适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习热点情境练航天技术类二（附解析）

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A.太空电梯上各点均处于完全失重状态
B.太空电梯上各点线速度大小与该点到地心的距离成反比
C.升降舱停在距地球表面高度为2R的站点时,升降舱的向心加速度大小为
D.升降舱停在距地球表面高度为2R的站点时,升降舱的向心加速度大小为
2.(2023安徽江南十校高三下学期联考)我国载人航天事业已迈入“空间站”时代。2023年2月9日,神舟十五号航天员乘组迎来了首次出舱活动,两名航天员先后成功出舱,一名航天员在核心舱内配合支持,经过约7 h圆满完成既定任务。已知空间站离地面的高度约为450 km,地球半径约为6 400 km,则下列说法正确的是( )
A.漂浮在核心舱内的航天员不受地球引力作用
B.空间站在轨运行的速度大于第一宇宙速度
C.舱内的航天员每24 h只可观察到一次日出日落
D.若航天员乘坐飞船返回地球,则飞船与空间站分离后需要点火减速
3.(2023湖南衡阳一模)飞船在进行星际飞行时,使用离子发动机作为动力,这种发动机工作时,由电极发射的电子射入稀有气体(如氙气),使气体离子化,电离后形成的离子由静止开始在电场中加速并从飞船尾部高速连续喷出,利用反冲使飞船本身得到加速。已知一个氙离子质量为m,电荷量为q,加速电压为U,飞船单位时间内向后喷射出的氙离子的个数为N,从飞船尾部高速连续喷出氙离子的质量远小于飞船的质量,则飞船获得的反冲推力大小为( )
A.B.
C.ND.N
4.(2023山东威海二模)“天问一号”在某阶段的运动示意图如图所示,“天问一号”在P点由椭圆轨道变轨到近火圆形轨道。已知火星半径为R,椭圆轨道上的远火点Q离火星表面的最近距离为6R,火星表面的重力加速度为g0,忽略火星自转的影响。“天问一号”在椭圆轨道上从P点运动到Q点的时间为( )
A.4πB.8π
C.16πD.32π
5.(2023河北石家庄一模)我国天文学家通过“天眼”在武仙座球状星团M13中发现一个脉冲双星系统。如图所示,由恒星A与恒星B组成的双星系统绕其连线上的O点各自做匀速圆周运动,经观测可知恒星B的运行周期为T。若恒星A的质量为m,恒星B的质量为m,引力常量为G,则恒星A与O点间的距离为( )
A.B.
C.D.
6.(2023江苏南京二模)2023年1月21日,神舟十五号3名航天员在400 km高的空间站向祖国人民送上新春祝福,空间站的运行轨道可近似看作圆形轨道Ⅰ,设地球表面重力加速度为g,地球半径为R,椭圆轨道Ⅱ为载人飞船运行轨道,两轨道相切于A点,忽略地球自转的影响,下列说法正确的是( )
A.在A点时神舟十五号经过点火加速才能从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
B.飞船在A点的加速度小于空间站在A点的加速度
C.空间站在轨道Ⅰ上的速度小于
D.轨道Ⅰ上的神舟十五号飞船想与前方的空间站对接,只需要沿运动方向加速即可
7.(2023江苏南通模拟)迷你系绳卫星在地球赤道正上方的电离层中,沿圆形轨道绕地飞行。系绳卫星由两子卫星组成,它们之间的导体绳沿地球半径方向,如图所示。在电池和感应电动势的共同作用下,导体绳中形成指向地心的电流,等效总电阻为r。导体绳所受的安培力克服大小为F阻的环境阻力,可使卫星保持在原轨道上。已知卫星离地平均高度为H,导体绳长为L(L≪H),地球半径为R,质量为m0,引力常量为G,轨道处磁感应强度大小为B,方向垂直于导体绳。忽略地球自转的影响。求:
(1)卫星做圆周运动的速度v及导体绳中感应电动势E1;
(2)电池电动势E2。
