【高中物理】2019年高考物理一輪復習專題10衛(wèi)星航天器的變軌及對接問題千題精練

1、專題5.10衛(wèi)星（航天器）的變軌及對接問題一.選擇題1.（2017全國卷田，14）2017年4月，我國成功發(fā)射的天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室完成了首次交會對接，對接形成的組合體仍沿天宮二號原來的軌道（可視為圓軌道）運行。與天宮二號單獨運行時相比，組合體運行的（）A.周期變大B.速率變大C.動能變大D.向心加速度變大【參考答案】C【名師解析】根據組合體受到的萬有引力提供向心力可得竽=岑F=吟解得7哼,PrJry=坦,后*由于軌道半徑不變，所以周期.速率.加速度均不變，選項以B、D錯誤f組合體比天宮二號質量大，動靛氏二%#變大，選項C正確42.（2018江蘇淮安宿遷質檢）2017年4月，我

2、國第一艘貨運飛船天舟一號順利升空，隨后與天宮二號交會對接.假設天舟一號從B點發(fā)射經過橢圓軌道運動到天宮二號的圓軌道上完成交會，如圖所示.已知天宮二號的軌道半徑為r,天舟一號沿橢圓軌道運動的周期為T,AB兩點分別為橢圓軌道的遠地點和近地點，地球半徑為R,引力常量為G.則天帝二號A.天宮二號的運行速度小于7.9km/sB.天舟一號的發(fā)射速度大于11.2km/sC.根據題中信息可以求出地球的質量D.天舟一號在A點的速度大于天宮二號的運行速度【參考答案】AC【名師解析】由日粵可得線速度與半徑的關系,xj半，軌道半徑越大，速率駕越小。第一宇宙速度7.9也的是近地面衛(wèi)星（軌道半徑等于地球半徑）的運行速度,

3、而天宮二號軌道半徑大于地球半徑,所以灰宮二號的運行速度小于工窕選項A正確:lL2kni2（第二宇宙速度）是發(fā)射脫離地球引力范圍圍繞太陽運動的人造行星的速度，而天舟一號是圍繞地球運動的，所以天舟一號的發(fā)射速度小于選項B錯誤，根據題中信息可知，天舟一號沿橢圓軌道運動的軌道半長車蝸a=-（R2利用開普勒定律:泊）F"-2,可得天宮二號繞地球運動的周期7,再由g粵工m3y,可以求出地球的質量rT選項C正確,天舟一號在/點的速度小于天宮二號的運行速度，選項D錯誤.3、（2016天津）我國即將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室，之后發(fā)射“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接。假設“天宮二號”與“神舟十一號

4、”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現飛船與空間實驗室的對接，下列措施可行的是A.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間實驗室實現對接B.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后空間實驗室減速等待飛船實現對接C.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接D.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接【參考答案】C【名師解析】為了實現飛船與空間實驗室的對接，必須使飛船在較低的軌道上加速做離心高中物理運動，上升到空間實驗室運動的軌道逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接，選項C正

5、確ABD昔誤。4.（2016北京）如圖所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球E運行，在P點變軌后進入軌道2做勻速圓周運動，下列說法正確的是A.不論在軌道1還是在軌道2運行，衛(wèi)星在P點的速度都相同B.不論在軌道1還是在軌道2運行，衛(wèi)星在P點的加速度都相同C.衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度D.衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相同動量【參考答案】B1名師解析不論在軌道I還是在軌道2運行，一衛(wèi)星在P點所受萬有引力相同，由牛頓第二定律可知，在產點的加速度都相同，選項B正確。衛(wèi)星在軌道1上尸點的速度小于衛(wèi)星在軌道2上P點的速度，選項A錯誤,衛(wèi)星在軌道1上不同位置所受萬有引力不同，其加速度不相同，選嗔

6、C錯誤,衛(wèi)星在軌道2上不同位置速度大小雖然相同但是方向不同，所以動.量不相同，選項D錯誤。5.中國國家航天局目前計劃于2020年發(fā)射嫦娥工程第二階段的月球車“嫦娥四號”。中國探月計劃總工程師吳偉仁近期透露，此臺月球車很可能在離地球較遠的月球背面著陸，假設運載火箭先將“嫦娥四號”月球探測器成功送入太空，由地月轉移軌道進入100千米環(huán)月軌道后成功變軌到近月點為15千米的橢圓軌道，在從15千米高度降至月球表面成功實現登月。則關于“嫦娥四號”登月過程的說法正確的是（）10。千米環(huán)月軌道的月桂茸軌道A.“嫦娥四號”由地月轉移軌道需要減速才能進入100千米環(huán)月軌道B.“嫦娥四號”在近月點為15千米的橢圓軌

