2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业20人造卫星宇宙速度

这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业20人造卫星宇宙速度，共7页。

1．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
2．[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
3．(多选)我国发射的“天问一号”火星探测器到达火星后开展了一系列复杂的变轨操作：2021年2月10日，探测器第一次到达近火点时被火星捕获，成功实现火星环绕，进入周期为10天的大椭圆轨道；2月15日，探测器第一次到达远火点时进行变轨，调整轨道平面与近火点高度，环火轨道变为经过火星南北两极的极轨；2月20日，探测器第二次到达近火点时进行轨道调整，进入周期为4天的调相轨道；2月24日，探测器第三次运行至近火点时顺利实施第三次近火制动，成功进入停泊轨道．极轨、调相轨道、停泊轨道在同一平面内．探测器在这四次变轨过程中( )
A．沿大椭圆轨道经过远火点与变轨后在极轨上经过远火点的加速度方向垂直
B．沿极轨到达近火点变轨时制动减速才能进入调相轨道
C．沿极轨、调相轨道经过近火点时的加速度都相等
D．大椭圆轨道半长轴r1与调相轨道半长轴r2的比值为eq \f(\r(3,400),4)
4．(多选)2021年12月9日，“天宫课堂”第一课正式开讲，时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课．若空间站质量为m0，距离地球表面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则空间站内质量为m的航天员( )
A．受到的重力为0
B．加速度大小为eq \f(GM,（R＋h）2)
C．受到地球的引力大小为eq \f(GMm,（R＋h）2)
D．对空间站地板的压力大小为eq \f(GMm,（R＋h）2)
5．[2023·沈阳二模]2021年2月，我国“天问一号”火星探测器成功实施近火捕获制动，顺利进入环火轨道运行，成为我国发射的第一颗火星的人造卫星，如图所示．环火轨道近似看成圆形轨道，关于该次近火捕获制动，下列说法正确的是( )
A.如果制动时间过短使速度减小得少，探测器会撞上火星
B．如果制动时间过长使速度减小得多，探测器会飞离火星
C．制动过程中由于开启发动机，探测器的机械能会增加
D．捕获成功后沿环火轨道运行，探测器的机械能保持不变
6．[2023·山东省青岛市模拟]2021年11月8日，神舟十三号载人航天飞船上的三名航天员经过6.5个小时的努力，顺利完成所有舱外航天任务，王亚平就此成为中国历史上首位执行出舱任务的女宇航员，创造了太空探索新纪录．已知空间站在离地高度约为400km的圆形轨道飞行．引力常量为G.下列说法正确的是( )
A．与同步卫星相比，空间站做圆周运动的加速度更大
B．与同步卫星相比，空间站做圆周运动的周期更长
C．只要查到空间站的运行周期即可计算出地球的平均密度
D．王亚平在空间站外面检修时若手中的工具不小心掉落．工具将会落向地面
7．[2023·四川省遂宁市高三一诊]2021年1月，“天通一号”03星发射成功．发射过程简化为如图所示：火箭先把卫星送上轨道1(椭圆轨道，P、Q是远地点和近地点)后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道2(圆轨道)；卫星最后变轨到轨道3(同步圆轨道).轨道1、2相切于P点，轨道2、3相交于M、N两点．忽略卫星质量变化 ( )
A．卫星在三个轨道上的周期T3>T2>T1
B．由轨道1变至轨道2，卫星在P点向前喷气
C．卫星在三个轨道上机械能E3＝E2>E1
D．轨道1在Q点的线速度小于轨道3的线速度
8．[2023·湖北十一校联考]2021年6月17日，神舟十二号飞船搭载长征二号F遥十二运载火箭成功升空，进入预定圆轨道(离地约200km).此时，天宫空间站天和核心舱位于离地约400km的圆轨道上．神舟十二号飞船只需绕地球飞行4.3圈，连续进行6次变轨(模拟如图所示)，到达空间站后下方的位置，之后绕飞到空间站的正前方，适当调整后就能跟核心舱前端接口成功对接，形成组合体．已知地球半径R＝6400km，则下列说法正确的是( )
A.搭载神舟十二号飞船的长征二号F遥十二运载火箭的发射速度可能小于7.9km/s
B.对接前，在各自预定圆轨道飞行时，神舟十二号飞船的环绕速度比天和核心舱小
C．神舟十二号飞船从低轨道变轨与天和核心舱对接时，需制动减速
D．神舟十二号飞船进入离地约200km的预定轨道后，最快需大约6.5h就可与天和核心舱对接
9．[2023·河南新乡一模]2021年5月30日，我国“天舟二号”货运飞船B携带物资与在固定轨道上的空间站A成功交会对接，简单示意图如图所示，二者对接前分别在各自的轨道上做圆周运动．若用s、θ分别表示A、B在时间t内通过的弧长和转过的角度，则下列图像可能正确的是( )
