2024版新教材高考物理复习特训卷考点27宇宙航行

这是一份2024版新教材高考物理复习特训卷考点27宇宙航行，共6页。试卷主要包含了[2022·山东卷]，答案等内容，欢迎下载使用。

A．组合体中的货物处于超重状态
B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度
C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大
D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小
2．[2022·浙江6月]神舟十三号飞船采用“快速返回技术”，在近地轨道上，返回舱脱离天和核心舱，在圆轨道环绕并择机返回地面．则( )
A．天和核心舱所处的圆轨道距地面高度越高，环绕速度越大
B．返回舱中的宇航员处于失重状态，不受地球的引力
C．质量不同的返回舱与天和核心舱可以在同一轨道运行
D．返回舱穿越大气层返回地面过程中，机械能守恒
3．[2022·广东卷]“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季．假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍．火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动．下列关于火星、地球公转的说法正确的是( )
A．火星公转的线速度比地球的大
B．火星公转的角速度比地球的大
C．火星公转的半径比地球的小
D．火星公转的加速度比地球的小
4．[2022·山东卷]
“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星．如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直．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．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”卫星轨道距地面高度为( )
A.( eq \f(gR2T2,2n2π2)) eq \f(1,3)－R B．( eq \f(gR2T2,2n2π2)) eq \f(1,3)
C．( eq \f(gR2T2,4n2π2)) eq \f(1,3)－R D．( eq \f(gR2T2,4n2π2)) eq \f(1,3)
5．[2021·江苏卷]我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行，从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹．“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步．该卫星绕地球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面成一定夹角．该卫星( )
A．运动速度大于第一宇宙速度
B．运动速度小于第一宇宙速度
C．轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星
D．轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星
6．[2021·海南卷]2021年4月29日，我国在海南文昌用长征五号B运载火箭成功将空间站天和核心舱送入预定轨道．核心舱运行轨道距地面的高度为400 km左右，地球同步卫星距地面的高度接近36 000 km.则该核心舱的( )
A．角速度比地球同步卫星的小
B．周期比地球同步卫星的长
C．向心加速度比地球同步卫星的大
D．线速度比地球同步卫星的小
7.
[2021·天津卷]2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下中国人的印迹．天问一号探测器成功发射后，顺利被火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星．经过轨道调整，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，两轨道相切于近火点P，则天问一号探测器( )
A．在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态
B．在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短
C．从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速
D．沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大
8.
[2021·浙江6月]空间站在地球外层的稀薄大气中绕行，因气体阻力的影响，轨道高度会发生变化．空间站安装有发动机，可对轨道进行修正．图中给出了国际空间站在2020.02－2020.08期间离地高度随时间变化的曲线，则空间站( )
A．绕地运行速度约为2.0 km/s
B．绕地运行速度约为8.0 km/s
C．在4月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
D．在5月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
9．[2021·河北卷]“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日，假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日．已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的 eq \f(1,10)，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为( )
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](多选)2021年4月29日，中国空间站“天和”核心舱发射升空，准确进入预定轨道．根据任务安排，后续又发射“问天”实验舱和“梦天”实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造．核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的 eq \f(1,16).下列说法正确的是( )
A．核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(16,17))) eq \s\up12(2)倍
B．核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9 km/s
C．核心舱在轨道上飞行的周期小于24 h
D．后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小
11．(多选)有a、b、c、d四颗地球卫星，卫星a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，卫星b处于地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，则下列说法正确的是( )
A．a的向心加速度小于重力加速度g
B．b在相同时间内转过的弧长最长
C．c在4 h内转过的圆心角是 eq \f(π,3)
D．d的运动周期有可能是23 h
[2023·江苏高三开学考试]质量为M的地球上有质量为m的物体，物体和地球组成的系统具有重力势能，若设无穷远处重力势能为零，则距地心为r处的物体所具有的重力势能为Ep＝－G eq \f(Mm,r).地球表面重力加速度为g，地球半径为R，第一宇宙速度为v1，要使物体脱离地球的吸引，从地球表面飞出恰好到达无穷远处，至少需给它多大的初速度(第二宇宙速度)?