7、道上各點的速度都大于其在100千米圓軌道上的速度C.“嫦娥四號”在100千米圓軌道上運動的周期小于其在近月點為15千米的橢圓軌道上運動的周期D.從15千米高度降至月球表面過程中，“嫦娥四號”處于失重狀態(tài)【參考答案】A【名師解析】“嫦娥四號”由地月轉移軌道實施近月制動才能進入100千米環(huán)月圓軌道上，A正確；由衛(wèi)星變軌條件可知近月點為15千米的橢圓軌道上遠月點的速度小于圓軌道上的速度，B錯誤；由開普勒第三定律可得“嫦娥四號”在100千米圓軌道上運動的周期大于其在橢圓軌道上運動的周期，C錯誤；從15千米高度降至月球表面過程“嫦娥四號”需要減速下降，處于超重狀態(tài)，D錯誤。6. （2018湖南懷化期中聯

8、考）2017年6月19號，長征三號乙遙二十八火箭發(fā)射中星9A衛(wèi)星過程中出現變故，由于運載火箭的異常，致使衛(wèi)星沒有按照原計劃進入預定軌道。經過航天測控人員的配合和努力，通過多次軌道調整，衛(wèi)星成功變軌進入同步衛(wèi)星軌道。衛(wèi)星變軌原理圖如圖所示，衛(wèi)星從橢圓軌道I遠地點Q改變速度進入地球同步軌道n,P點為橢圓軌道近地點。下列說法正確的是A.衛(wèi)星在橢圓軌道I運行時，在P點的速度等于在Q點的速度B.衛(wèi)星耗盡燃料后，在微小阻力的作用下，機械能減小，軌道半徑變小，動能變小C.衛(wèi)星在橢圓軌道I的Q點加速度大于在同步軌道II的Q點的加速度D.衛(wèi)星在橢圓軌道I的Q點速度小于在同步軌道R的Q點的速度【參考答案】D【名師

9、解析】根據衛(wèi)星在橢圓軌道上運動時機械能保持不變？可知衛(wèi)星在橢圓軌道I運行時J在尸點的速度大于在。點的速度，選項A錯誤f衛(wèi)星耗盡燃料后j在微小阻力的作用下，機械能減小，軌道半徑變小,重力勢能減小，但是速度變大，動能變大，選項B錯誤$在同一Q點，衛(wèi)星所受萬有引力相同；根據牛頓第二定律，衛(wèi)星在橢圓軌道I的。點加速度等于在同步軌道II的。點的加速度，選項C錯誤$衛(wèi)星在橢圓軌道1上運動到。點需要增大速度,才能變軌到同步軌道II，所以衛(wèi)星在橢圖軌道I的。點速度小于在同步軌道口的。點的速度，選項D正確.7. （2018天星金考卷）假設將來一艘飛船靠近火星時，經歷如圖所示的變軌過程，則下列說法正確的是（）軌道

10、皿軌道II一一;、»軌道IA.飛船在軌道H上運動到P點的速度小于在軌道I上運動到P點的速度B.若軌道I貼近火星表面，測出飛船在軌道I上運動的周期，就可以推知火星的密度C.飛船在軌道I上運動到P點時的加速度大于飛船在軌道n上運動到P點時的加速度D.飛船在軌道n上運動時的周期小于在軌道I上運動時的周期【參考答案】B【命題意圖】本題考查萬有引力定律、飛船的運動、飛船變軌、開普勒定律及其相關的知識點。1名師解析】飛船在軌道II上運動到P點時需要減速才育靜軌道上運動所以飛船在軌道U上運動到P點的速度大于在軌道【上運動到P點的速度，選項A錯誤j若軌道1貼近火星表面，測出飛船在軌道I上運動的周期，

11、由萬有引力定律等于向心力，G粵i過空）巴可得出火星質量吊=擎1,火星體積RTGT4M?'3jtV=絲土，就可以推知火星的密度0小1%,選項B正確j在同一點P,飛船所受的萬有引力相等,3由牛頓第二定律可知飛船在軌道I上運動到P點時的加速度等于飛船在軌道II上運動倒P點時的加速度,選項C錯誤f由開普勒定律可知飛船在軌道II上運動時的周期大于在軌道I上運動時的周期，選項D錯誤.8. （2016遼寧五校聯考）中國志愿者王躍參與人類歷史上第一次全過程模擬從地球往返火星的試驗“火星-500”。假設將來人類一艘飛船從火星返回地球時，經歷如圖所示的變軌過程，則下列說法正確的是（）A.飛船在軌道H上運動

