2022高考物理总复习专题天体运动的三大难点破解1深度剖析卫星的变轨同步练习
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1、2022高考物理总复习专题天体运动的三大难点破解1深度剖析卫星的变轨同步练习(答题时间:30分钟)1. 一宇宙飞船沿椭圆轨道绕地球运行,机械能为E,通过远地点P时,速度为v,加速度大小为a,如图所示,当飞船运动到P时实施变轨,转到圆形轨道上运行,则飞船在轨道上运行时,下列说法不正确的是()A. 速度大于v B. 加速度大小为aC. 机械能等于E D. 机械能大于E2. 我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站。如下图所示,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下经椭圆轨道向月球靠近,并将与空间站在B处对接。已知空间站绕月轨道半径为r,周期为T,万有引力常量为G,下列说法中正确的是( )A.
2、图中航天飞机在飞向B处的过程中,月球引力做正功B. 航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道必须点火减速C. 根据题中条件可以算出月球质量D. 根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小3. 2011年9月29日,“天宫一号”顺利升空,11月1日,“神舟八号”随后飞上太空,11月3日凌晨,“神八”与离地高度343km轨道上的“天宫一号”对接形成组合体,中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功,为建立太空实验室空间站迈出了关键一步。设对接后的组合体在轨道上做匀速圆周运动,则下列说法中正确的是( )A. 对接前,“神舟八号”欲追上“天宫一号”,可以在同一轨道上点火加速B. 对接后,“天宫一号”的速
3、度大于第一宇宙速度C. 对接后,“天宫一号”的运行周期小于地球同步卫星的周期D. 今后在“天宫一号”内工作的宇航员因受力平衡而在其中悬浮或静止4. 2013年6月11日17时38分,我国在酒泉卫星发射中心准时发射了“神舟十号”飞船。经过几次变轨后进入预定轨道与“天宫一号”对接,如下图所示,飞船由近地圆轨道l处发动机向后喷气通过椭圆轨道2变轨到远地圆轨道3。轨道1与轨道2相切于a点,轨道2与轨道3相切于b点。完成预定任务后安全返回。则下面说法正确的是( )A. 在轨道1上运行的角速度小于轨道3上运行的角速度B. 在轨道1上过 a 点时的速度大于轨道2上过 a 点时的速度C. 在轨道3上过 b 点
4、时的加速度大于轨道2上过 b 点时的加速度D. 在轨道2上运动时做无动力飞行,从 a 点到 b 点机械能守恒5. 我国“嫦娥一号”探月卫星发射后,先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时);然后,经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”;最后奔向月球。如果按圆形轨道计算,并忽略卫星质量的变化,则在每次变轨完成后与变轨前相比( )A. 卫星速度增大,角速度减小 B. 卫星速度增大,角速度增大 C. 卫星速度减小,角速度增加 D. 卫星速度减小,角速度减小6. 据美国媒体报道,美国和俄罗斯的两颗通信卫星于今年2月11日在西伯利亚上空相撞。这是人类有史以来的首次卫星碰
5、撞事件。发生碰撞的地点位于西伯利亚上空490英里(约790公里),恰好比国际空间站的轨道高270英里(434公里)。这是一个非常用的轨道,是用来远距离探测地球和卫星电话的轨道。则以下相关说法中,正确的是( )A. 碰撞后的碎片若受大气层的阻力作用,轨道半径将变小,则有可能与国际空间站相碰撞B. 在碰撞轨道上运行的卫星的周期比国际空间站的周期小C. 发射一颗到碰撞轨道运行的卫星,则发射速度要大于11.2kmsD. 在同步轨道上,若后面的卫星加速,将有可能与前面的卫星相碰撞7. 探月卫星在空中运动的简化示意图如下。卫星由地面发射后,经过发射轨道进入停泊轨道,在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,再
6、次调速后进入工作轨道。已知卫星在停泊轨道和工作轨道运行半径分别为r和r1,地球半径为R,月球半径为R1,地球表面重力加速度为g,月球表面重力加速度为。求:(1)卫星在停泊轨道上运行的线速度;(2)卫星在工作轨道上运行的周期。8. “神州六号”飞船的成功飞行为我国在2010年实现探月计划“嫦娥工程”获得了宝贵的经验。如图所示,假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g,飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道运动,到达轨道的A点点火变轨进入椭圆轨道,到达轨道的近月点B再次点火进入月球近月轨道并绕月球做圆周运动。求:(1)飞船在轨道上的运行速率; (2)飞船在轨道绕月球运行一周所需的时间。1. C 解
7、析:卫星要从低轨道到高轨道,需要加速然后做离心运动,所以轨道上运行的速度大于v,故A正确;根据万有引力提供向心力,即可得:,M、r不变,所以加速度大小仍为a,故B正确;飞船在轨道上的远地点P要点火加速,做离心运动才能变轨到轨道上运行,运行的速度大于v,动能增加,克服引力做功,势能增加,机械能要增大。所以C错误,D正确。2. ABC 解析:因为航天飞机离月球越来越近,所以在飞向B处的过程中,月球引力做正功;航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站圆轨道必须点火减速;根据可知若已知空间站绕月球做圆周运动的周期T和半径r可算出月球的质量M;由于没有空间站的质量,所以不能算出空间站受到月球引力的大小。选项A
8、、B、C正确。3. C 解析:对接前,“神舟八号”欲追上“天宫一号”,若在同一轨道上点火加速,则“神舟八号”必然做离心运动脱离圆轨道,因而不能实现对接;对接后,“天宫一号”的速度小于第一宇宙速度;因为“天宫一号”的运行轨道远低于地球同步卫星,根据,解得,可知对接后,“天宫一号”的运行周期小于地球同步卫星的周期;在“天宫一号”内工作的宇航员因失重而在其中悬浮。选项C正确。4. D 解析:在1、3轨道上,根据,所以在轨道1上运行的角速度大于轨道3上运行的角速度;按照变轨问题,在轨道1上过 a 点时通过加速才能进入轨道2,所以在轨道1上过 a 点时的速度小于轨道2上过 a 点时的速度;在轨道3上过
9、b 点时和轨道2上过 b 点时受到的引力相同,所以在轨道3上过 b 点时的加速度等于轨道2上过 b 点时的加速度;在轨道2上运动时做无动力飞行,只受引力作用,所以从 a 点到 b 点机械能守恒。选项D正确。5. D 解析:地面越高,速度越小,周期越长,角速度越小 。6. A 解析:碰撞后的碎片若受大气层的阻力作用,速度减小,动能减小,所以需要的向心力减小,碎片将做近心运动,半径变小,可能会与低处的空间站相撞,故A对;根据,在碰撞轨道上运行的卫星的周期比国际空间站的周期大,B错;11.2kms为第二宇宙速度,是卫星脱离地球束缚成为太阳的行星的最小发射速度,所以发射一颗到碰撞轨道运行的卫星,则发射速度要小于11.2kms,C错;在同步轨道上,若后面的卫星加速,将会做离心运动,不可能与前面的卫星相碰撞,D错。故答案选A。7. 解:(1)设卫星在停泊轨道上运行的线速度为v,卫星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供。得:,且有:。得:。(2)设卫星在工作轨道上运行的周期为T,则有:,又有:。得:。8 解:(1)设月球的质量为M,飞船的质量为m,则,;解得 。(2)设飞船在轨道绕月球运行一周所需的时间为T,则。
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