2024版新教材高考物理復(fù)習(xí)特訓(xùn)卷考點(diǎn)27宇宙航行

考點(diǎn)27宇宙航行——提能力1．[2022·湖北卷]2022年5月，我國成功完成了天舟四號貨運(yùn)飛船與空間站的對接，形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動，周期約90分鐘．下列說法正確的是()A．組合體中的貨物處于超重狀態(tài)B．組合體的速度大小略大于第一宇宙速度C．組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大D．組合體的加速度大小比地球同步衛(wèi)星的小2．[2022·浙江6月]神舟十三號飛船采用“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．返回艙穿越大氣層返回地面過程中，機(jī)械能守恒3．[2022·廣東卷]“祝融號”火星車需要“休眠”以度過火星寒冷的冬季．假設(shè)火星和地球的冬季是各自公轉(zhuǎn)周期的四分之一，且火星的冬季時長約為地球的1.88倍．火星和地球繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動．下列關(guān)于火星、地球公轉(zhuǎn)的說法正確的是()A．火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大B．火星公轉(zhuǎn)的角速度比地球的大C．火星公轉(zhuǎn)的半徑比地球的小D．火星公轉(zhuǎn)的加速度比地球的小4．[2022·山東卷]“羲和號”是我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)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(diǎn)正上方，恰好繞地球運(yùn)行n圈．已知地球半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，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()A.(eq\f(gR2T2,2n2π2))eq\f(1,3)－RB．(eq\f(gR2T2,2n2π2))eq\f(1,3)C．(eq\f(gR2T2,4n2π2))eq\f(1,3)－RD．(eq\f(gR2T2,4n2π2))eq\f(1,3)5．[2021·江蘇卷]我國航天人發(fā)揚(yáng)“兩彈一星”精神砥礪前行，從“東方紅一號”到“北斗”不斷創(chuàng)造奇跡．“北斗”第49顆衛(wèi)星的發(fā)射邁出組網(wǎng)的關(guān)鍵一步．該衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動，運(yùn)動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，軌道平面與地球赤道平面成一定夾角．該衛(wèi)星()A．運(yùn)動速度大于第一宇宙速度B．運(yùn)動速度小于第一宇宙速度C．軌道半徑大于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星D．軌道半徑小于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星6．[2021·海南卷]2021年4月29日，我國在海南文昌用長征五號B運(yùn)載火箭成功將空間站天和核心艙送入預(yù)定軌道．核心艙運(yùn)行軌道距地面的高度為400km左右，地球同步衛(wèi)星距地面的高度接近36000km.則該核心艙的()A．角速度比地球同步衛(wèi)星的小B．周期比地球同步衛(wèi)星的長C．向心加速度比地球同步衛(wèi)星的大D．線速度比地球同步衛(wèi)星的小7.[2021·天津卷]2021年5月15日，天問一號探測器著陸火星取得成功，邁出了我國星際探測征程的重要一步，在火星上首次留下中國人的印跡．天問一號探測器成功發(fā)射后，順利被火星捕獲，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星．經(jīng)過軌道調(diào)整，探測器先沿橢圓軌道Ⅰ運(yùn)行，之后進(jìn)入稱為火星停泊軌道的橢圓軌道Ⅱ運(yùn)行，如圖所示，兩軌道相切于近火點(diǎn)P，則天問一號探測器()A．在軌道Ⅱ上處于受力平衡狀態(tài)B．在軌道Ⅰ運(yùn)行周期比在Ⅱ時短C．從軌道Ⅰ進(jìn)入Ⅱ在P處要加速D．沿軌道Ⅰ向P飛近時速度增大8.[2021·浙江6月]空間站在地球外層的稀薄大氣中繞行，因氣體阻力的影響，軌道高度會發(fā)生變化．空間站安裝有發(fā)動機(jī)，可對軌道進(jìn)行修正．圖中給出了國際空間站在2020.02－2020.08期間離地高度隨時間變化的曲線，則空間站()A．繞地運(yùn)行速度約為2.0km/sB．繞地運(yùn)行速度約為8.0km/sC．在4月份繞行的任意兩小時內(nèi)機(jī)械能可視為守恒D．在5月份繞行的任意兩小時內(nèi)機(jī)械能可視為守恒9．[2021·河北卷]“祝融號”火星車登陸火星之前，“天問一號”探測器沿橢圓形的停泊軌道繞火星飛行，其周期為2個火星日，假設(shè)某飛船沿圓軌道繞火星飛行，其周期也為2個火星日．已知一個火星日的時長約為一個地球日，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的eq\f(1,10)，則該飛船的軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑的比值約為()A．