备战2025年高考二轮复习物理（福建专版） 热点练2 航天技术类（Word版附解析）

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1.(2024山东烟台一模)“星下点”是指卫星和地心连线与地球表面的交点。如图甲所示是人造地球卫星A的运行圆轨道及“星下点”示意图,卫星A的绕行方向与地球自转方向一致,M点是卫星A某时刻的“星下点”,如图乙所示是卫星A的“星下点”在完整地球平面图上一段时间内的轨迹,已知地球同步卫星B(图中未画出)的轨道半径为r,则卫星A的轨道半径为( )
A.r5B.r3
C.r39D.r33
答案 C
解析 由图乙可知,地球每自转一圈卫星运动3圈,卫星做圆周运动,根据万有引力提供向心力GMmr2=m2πT2r,可得同步卫星的周期为T=2πr3GM,卫星A的周期为T'=2πr'3GM=T3,则卫星A的轨道半径r'=r39,故C正确。
2.(多选)(2024广东二模)2024年,我国探月计划第六个探测器嫦娥六号出征月球,飞往月球背面采集土壤并返回地球。如图所示,O1为地球的球心、O2为月球的球心,图中的P点为地—月系统的一个拉格朗日点,在该点的物体能够保持和地球、月球相对位置关系不变,以和月球相同的角速度绕地球做匀速圆周运动。地球上的人总是只能看到月球的正面,嫦娥六号将要达到的却是月球背面的M点,为了保持和地球的联系,我国还将发射鹊桥二号中继通信卫星,让其在以P点为圆心、垂直于地月连线的圆轨道上运动。下列说法正确的是( )
A.我们无法看到月球的背面,是因为月球的自转周期和公转周期相同
B.发射嫦娥六号时,发射速度要超过第二宇宙速度,让其摆脱地球引力的束缚
C.以地球球心为参考系,鹊桥二号中继卫星做匀速圆周运动
D.鹊桥二号中继卫星受到地球和月球引力的共同作用
答案 AD
解析 因为潮汐锁定,月球的自转周期和公转周期相同,所以我们无法看到月球的背面,故A项正确;嫦娥六号并没摆脱地球引力的束缚,因此发射速度不会超过第二宇宙速度,故B项错误;以地球为参考系,鹊桥二号一方面绕地月系统共同的圆心做匀速圆周运动,另一方面绕P点做匀速圆周运动,因此以地心为参考系,它是两个匀速圆周运动的合运动,故C项错误;鹊桥二号中继卫星受地球和月球共同引力的作用,故D项正确。
3.(2024浙江温州二模)2024年1月17日,搭载“天舟七号”货运飞船的运载火箭在文昌航天发射场发射。次日凌晨,“天舟七号”货运飞船成功对接空间站“天和”核心舱,如图所示。对接后,“天舟七号”与空间站组成组合体,运行在离地高度约为400 km的圆形轨道上,下列说法正确的是( )
A.组合体的角速度小于地球自转的角速度
B.组合体的线速度大于地球同步卫星的线速度
C.组合体的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度
D.“天舟七号”携带的一未开封货物,在发射前与对接后所受的重力相等
答案 B
解析 设物体绕地球做半径为r、周期为T的匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有GMmr2=m4π2rT2,解得T=2πr3GM,根据上式可知,由于地球同步卫星的轨道半径大于组合体的轨道半径,所以同步卫星的周期大于组合体的周期,而同步卫星的周期与地球自转周期相同,所以组合体的周期小于地球自转周期,又根据ω=2πT,可知组合体的角速度大于地球自转角速度,故A错误;根据万有引力提供向心力GMmr2=mv2r,解得v=GMr,由于地球同步卫星的轨道半径大于组合体的轨道半径,所以组合体的线速度大于地球同步卫星的线速度,故B正确;根据万有引力提供向心力GMmr2=ma,解得a=GMr2,由于地球同步卫星的轨道半径大于组合体的轨道半径,所以组合体的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度,故C错误;“天舟七号”携带的未开封货物,发射前在地面上时r=R,得g=GMR2,对接后向心加速度为a'=GMr2,由于r>R,得a'4.(2024山东德州模拟)天问一号是执行中国首次火星探测任务的探测器,该名称源于屈原长诗《天问》,表达了中华民族对真理追求的坚韧与执着。如图所示是天问一号的运行轨迹图,在运行过程中天问一号进行了多次轨道修正,天问一号进入火星轨道后,轨迹是一个绕着火星的椭圆。远火点是这个椭圆轨迹上距离火星最远的一点,远火点平面轨道调整就是将天问一号的绕火星飞行路线从横着绕变成竖着绕并进入遥感使命轨道,这样天问一号就能够对火星的两极进行拍摄,从而完成对火星全球的遥感成像任务( )
