新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第4单元5多星系统人造卫星(人教版)

这是一份新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第4单元5多星系统人造卫星(人教版)，共7页。

考点一 人造卫星圆周轨道运行规律
1.(2023浙江稽阳联谊联考高三选考模拟)北京时间2023年5月11日5时16分,世界现役货运能力最大、在轨支持能力最全的货运飞船——“天舟六号”入轨后顺利完成状态设置,成功对接于空间站“天和”核心舱后向端口。已知“天舟六号”与空间站构成的组合体运行的轨道半径为6 800 km,地球静止轨道卫星运行的轨道半径为42 000 km,关于该组合体的运动,说法正确的是( )
A.该组合体运行的线速度大于第一宇宙速度
B.该组合体运行的线速度大于地球静止轨道卫星运行的线速度
C.该组合体运行的周期大于地球静止轨道卫星运行的周期
D.该组合体运行时的向心加速度小于地球静止轨道卫星运行时的向心加速度
2.(2023浙江嘉兴高三一模)如图所示,“羲和号”是我国首颗可24小时全天候对太阳进行观测的试验卫星,该卫星绕地球可视为匀速圆周运动,轨道平面与赤道平面垂直。卫星每天在相同时刻,沿相同方向经过地球表面A点正上方,恰好绕地球运行n圈(n>1)。已知地球半径为R,自转周期为T,地球表面重力加速度为g,则“羲和号”卫星运行的( )
A.线速度大于第一宇宙速度
B.角速度小于地球同步卫星
C.向心加速度大于地球同步卫星
D.轨道距地面高度为-R
考点二 赤道上的物体、同步卫星和近地卫星
3.如图所示,卫星A是遥感三十五号04组卫星,卫星B是地球同步卫星,它们均可视为绕地球做匀速圆周运动,卫星P是地球赤道上还未发射的卫星,已知地球周期为24 h,下列说法正确的是( )
A.卫星A、B、P的速度大小关系为vP>vA>vB
B.要将卫星A转移到卫星B的轨道上需要对卫星A进行减速
C.卫星B在12 h内转过的圆心角是π
D.卫星B的向心加速度大小小于卫星P随地球自转的向心加速度大小
考点三 人造卫星的变轨问题
4.(2023浙江山河联盟高三二模)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,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
5.2022年11月,“天舟五号”货运飞船仅用2小时就与“天宫”空间站快速交会对接,创造了世界纪录。飞船从预定轨道Ⅰ的A点第一次变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达椭圆轨道的远地点B时,再次变轨进入空间站的运行轨道Ⅲ,与空间站实现对接,假设轨道Ⅰ和Ⅲ都近似为圆轨道,不计飞船质量的变化,则飞船( )
A.在轨道Ⅰ的线速度大于第一宇宙速度
B.在轨道Ⅰ上的运行周期小于空间站的运行周期
C.第一次变轨需加速,第二次变轨需减速
D.在圆轨道Ⅰ上A点与椭圆轨道Ⅱ上A点的加速度不同
考点四 天体的追及相遇问题
6.(多选)三颗卫星a、b、c绕地球沿逆时针方向做匀速圆周运动的示意图如图所示,其中b、c是地球同步卫星,a在半径为r的轨道上,此时a、b恰好相距最近,已知地球质量为m0,地球自转的角速度为ω,引力常量为G,则( )
A.卫星a、c与地心的连线单位时间扫过的面积相等
B.卫星c加速一段时间后就可能追上卫星b
C.到卫星a和b下一次相距最近,还需经过时间
D.若已知近地卫星的周期为T,则可计算得出地球的平均密度ρ
7.2023年5月30日,神舟十六号载人飞船成功将3名航天员送入空间站。假定空间站在距地面450 km高度处做理想的匀速圆周运动,每天绕地球大约19圈。某时刻“北斗”系统中的中轨道卫星A与空间站相距最近如图所示,该中轨道卫星距地面高度为2.1×107 m,地球半径为6.4×106m,卫星A和空间站的运行轨道在同一平面内且运行方向相同,则从图示位置往后开始计数(不包括图示位置),下列说法正确的是( )