eq\r(3,4)B．eq\r(3,\f(1,4))C．eq\r(3,\f(5,2))D．eq\r(3,\f(2,5))10．[2021·湖南卷](多選)2021年4月29日，中國空間站“天和”核心艙發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道．根據(jù)任務(wù)安排，后續(xù)又發(fā)射“問天”實(shí)驗(yàn)艙和“夢天”實(shí)驗(yàn)艙，計劃2022年完成空間站在軌建造．核心艙繞地球飛行的軌道可視為圓軌道，軌道離地面的高度約為地球半徑的eq\f(1,16).下列說法正確的是()A．核心艙進(jìn)入軌道后所受地球的萬有引力大小約為它在地面時的eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(16,17)))eq\s\up12(2)倍B．核心艙在軌道上飛行的速度大于7.9km/sC．核心艙在軌道上飛行的周期小于24hD．后續(xù)加掛實(shí)驗(yàn)艙后，空間站由于質(zhì)量增大，軌道半徑將變小11．(多選)有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，衛(wèi)星a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動，衛(wèi)星b處于地面附近近地軌道上正常運(yùn)動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則下列說法正確的是()A．a(chǎn)的向心加速度小于重力加速度gB．b在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長C．c在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是eq\f(π,3)D．d的運(yùn)動周期有可能是23h[2023·江蘇高三開學(xué)考試]質(zhì)量為M的地球上有質(zhì)量為m的物體，物體和地球組成的系統(tǒng)具有重力勢能，若設(shè)無窮遠(yuǎn)處重力勢能為零，則距地心為r處的物體所具有的重力勢能為Ep＝－Geq\f(Mm,r).地球表面重力加速度為g，地球半徑為R，第一宇宙速度為v1，要使物體脫離地球的吸引，從地球表面飛出恰好到達(dá)無窮遠(yuǎn)處，至少需給它多大的初速度(第二宇宙速度)?考點(diǎn)27宇宙航行——提能力1．答案：C解析：此時組合體和貨物受到萬有引力提供向心力，所以組合體中的貨物處于失重狀態(tài)，故A錯誤；第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度，所以組合體的速度小于第一宇宙速度，故B錯誤；根據(jù)萬有引力提供向心力有：eq\f(GMm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r＝mrω2，解得：T＝eq\r(,\f(4π2r3,GM))，ω＝eq\r(,\f(GM,r3))，根據(jù)題意可知組合體的軌道半徑小于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑，所以組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大，故C正確；根據(jù)萬有引力提供向心力有：eq\f(GMm,r2)＝ma，解得：a＝eq\f(GM,r2)，可知組合體的加速度大小比地球同步衛(wèi)星的大，故D錯誤．2．答案：C解析：根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，可知r越大，環(huán)繞速度越小，A錯誤；返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài)，仍然受地球的引力，B錯誤；根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，可知質(zhì)量不同的返回艙與天和核心艙可以在同一軌道運(yùn)行，C正確；返回艙穿越大氣層返回地面過程中，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減小，D錯誤．3．答案：D解析：根據(jù)題述，火星冬季時長為地球的1.88倍，可知火星繞太陽運(yùn)動的周期是地球的1.88倍，由開普勒第三定律可知，火星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑比地球繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑大，C項(xiàng)錯誤；由萬有引力提供向心力有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，解得v＝eq\r(\f(GM,r))，由r火>r地可得v火<v地，A項(xiàng)錯誤；由萬有引力提供向心力有Geq\f(Mm,r2)＝mω2r，解得ω＝eq\r(\f(GM,r3))，由r火>r地可得ω火<ω地，B項(xiàng)錯誤；由萬有引力提供向心力有Geq\f(Mm,r2)＝ma，解得a＝eq\f(GM,r2)，由r火>r地可得a火<a地，D項(xiàng)正確．4．