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10．[2022·湖南卷](多选)神舟十三号返回舱进入大气层一段时间后，逐一打开引导伞、减速伞、主伞，最后启动反冲装置，实现软着陆．某兴趣小组研究了减速伞打开后返回舱的运动情况，将其运动简化为竖直方向的直线运动，其v­t图像如图所示．设该过程中，重力加速度不变，返回舱质量不变，下列说法正确的是( )
A.在0～t1时间内，返回舱重力的功率随时间减小
B．在0～t1时间内，返回舱的加速度不变
C．在t1～t2时间内，返回舱的动量随时间减小
D．在t2～t3时间内，返回舱的机械能不变
11．2021年10月16日，神舟十三号载人飞船与中国空间站组合体完成自主快速交会对接．航天员翟志刚、王亚平、叶光富进驻天和核心舱．已知空间站离地面高度约为H＝400km，地球半径约为R＝6400km，地球表面重力加速度g＝10m/s2，sin70°≈0.94，eq \r(17)≈4.1，空间站的运行可看成绕地球做匀速圆周运动，不考虑地球的自转，太阳光可近似为平行光，以下说法正确的是( )
A．空间站绕地球公转周期约3h
B．空间站的运行速度大于7.9km/s
C．航天员在空间站中的太空跑步机上锻炼时对跑步机有压力作用，不需要佩戴束缚装置
D．空间站每天有阳光照射的时间与没有阳光照射的时间之比约为11∶7
12．[2023·陕西咸阳模拟]假设有一载人宇宙飞船在距赤道地面高度为4200km的上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400km，地球同步卫星距地面高为36000km，宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动，每当两者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻两者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为( )
A．4次B．6次
C．7次D．8次
课时分层作业（二十）
1．解析：因该卫星绕地球做圆周运动，由Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)可得v＝eq \r(\f(GM,r))，而第一宇宙速度是卫星运动的最大环绕速度，故A错误，B正确；因同步卫星的周期等于地球自转的周期，由Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(4π2,T2)r可得r＝eq \r(3,\f(GM,4π2)T2)，可见只要周期相同，卫星运动的轨道半径就相同，故C、D错误．
答案：B
2．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r地可得ω火<ω地，B项错误；由万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火答案：D
3．解析：沿大椭圆轨道经过远火点与变轨后在极轨上经过远火点时，都是火星对探测器的万有引力提供向心力，则加速度方向都是指向火星中心，A错误；变轨时，由高轨道到低轨道要点火减速，所以沿极轨到达近火点变轨时制动减速才能进入调相轨道，B正确；根据a＝eq \f(GM,R2)，可知同一点的加速度相同，则沿极轨、调相轨道经过近火点时的加速度都相等，C正确；根据开普勒第三定律可知eq \f(r eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1)) ,T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) )＝eq \f(r eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(2)) ,T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) )＝k，T1＝10天，T2＝4天，
解得eq \f(r1,r2)＝eq \r(3,\f(T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ))＝eq \r(3,\f(102,42))＝eq \f(\r(3,400),4)，D正确．
答案：BCD
4．解析：重力是由于地球对物体的吸引而产生的，所以飞船内质量为m的航天员受到的重力一定大于零，A错误；飞船内质量为m的航天员随空间站做匀速圆周运动，受到的万有引力F＝eq \f(GMm,（R＋h）2)，万有引力提供向心力，由eq \f(GMm,（R＋h）2)＝ma，解得a＝eq \f(GM,（R＋h）2)，B、C正确；由于空间站及航天员都处于完全失重的状态，则航天员对空间站地板的压力为零，D错误．
答案：BC