A.空间站绕地球运动的线速度大于7.9 km/s
B.轨道卫星A绕地运动周期大于空间站的周期
C.轨道卫星A绕地运动向心加速度大于空间站的向心加速度
D.在卫星A运行一周时间内,空间站与卫星A相距最近的次数为19次
考点五 宇宙双星及双星模型
8.厦门大学天文学系顾为民教授团队利用我国郭守敬望远镜积累的海量恒星光谱发现了一个处于宁静态的中子星与红矮星组成的双星系统,质量比约为2∶1,同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动,则此中子星绕O点运动的( )
A.角速度大于红矮星的角速度
B.线速度小于红矮星的线速度
C.轨道半径大于红矮星的轨道半径
D.向心力大小约为红矮星的2倍
B组 综合提升
9.(2023浙江宁波高三选考模拟)人造卫星的发射过程通常要经过多次变轨方可到达预定轨道。假设图示三个轨道是某卫星绕地球飞行的轨道,其中轨道Ⅰ、Ⅲ均为圆,轨道Ⅱ为椭圆,三个轨道在同一平面内,轨道Ⅱ与轨道Ⅰ相切于A点,与轨道Ⅲ相切于B点,不计阻力和卫星在变轨过程中的质量变化,下列说法正确的是( )
A.卫星在轨道Ⅱ上运动经过A点时,速度一定小于7.9 km/s
B.卫星在轨道Ⅱ上运动时,经过A点的加速度小于经过B点的
C.分别在轨道Ⅰ和Ⅲ上运动时,相等时间内卫星与地心的连线扫过的面积相等
D.卫星在轨道Ⅰ上的机械能小于在轨道Ⅲ上的机械能
10.(2023浙江金华十校高三一模)2022年2月27日,我国长征八号运载火箭一次发射了22颗卫星,并全部成功送入预定轨道。圆的半径与椭圆的半长轴相等,两轨道面在同一平面内且两轨道相交于A、B两点,如图所示。下列说法正确的是( )
A.两卫星在图示位置的速度v1>v2
B.两卫星在图示位置时,卫星1受到的地球引力较大
C.卫星1在A处的加速度比卫星2在A处的加速度大
D.若不及时调整轨道,两卫星可能发生相撞
参考答案
热点练(五) 多星系统 人造卫星
1.B 解析 第一宇宙速度是最大环绕速度,组合体绕地球运动,故该组合体运行的线速度小于第一宇宙速度,故A错误;根据万有引力提供向心力有G=m,可得v=,可知该组合体运行的线速度大于地球静止轨道卫星运行的线速度,故B正确;根据开普勒第三定律k=,可知该组合体运行的周期小于地球静止轨道卫星运行的周期,故C错误;根据牛顿第二定律G=ma,可知该组合体运行时的向心加速度大于地球静止轨道卫星运行时的向心加速度,故D错误。
2.C 解析 第一宇宙速度是以地球半径为轨道半径的卫星的运行速度,是最大的运行速度,故A错误;卫星每天在相同时刻,沿相同方向经过地球表面A点正上方,恰好绕地球运行n圈,则卫星的周期为T星=,其中n>1,由ω=可知=n,即“羲和号”角速度大于地球同步卫星,故B错误;“羲和号”卫星的周期小于同步卫星的周期,则轨道半径小于同步卫星的轨道半径,由=ma,可得a星>a同,即“羲和号”向心加速度大于地球同步卫星,故C正确;由=m(R+h),=m'g联立可得轨道距地面高度为h=-R,故D错误。
3.C 解析 对于卫星A、B,根据万有引力提供向心力,有G=m,解得v=,由题图可知rAvB,对于卫星P、B,由v=rω,可知ω相等,故vB>vP,则卫星A、B、P的速度大小关系为vA>vB>vP,故A错误;要将卫星A转移到卫星B的轨道上,须先在近地圆轨道加速做离心运动,进入椭圆轨道,使椭圆轨道的远地点在地球同步轨道上,当卫星运行到远地点时,再加速进入地球同步轨道,故要将卫星A转移到卫星B的轨道上至少需要对卫星A进行两次加速,故B错误;地球同步卫星B在12h内转动的圆心角为θ=2π×=π,故C正确;卫星B和卫星P同轴转动,角速度相等,根据a=ω2r可知,卫星B的向心加速度大小大于卫星P随地球自转的向心加速度大小,故D错误。