考点27 宇宙航行——提能力
1．答案：C
解析：此时组合体和货物受到万有引力提供向心力，所以组合体中的货物处于失重状态，故A错误；第一宇宙速度是最大的环绕速度，所以组合体的速度小于第一宇宙速度，故B错误；根据万有引力提供向心力有： eq \f(GMm,r2)＝m eq \f(4π2,T2)r＝mrω2，解得：T＝ eq \r( ,\f(4π2r3,GM))，ω＝ eq \r( ,\f(GM,r3))，根据题意可知组合体的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，所以组合体的角速度大小比地球同步卫星的大，故C正确；根据万有引力提供向心力有： eq \f(GMm,r2)＝ma，解得：a＝ eq \f(GM,r2)，可知组合体的加速度大小比地球同步卫星的大，故D错误．
2．答案：C
解析：根据G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(v2,r)，可知r越大，环绕速度越小，A错误；返回舱中的宇航员处于失重状态，仍然受地球的引力，B错误；根据G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(v2,r)，可知质量不同的返回舱与天和核心舱可以在同一轨道运行，C正确；返回舱穿越大气层返回地面过程中，摩擦力做负功，机械能减小，D错误．
3．答案：D
解析：根据题述，火星冬季时长为地球的1.88倍，可知火星绕太阳运动的周期是地球的1.88倍，由开普勒第三定律可知，火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径比地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径大，C项错误；由万有引力提供向心力有G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(v2,r)，解得v＝ eq \r(\f(GM,r))，由r火>r地可得v火r地可得ω火<ω地，B项错误；由万有引力提供向心力有G eq \f(Mm,r2)＝ma，解得a＝ eq \f(GM,r2)，由r火>r地可得a火4．答案：C
解析：依题意可知卫星的绕行周期T0＝ eq \f(T,n)，对卫星根据牛顿第二定律可得G eq \f(Mm,（R＋h）2)＝m(R＋h)· eq \f(4π2,T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) )，根据黄金代换式gR2＝GM，联立解得h＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(gR2T2,4n2π2))) eq \s\up6(\f(1,3))－R，C正确．
5．答案：B
解析：第一宇宙速度等于贴近地面做匀速圆周运动卫星的线速度；对环绕地球做匀速圆周运动的卫星，由万有引力提供向心力有： eq \f(GMm,r2)＝m eq \f(v2,r)，解得：v＝ eq \r( ,\f(GM,r))，可知轨道半径越大、则线速度越小，“北斗”第49颗卫星的轨道半径大于地球的半径，则线速度小于第一宇宙速度，故A错误、B正确；根据开普勒第三定律可得 eq \f(r3,T2)＝k，该卫星的周期与“静止”在赤道上空的同步卫星的周期相同，则轨道半径相同，故C、D错误．
6．答案：C
解析：核心舱和同步卫星都是受万有引力，万有引力提供向心力而做匀速圆周运动，有
eq \f(GMm,r2)＝ eq \f(mv2,r)＝m eq \f(4π2,T2)r＝ma＝mω2r ，
可得：ω＝ eq \r( ,\f(GM,r3))；T＝2π eq \r( ,\f(r3,GM))；a＝ eq \f(GM,r2)；v＝ eq \r( ,\f(GM,r))
而核心舱运行轨道距地面的高度为400 km左右，地球同步卫星距地面的高度接近36 000 km，即核心舱的半径比地球同步卫星的半径小，由此可知：核心舱的角速度比地球同步卫星的大，周期比同步卫星短，向心加速度比地球同步卫星大，线速度比地球同步卫星的大，故A、B、D错误，C正确．
7．答案：D
解析：天问一号探测器在轨道Ⅱ上做变速运动，受力不平衡，故A错误．轨道Ⅰ的半长轴大于轨道Ⅱ的半长轴，根据开普勒第三定律可知，天问一号探测器在轨道Ⅰ的运行周期比在Ⅱ时长，故B错误．天问一号探测器从较高轨道Ⅰ向较低轨道Ⅱ变轨时，需要在P点点火减速，故C错误．天问一号探测器沿轨道Ⅰ向P飞近时，万有引力做正功，动能增大，速度增大，故D正确．
8．答案：D