答案：C解析：依題意可知衛(wèi)星的繞行周期T0＝eq\f(T,n)，對衛(wèi)星根據(jù)牛頓第二定律可得Geq\f(Mm,（R＋h）2)＝m(R＋h)·eq\f(4π2,Teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)))，根據(jù)黃金代換式gR2＝GM，聯(lián)立解得h＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(gR2T2,4n2π2)))eq\s\up6(\f(1,3))－R，C正確．5．答案：B解析：第一宇宙速度等于貼近地面做勻速圓周運(yùn)動衛(wèi)星的線速度；對環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星，由萬有引力提供向心力有：eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)，解得：v＝eq\r(,\f(GM,r))，可知軌道半徑越大、則線速度越小，“北斗”第49顆衛(wèi)星的軌道半徑大于地球的半徑，則線速度小于第一宇宙速度，故A錯誤、B正確；根據(jù)開普勒第三定律可得eq\f(r3,T2)＝k，該衛(wèi)星的周期與“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星的周期相同，則軌道半徑相同，故C、D錯誤．6．答案：C解析：核心艙和同步衛(wèi)星都是受萬有引力，萬有引力提供向心力而做勻速圓周運(yùn)動，有eq\f(GMm,r2)＝eq\f(mv2,r)＝meq\f(4π2,T2)r＝ma＝mω2r，可得：ω＝eq\r(,\f(GM,r3))；T＝2πeq\r(,\f(r3,GM))；a＝eq\f(GM,r2)；v＝eq\r(,\f(GM,r))而核心艙運(yùn)行軌道距地面的高度為400km左右，地球同步衛(wèi)星距地面的高度接近36000km，即核心艙的半徑比地球同步衛(wèi)星的半徑小，由此可知：核心艙的角速度比地球同步衛(wèi)星的大，周期比同步衛(wèi)星短，向心加速度比地球同步衛(wèi)星大，線速度比地球同步衛(wèi)星的大，故A、B、D錯誤，C正確．7．答案：D解析：天問一號探測器在軌道Ⅱ上做變速運(yùn)動，受力不平衡，故A錯誤．軌道Ⅰ的半長軸大于軌道Ⅱ的半長軸，根據(jù)開普勒第三定律可知，天問一號探測器在軌道Ⅰ的運(yùn)行周期比在Ⅱ時長，故B錯誤．天問一號探測器從較高軌道Ⅰ向較低軌道Ⅱ變軌時，需要在P點(diǎn)點(diǎn)火減速，故C錯誤．天問一號探測器沿軌道Ⅰ向P飛近時，萬有引力做正功，動能增大，速度增大，故D正確．8．答案：D解析：根據(jù)題意可知，軌道半徑在變化，則運(yùn)行速度在變化，圓周最大運(yùn)行速度為第一宇宙速度7.9km/s(或根據(jù)eq\f(GMm,（R＋h）2)＝eq\f(mv2,R＋h)及eq\f(GMm,R2)＝mg解得v＝eq\r(\f(g,R＋h))·R.將g＝9.80m/s2和R＝6400km以及hmin＝418km和hmax＝421km代入得最大速度和最小速度分別為vmax＝7.673km/s和vmin＝7.671km/s)，A、B錯誤；在4月份軌道半徑出現(xiàn)明顯的變大情況，則說明發(fā)動機(jī)啟動了，所以存在某兩小時機(jī)械能不守恒，C錯誤；在5月份軌道半徑緩慢下降，可認(rèn)為軌道半徑基本不變，故可視為機(jī)械能守恒，D正確．9．答案：D解析：由萬有引力提供向心力有Geq\f(Mm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)r，解得r＝eq\r(3,\f(GMT2,4π2))，所以飛船的軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑的比值eq\f(r1,r2)＝eq\r(3,\f(M1Teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)),M2Teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))))＝eq\r(3,\f(0.1×22,1))＝eq\r(3,\f(2,5)).故A、B、C錯誤，D正確．10．答案：AC解析：根據(jù)萬有引力公式F＝eq\f(GMm,r2)可知，核心艙進(jìn)入軌道后所受地球的萬有引力大小與軌道半徑的平方成反比，則核心艙進(jìn)入軌道后所受地球的萬有引力與它在地面時所受地球的萬有引力之比eq\f(F′,F地)＝eq\f(R2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R＋\f(R,16)))\s\up12(2))，解得F′＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(16,17)))eq\s\up12(2)F地，A正確；根據(jù)eq\f(GMm,R2)＝eq\f(mv2,R)可得，v＝eq\r(\f(GM,R))＝7.9km/s，而核心艙軌道半徑r大于地球半徑R，所以核心艙在軌道上飛行的速度一定小于7.9km/s，B錯誤；由eq\f(GMm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r得繞地球做圓周運(yùn)動的周期T與eq\r(r3)成正比，核心艙的軌道半徑比同步衛(wèi)星的小，故核心艙在軌道上飛行的周期小于24h，C正確；根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)可知空間站的軌道半徑與空間站的質(zhì)量無關(guān)，故后續(xù)加掛實(shí)驗(yàn)艙后，軌道半徑不變，D錯誤．11．答案：ABC解析：a受萬有引力和支持力作用，即兩個力的合力提供向心力，即Geq\f(Mm,R2)－FN＝ma；Geq\f(Mm,R2)＝mg，向心加速度小于重力加速度g，故A正確