8.嫦娥五号探月器成功登陆月球并取回月壤,登月取壤过程可简化为着陆器与上升器组合体随返回器和轨道器组合体绕月球做半径为3R的圆周运动。当它们运动到轨道的A点时,着陆器与上升器组合体被弹离,返回器和轨道器组合体速度变大沿大椭圆轨道运行。着陆器与上升器组合体速度变小沿小椭圆轨道运行半个周期登上月球表面的B点,在月球表面工作一段时间后,上升器经快速启动从B点沿原小椭圆轨道运行半个周期回到分离点A与返回器和轨道器组合体实现对接,如图所示。已知月球半径为R,月球表面的重力加速度为g月,忽略月球自转带来的影响。
(1)求返回器与轨道器、着陆器与上升器的组合体一起在圆轨道上绕月球运行的周期T;
(2)若返回器和轨道器组合体运行的大椭圆轨道的长轴为8R,为保证上升器能顺利返回A点实现对接,求上升器在月球表面停留的时间t。
航天技术类(二)
1.D 太空电梯各点随地球一起做匀速圆周运动,只有位置达到同步卫星的高度的点才处于完全失重状态,不是各点都处于完全失重状态,A错误;太空电梯各点随地球一起做匀速圆周运动,各点角速度相等,则各点线速度关系为v=ωr,可知太空电梯上各点线速度大小与该点到地心的距离成正比,B错误;升降舱停在距地球表面高度为2R的站点时,升降舱的向心加速度大小为a=×3R=,C错误,D正确。
2.D 漂浮在核心舱内的航天员仍然受地球引力作用,引力提供向心力做匀速圆周运动,处于完全失重状态,A错误;根据引力作为向心力可得,卫星做匀速圆周运动的线速度为v=,第一宇宙速度为近地卫星做匀速圆周运动的线速度,则空间站绕地球运行线速度小于第一宇宙速度,B错误;根据引力提供向心力可得G=mr,则T=<24h,C错误;飞船返回地球,做向心运动,因此需要减速,D正确。
3.C 根据动能定理有qU=mv2,解得v=,对Δt时间内喷射出的氙离子,根据动量定理有Δmv=FΔt,其中Δm=NmΔt,联立有F=Nmv=N·m·=N,根据牛顿第三定律,F'=F,故选C。
4.B “天问一号”在近火轨道上运行时,由牛顿第二定律G=mR,又由黄金代换式Gm0=g0R2,联立可得“天问一号”在近火轨道上运行的周期为T1=2π,由题意可得椭圆轨道的半长轴r=4R,由开普勒第三定律,“天问一号”在椭圆轨道上运行的周期与近火轨道上的周期之比为=8,所以“天问一号”在椭圆轨道上从P点运动到Q点的时间为t==8π,故选B。
5.A 双星系统两个恒星的角速度相同,周期相同,设恒星A和恒星B的轨道半径分别为rA和rB,对A根据万有引力提供向心力得G=mrA,对B根据万有引力提供向心力得G=2mrB,又L=rA+rB,联立解得rA=,A正确,B、C、D错误。
6.C 从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ做近心运动,则在A点时神舟十五号经过点火减速才能从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ返回,A错误;根据万有引力提供向心力可知G=ma,飞船运动的向心加速度a=,飞船在A点的加速度等于空间站在A点的加速度,B错误;根据万有引力提供向心力可知=m,解得线速度v=,当r=R时,线速度最大,结合黄金代换式Gm0=gR2,可知v=是最大线速度,故空间站在圆轨道Ⅰ上运行的速度小于,C正确;若神舟十五号飞船直接沿运动方向加速,根据所受万有引力和需要的向心力关系可知神舟十五号飞船将做离心运动偏离轨道,不能与前方的空间站对接,D错误。
7.答案 (1) BL
(2)BL
解析 (1)L≪H,卫星高度可认为是H,根据牛顿第二定律得
=m
解得卫星做圆周运动的速度v=
对导体,根据法拉第电磁感应定律得,导体绳中感应电动势E1=BLv
由以上各式解得E1=BL。
(2)对回路根据闭合电路欧姆定律有I=
由导线受力平衡可得BIL=F阻
解得E2=BL。
8.答案 (1)6π
(2)4π(4n-(其中n=1,2,3,…)
解析 (1)对组合体有G=m0·3R
在月球表面有G=mg月
解得T=6π。
(2)设着陆器与上升器在小椭圆轨道运行的周期是T1,返回器与轨道器在大椭圆轨道运行的周期是T2
对着陆器与上升器有
解得T1=T
对返回器与轨道器有
解得T2=T
上升器在月球表面停留的时间t应满足
t=nT2-T1(其中n=1,2,3,…)
解得t=nT-T=4π(4n-(其中n=1,2,3,…)。