称作曲率半径，可以描述轨迹上某位置的弯曲程度），这样就可以采用圆周运动的分析方法来处理质点经过椭圆轨道上某点的运动。已知椭圆轨道上 $A$ 点处的曲率半径 $ρ = \frac{2 r_{A} r_{B}}{r_{A} + r_{B}}$ ，质量分别为 $m_{1}$ 和 $m_{2}$ 、距离为 $R$ 的两个质点间的引力势能 $E_{p} = - G \frac{m_{1} m_{2}}{R}$ 。求彗星在椭圆轨道上 $A$ 点处的机械能 $E$ 。

(2)、航天工程师可以通过改变卫星的速度来调整其运动轨道，完成复杂的太空任务。当卫星绕地球运动到图所示半径为 $r_{0}$ 的圆轨道的某点时，短时间启动卫星发动机，使卫星再获得一个背离地心 $O^{'}$ 、大小为其切向速度一半的径向速度，卫星将沿以 $O^{'}$ 为焦点的椭圆轨道绕地球运动。不考虑卫星质量的变化。在（1）b研究的基础上，论证椭圆轨道的半长轴 $a$ 与 $r_{0}$ 的关系。

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