5．解析：如果制动时间过短使速度减小得少，探测器所受万有引力小于其做圆周运动所需的向心力，则探测器会做离心运动而飞离火星，选项A错误；同理，如果制动时间过长使速度减小得多，探测器所受万有引力大于其做圆周运动所需的向心力，则探测器会做近心运动而撞上火星，选项B错误；制动过程中开启发动机，发动机对探测器做负功，探测器的机械能减少，选项C错误；探测器沿环火轨道运行，机械能保持不变，选项D正确．
答案：D
6．解析：根据万有引力提供向心力有eq \f(GMm,R2)＝ma＝eq \f(4π2mR,T2)，可得a＝eq \f(GM,R2)，T＝2πeq \r(\f(R2,GM))可知离地球越远，加速度越小，周期越长，故A正确，B错误；由T＝2πeq \r(\f(R3,GM))可得M＝eq \f(4π2R3,GT2)，设地球半径为r，可得地球的平均密度ρ＝eq \f(3πR3,GT2r3)，地球半径未知，无法求地球平均密度，故C错误；王亚平在空问站外面检修时若手中的工具不小心掉落，由于工具也受到万有引力，所以工具将继续做圆周运动，故D错误．
答案：A
7．解析：根据开普勒第三定律eq \f(a3,T2)＝k可知，卫星在三个轨道上的周期T3＝T2>T1，故A错误；由轨道1变至轨道2，离心运动，卫星在P点向后喷气，故B错误；由轨道1变至轨道2，离心运动，卫星在P点向后喷气，机械能增大，而在轨道2、3上，高度相同，根据v＝eq \r(\f(GM,r))可知，速度大小相同，动能相同，则机械能相同，故E3＝E2>E1，故C正确；轨道1在Q点的线速度大于对应圆轨道的线速度，根据v＝eq \r(\f(GM,r))可知Q点对应圆轨道的线速度大于轨道3的线速度，故轨道1在Q点的线速度大于轨道3的线速度，故D错误．
答案：C
8．解析：长征二号F遥十二运载火箭的发射速度一定大于地球的第一宇宙速度7.9km/s，A项错误．由“高轨、低速、大周期”的规律可知，神舟十二号飞船的环绕速度比天和核心舱大，B项错误．处于低轨道的飞船需加速做离心运动才能与处于高轨道的核心舱对接，C项错误．飞船绕地球做匀速圆周运动有Geq \f(Mm,（R＋h）2)＝meq \f(4π2,T2)（R＋h），又有Geq \f(Mm,R2)＝mg，解两式得T＝2πeq \f(（R＋h）,R)，eq \r(\f(R＋h,g))≈1.5h，飞船绕行4.3圈，t＝4.3T≈6.5h，D项正确．
答案：D
9．解析：弧长s＝vt，故s­t图像的斜率表示线速度v，根据万有引力提供向心力可得Geq \f(Mm,L2)＝meq \f(v2,L)，解得v＝eq \r(\f(GM,L))，则有vA＝eq \r(\f(GM,R))、vB＝eq \r(\f(GM,r))，由于R>r，则vA答案：B
10．解析：由题知，返回舱的运动简化为竖直方向的直线运动，所以重力的功率P＝mgv，因此在0～t1时间内，结合v­t图像可知返回舱重力的功率随时间减小，A项正确；v­t图像的斜率表示返回舱的加速度，故0～t1时间内，返回舱的加速度不断减小，B项错误；返回舱的动量大小与其速度大小成正比，所以t1～t2时间内，返回舱的动量随时间减小，C项正确；在t2～t3时间内，返回舱匀速下降，机械能减小，D项错误．
答案：AC
11．解析：空间站所受万有引力提供向心力有Geq \f(Mm,（R＋H）2)＝meq \f(4π2（R＋H）,T2)，不考虑地球自转时eq \f(GMm′,R2)＝m′g，联立解得T≈1.5h，A错误；7.9km/s是地球的第一宇宙速度，是理想状态下卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度，所以空间站的运行速度小于7.9km/s，B错误；航天员由于失重的原因，在空间站中的太空跑步机上锻炼时对跑步机没有压力作用，需要佩戴束缚装置，C错误；如图所示，设空间站每天没有阳光照射的时间对应角度为θ，sineq \f(θ,2)＝eq \f(R,R＋H)，解得θ≈140°，分析可知空间站每天有阳光照射的时间与没有阳光照射的时间之比约为eq \f(360°－140°,140°)＝eq \f(11,7)，D正确．
答案：D
12．解析：根据圆周运动的规律，求解出的一个昼夜同步卫星与宇宙飞船相距最近的次数，即为飞船发射信号的次数，也为接收站接收到信号的次数．
设宇宙飞船的周期为T，由eq \f(GMm,r2)＝meq \f(4π2,T2)r，得T＝2πeq \r(\f(r3,GM))
则eq \f(T2,（24h）2)＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(6400＋4200,（6400＋36000）)))eq \s\up12(3)，解得T＝3h
设两者由相隔最远至第一次相隔最近所用的时间为t1，有eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)－\f(2π,T0)))·t1＝π，解得t1＝eq \f(12,7)h
以后每次相距最近的时间间隔为t2，有
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)－\f(2π,T0)))·t2＝2π，解得t2＝eq \f(24,7)h
由n＝eq \f(24h－t1,t2)＝6.5知，接收站共接收到信号的次数为7次．
答案：C