解析：根据题意可知，轨道半径在变化，则运行速度在变化，圆周最大运行速度为第一宇宙速度7.9 km/s(或根据 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.将g＝9.80 m/s2和R＝6 400 km以及hmin＝418 km和hmax＝421 km代入得最大速度和最小速度分别为vmax＝7.673 km/s和vmin＝7.671 km/s)，A、B错误；在4月份轨道半径出现明显的变大情况，则说明发动机启动了，所以存在某两小时机械能不守恒，C错误；在5月份轨道半径缓慢下降，可认为轨道半径基本不变，故可视为机械能守恒，D正确．
9．答案：D
解析：由万有引力提供向心力有G eq \f(Mm,r2)＝m eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T))) eq \s\up12(2)r，解得r＝ eq \r(3,\f(GMT2,4π2))，所以飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值 eq \f(r1,r2)＝ eq \r(3,\f(M1T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,M2T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ))＝ eq \r(3,\f(0.1×22,1))＝ eq \r(3,\f(2,5)).故A、B、C错误，D正确．
10．答案：AC
解析：根据万有引力公式F＝ eq \f(GMm,r2)可知，核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小与轨道半径的平方成反比，则核心舱进入轨道后所受地球的万有引力与它在地面时所受地球的万有引力之比 eq \f(F′,F地)＝ eq \f(R2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋\f(R,16)))\s\up12(2))，解得F′＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(16,17))) eq \s\up12(2)F地，A正确；根据 eq \f(GMm,R2)＝ eq \f(mv2,R)可得，v＝ eq \r(\f(GM,R))＝7.9 km/s，而核心舱轨道半径r大于地球半径R，所以核心舱在轨道上飞行的速度一定小于7.9 km/s，B错误；由 eq \f(GMm,r2)＝m eq \f(4π2,T2)r得绕地球做圆周运动的周期T与 eq \r(r3)成正比，核心舱的轨道半径比同步卫星的小，故核心舱在轨道上飞行的周期小于24 h，C正确；根据G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(v2,r)可知空间站的轨道半径与空间站的质量无关，故后续加挂实验舱后，轨道半径不变，D错误．
11．答案：ABC
解析：a受万有引力和支持力作用，即两个力的合力提供向心力，即G eq \f(Mm,R2)－FN＝ma；G eq \f(Mm,R2)＝mg，向心加速度小于重力加速度g，故A正确；根据G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(v2,r)得v＝ eq \r(\f(GM,r))，由于rb＜rc＜rd，则vb>vc>vd，a、c的角速度相等，根据v＝ωr知，c的线速度大于a的线速度，可知b的线速度最大，则相同时间内转过的弧长最长，故B正确；c为同步卫星，周期为24 h，4 h内转过的圆心角θ＝ eq \f(4,24)×2π＝ eq \f(π,3)，故C正确；根据G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(4π2,T2)r得T＝ eq \r(\f(4π2r3,GM))，d的轨道半径大于c的轨道半径，则d的周期大于c的周期，可知d的周期一定大于24 h，故D错误．
12．答案： eq \r(2)v1
解析：设从地球表面飞出恰好到达无穷远处，至少需给它的初速度为v2，物体从地球表面到达无穷远处的过程中机械能守恒，即Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2，根据Ep＝－G eq \f(Mm,r)得－G eq \f(Mm,R)＋ eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ＝0＋0，所以第二宇宙速度为v2＝ eq \r(\f(2GM,R))，而物体在地球表面附近运动时有G eq \f(Mm,R)＝m eq \f(v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,R)，故第一宇宙速度为v1＝ eq \r(\f(GM,R))
则v2＝ eq \r(2)v1.