4.C 解析 从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ,神舟十五号做近心运动,应在A点减速,故A错误;根据万有引力提供向心力有=ma,解得a=,所以飞船在A点的加速度等于空间站在A点的加速度,故B错误;在地球表面有mg=,解得v=,该速度是最大的环绕速度,所以空间站在轨道Ⅰ上的速度小于,故C正确;轨道Ⅰ上的神舟十五号飞船想与前方的空间站对接,只沿运动方向加速,会变到更高轨道,故D错误。
5.B 解析 根据万有引力提供向心力可得=m,解得v=,地球第一宇宙速度等于卫星在地球表面轨道绕地球做匀速圆周运动的线速度,可知飞船在轨道Ⅰ的线速度小于第一宇宙速度,故A错误;根据万有引力提供向心力可得=mr,解得T=,由于轨道Ⅰ的半径小于轨道Ⅲ的半径,则飞船在轨道Ⅰ上的运行周期小于空间站的运行周期,故B正确;卫星从低轨道变轨到高轨道,在变轨处都需要点火加速,则第一次变轨需加速,第二次变轨也需加速,故C错误;根据牛顿第二定律可得=ma,解得a=,由于m0、r都相同,则飞船在圆轨道Ⅰ上A点与椭圆轨道Ⅱ上A点的加速度相同,故D错误。
6.CD 解析 根据开普勒第二定律,同一轨道上的行星在相同时间内,与中心天体的连线扫过的面积相等,而卫星a、c在不同轨道,根据扇形面积的计算公式有S=vΔt·r=Δt,因ra7.B 解析 第一宇宙速度为卫星绕地球的最大环绕速度,故空间站绕地球运动的线速度应小于7.9km/s,故A错误;根据开普勒第三定律可得,由于rA>r空,故TA>T空,故B正确;根据万有引力提供向心力可得a=,由于轨道卫星A运动半径大于空间站,故轨道卫星A绕地运动向心加速度小于空间站的向心加速度,故C错误;根据开普勒第三定律可得=8,从图示位置开始,二者转过的角度相差n·2π时可得t=n·2π(n=1,2,3,…),解得t=,故在卫星A运行一周时间内,n的取值为(0,7],共有7次相距最近,故D错误。
8.B 解析 双星系统中,由于两星在相同时间内转过的角度相等,则双星系统的角速度相等,即中子星绕O点运动的角速度等于红矮星的角速度,A错误;根据=m1ω2r1、=m2ω2r2,解得,即星体质量越大,轨道半径越小,根据题意中子星质量大,可知,中子星绕O点运动的轨道半径小于红矮星的轨道半径,C错误;根据v=ωr,双星系统角速度相等,中子星的轨道半径小一些,则中子星绕O点运动的线速度小于红矮星的线速度,B正确;双星系统中,由星体之间的万有引力提供向心力,可知,中子星绕O点运动的向心力大小等于红矮星的向心力大小,D错误。
9.D 解析 轨道Ⅰ为近地轨道,卫星在轨道Ⅰ运行时的速度等于第一宇宙速度7.9km/s,卫星从轨道Ⅰ变至轨道Ⅱ时需要在A点加速,所以卫星在轨道Ⅱ上运动经过A点时,速度一定大于7.9km/s,故A错误;根据万有引力定律和牛顿第二定律有a=,所以卫星在轨道Ⅱ上运动时,经过A点的加速度大于经过B点的,故B错误;设卫星的轨道半径为r,角速度为ω,根据牛顿第二定律有G=mω2r,解得ω=,卫星与地心连线在单位时间内扫过的面积为S0=ωr2=,所以分别在轨道Ⅰ和Ⅲ上运动时,相等时间内卫星与地心的连线扫过的面积不等,故C错误;卫星从轨道Ⅰ到轨道Ⅲ需要经历两次加速变轨过程,火箭发动机对卫星做正功,机械能会增大,所以卫星在轨道Ⅰ上的机械能小于在轨道Ⅲ上的机械能,故D正确。
10.A 解析 以地球球心为圆心,如图所示
根据变轨原理可知卫星2在轨道3上的线速度v3大于v2,由万有引力提供向心力有=m,可得v=,所以卫星1的线速度v1>v3,故v1>v2,故A正确;根据万有引力定律得F=,由于两质量关系未知,无法判断万有引力的大小,故B错误;根据牛顿第二定律可得=ma,解得a=,所以卫星1在A处的加速度与卫星2在A处的加速度相等,C错误;根据开普勒第三定律可得,由于圆的半径与椭圆的半长轴相等,两颗星运行周期相等,所以不可能相撞,故D错误。