12、時，在P點的速度大于在Q點的速度B.飛船在軌道I上運動時，在P點的速度大于在軌道H上運動時在P點的速度C.飛船在軌道I上運動到P點時的加速度等于飛船在軌道n上運動到P點時的加速度D.若軌道I貼近火星表面，測出飛船在軌道I上運動的周期，就可以推知火星的密度【參考答案】ACD【名師解析】根據開普勒第二定律，行星在單位時間內掃過的面積相等可以知道，行星在遠離中心天體的位置處速度一定小于在靠近中心大體位置處的速度，類比可以知道，A正確；人造飛船在P點處受到的萬有引力5引=酰為其提供做圓周運動所需要的向心力Fr2v一，一，向=叩，當萬有引力等于所需向心力時，人造飛船做圓周運動，當萬有引力小于所需向心力時

13、，人造飛船做離心運動，飛船在軌道R上P點的速度大于在軌道I上P點的速度，B錯誤；根據牛頓第二定律F=F引=4絲ma同一個位置萬有引力大小與方向相同，所以在P點任一軌道的加速度相同，C正確；當軌道I貼近火星時，設火星的半徑為R,由萬1,Mm4九214冗宜一，4九R3有引力用來提供向心力可以得到：F=筑=mr0于是M=仃丁=pV,又因為V=-3,LL-3九所以P=GPD正確。9.小型登月器連接在航天站上，一起繞月球做圓周運動，其軌道半徑為月球半徑的3倍，某時刻，航天站使登月器減速分離，登月器沿如圖所示的橢圓軌道登月，在月球表面逗留一段時間完成科考工作后，經快速啟動仍沿原橢圓軌道返回，當第一次回到分

14、離點時恰與航天站對接，登月器快速啟動時間可以忽略不計，整個過程中航天站保持原軌道繞月運行。已知月球表面的重力加速度為g,月球半徑為R,不考慮月球自轉的影響,則登月器可以在月球上停留的最短時間約為（）【名師解析】謾登月器和航天站在半徑為3賁的軌道上運行時的周期為T,因其繞月球作圓周運動，所以應用牛頓第二定律有斷_4冗-一丁二jn亍,3JF在月球表面的物體所受重力近似等于萬有引力，斤/設登月器在小橢圓軌道運行的周期為T1,航天站在大圓軌道運行的周期為T2o對登月器和航天站依據開普勒第三定律分別有T2Ti2T223R3=2R3=3R3為使登月器仍沿原橢圓軌道回到分離點與航天站實現對接，登月器可以在月

15、球表面逗留的時間t應滿足t=nT2Ti（其中，n=1、2、3、）聯立得t=6兀nn=1、2、3、）故A正確。當n=1時，登月器可以在月球上停留的時間最短，即t=4.7冗計算題1.有人設想：可以在飛船從運行軌道進入返回地球程序時，借飛船需要減速的機會，發(fā)射一個小型太空探測器，從而達到節(jié)能的目的。如圖所示，飛船在圓軌道I上繞地球飛行，其軌道半徑為地球半徑的k倍(k>1)。當飛船通過軌道I的A點時，飛船上的發(fā)射裝置短暫工作，將探測器沿飛船原運動方向射出，并使探測器恰能完全脫離地球的引力范圍，即到達距地球無限遠時的速度恰好為零，而飛船在發(fā)射探測器后沿橢圓軌道n向前運動，具近地點B到地心的距離近似

16、為地球半徑R。以上過程中飛船和探測器的質量均可視為不變。已知地球表面的重力加速度為go(1)求飛船在軌道I運動的速度大?。?2)若規(guī)定兩質點相距無限遠時引力勢能為零，則質量分別為Mm的兩個質點相距為r時的引力勢能Ep=-GMm,式中G為引力常量。在飛船沿軌道I和軌道R的運動過程，pr其動能和引力勢能之和保持不變；探測器被射出后的運動過程中，其動能和引力勢能之和也保持不變。求探測器剛離開飛船時的速度大??；已知飛船沿軌道n運動過程中，通過A點與B點的速度大小與這兩點到地心的距離成反比。根據計算結果說明為實現上述飛船和探測器的運動過程，飛船與探測器的質量之比應滿足什么條件?！久麕熃馕觥?1)設地球質量為飛船質量為m,探測器質量為諱,當飛船與探測器一簸地球做圜周運動時的速度為她根據萬有弓力定律和牛頓第二定律有g"酬')=(胴+)£(Alk)kR對于地面附