A.天问一号发射阶段的速度必须大于第二宇宙速度
B.天问一号在进入火星轨道前只受到地球和火星的引力影响
C.天问一号在远火平面制动点的加速度比在其他绕火星轨道的加速度都要大
D.天问一号的遥感使命轨道是火星的同步轨道,在这个轨道上天问一号相当于火星的同步卫星
答案 A
解析 天问一号要脱离地球的吸引,发射阶段的速度必须大于第二宇宙速度,故A正确;天问一号在地火转移阶段受太阳引力的影响不能忽略,故B错误;根据牛顿第二定律GMmr2=ma,解得a=GMr2,远火点则是这个椭圆轨迹上距离火星最远的一点,故天问一号在远火平面制动点的加速度比其他绕火星轨道的加速度都要小,故C错误;天问一号的遥感使命轨道是椭圆轨道,不是火星的同步卫星轨道,故D错误。
5.(2024辽宁葫芦岛一模)2023年5月神舟十六号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接,形成了三舱三船组合体,载人发射任务取得圆满成功。载人飞船发射后变轨过程可简化为如图所示,首先发射到停泊轨道Ⅰ上进行数据确认,停泊轨道半径近似为地球半径R;然后在轨道Ⅰ上P处点火加速运行到转移轨道Ⅱ上,最后择机在Q处与中国空间站完成对接。已知中国空间站圆轨道距地面的高度为h,运行周期为T,则( )
A.飞船在转移轨道Ⅱ上各点的速度均小于7.9 km/s
B.飞船在转移轨道Ⅱ上正常运行的周期为TⅡ=(2R+h)T2(R+h)
C.飞船在转移轨道Ⅱ上经过P、Q两点时的速率之比为vPvQ=R+hR
D.飞船在停泊轨道Ⅰ上P点的加速度小于在转移轨道Ⅱ上P点的加速度
答案 C
解析 停泊轨道Ⅰ半径近似为地球半径R,则飞船在停泊轨道Ⅰ上各点的速度等于第一宇宙速度,即7.9 km/s,飞船在停泊轨道Ⅰ的P点加速,做离心运动进入转移轨道Ⅱ,故飞船在转移轨道Ⅱ上P点的速度大于在停泊轨道Ⅰ上P点的速度,即大于7.9 km/s,故A错误;根据开普勒第三定律(R+h)3T2=2R+h23TⅡ2,解得飞船在转移轨道Ⅱ上正常运行的周期为TⅡ=(2R+h)T2(R+h)2R+h2(R+h),故B错误;根据开普勒第二定律,12R·vPΔt=12(R+h)·vQΔt,解得飞船在转移轨道Ⅱ上经过P、Q两点时的速率之比为vPvQ=R+hR,故C正确;根据牛顿第二定律GMmr2=ma,飞船在停泊轨道Ⅰ上P点的加速度等于在转移轨道Ⅱ上P点的加速度,故D错误。
6.(2024广西贵港二模)2024年2月23日,“长征5号”遥七运载火箭搭载通信技术试验卫星十一号发射成功,被誉为龙年首发。卫星进入地球同步轨道后,主要用于开展多频段、高速率卫星通信技术验证。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,下列说法正确的是( )
A.地球同步卫星可以静止在北京上空
B.同步卫星运行速度是第一宇宙速度的1n
C.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的1n
D.若忽略地球的自转效应,则同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1n
答案 B
解析 地球同步卫星静止在赤道上空,不可能静止在北京上空,故A错误;根据万有引力提供向心力GMmr2=mv2r,可得v=GMr,则同步卫星运行速度与第一宇宙速度之比v同v1=1nR1R=1n,故B正确;同步卫星与地球赤道上物体角速度相同,根据v=ωr,则同步卫星的运行速度与地球赤道上物体随地球自转获得的速度之比v同v物=nRR=n,故C错误;忽略地球的自转效应,根据万有引力与重力的关系,地球表面任一质量为m的物体满足GMmR2=mg,根据牛顿第二定律,任一质量为m的物体在同步卫星上满足GMmr2=ma,可得a=1n2g,故D错误。
7.(2024山东济南一模)有卫星通信功能的手机,只要在有卫星信号覆盖的地方,就可以实现通话。如图所示,通过三颗赤道上空的通信卫星就能实现环赤道全球通信,已知三颗卫星离地面高度均为h,地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,引力常量为G,下列说法正确的是( )
A.三颗通信卫星受到地球的万有引力的大小一定相等
B.其中一颗质量为m的通信卫星的动能为mgR22R+h
C.能实现赤道全球通信时,卫星离地高度至少为2R
D.同一卫星在高轨道的动能大于在低轨道的动能
答案 B
解析 根据万有引力的公式F=GMm(R+h)2可知,由于不知道三颗卫星的质量大小,因此不能确定三颗卫星所受地球万有引力大小的关系,故A错误;根据万有引力充当向心力有GMm(R+h)2=mv2R+h,可得卫星的线速度v=GMR+h,则该卫星的动能Ek=12mv2=GMm2(R+h),而对于环绕地球表面做圆周运动的物体有GMm'R2=m'g,可得GM=gR2,则可得该物体的动能Ek=mgR22(R+h),而显然对于同一颗卫星,轨道半径越大,其动能越小,因此同一卫星在高轨道的动能小于在低轨道的动能,故B正确,D错误;若恰能实现赤道全球通信,此时每颗卫星与地心的连线之间的夹角为120°,且任意两颗卫星之间的连线都与地球赤道相切,根据几何关系可知,此种情况下卫星到地心的距离为r'=Rcs60°=2R,则卫星离地高度至少为h'=r'-R=R,故C错误。
8.(2024湖北二模)《天问》是屈原笔下的不朽诗篇,而“天问”行星探索系列代表着中国人对深空物理研究的不懈追求。如下图所示,半径均为R的两球形行星A、B的密度之比为ρA∶ρB=1∶2,A、B各有一个近地卫星,分别为C、D,其绕行周期分别为TC、TD。站在行星表面的航天员从距A行星表面高为h处以v0水平抛出一物体a,从距B行星表面高为2h处以2v0水平抛出另一物体b。下列说法正确的是( )
A.C、D绕A、B运行的速度之比为1∶2
B.C、D绕A、B运行的周期满足TC=TD
C.由于不知道a与b的质量,所以无法求出二者落地时速度之比
D.a、b两物体从抛出到落地的位移之比为1∶2
答案 D
解析 近地卫星绕行星做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力可得GMmR2=mv2R可得v=GMR=G·ρ43πR3R=G·ρ43πR2∝ρ,可知C、D绕A、B运行的速度之比为vC∶vD=ρA∶ρB=1∶2,故A错误;近地卫星绕行星做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力可得GMmR2=m4π2T2R,可得T=4π2R3GM=4π2R3G·ρ43πR3=3πGρ∝1ρ,可知C、D绕A、B运行的周期之比为TC∶TD=ρB∶ρA=2∶1,故B错误;在行星表面有GMmR2=mg,可得g=GMR2=G·ρ43πR3R2=G·ρ43πR∝ρ,可知行星A、B的表面重力加速度之比为gA∶gB=ρA∶ρB=1∶2,对于物体a,根据动能定理可得magAh=12mava2-12mav02,可得落地时速度va=v02+2gAh,对于物体b,根据动能定理可得mbgB·2h=12mbvb2-12mb(2v0)2,可得vb=4v02+4gBh=2v02+2gAh,则有va∶vb=1∶2,故C错误;a、b两物体在空中的时间分别为ta=2hgA,tb=4hgB,a、b两物体的水平位移分别为xa=v0ta=v02hgA,xb=2v0tb=2v04hgB,联立可得xb=2xa,则a、b两物体从抛出到落地的位移之比为sa∶sb=h2+xa2∶(2h)2+xb2=1∶2,故D正确。
9.(多选)(2024福建龙岩二模)2022年10月9日,我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射,实现了对太阳探测的跨越式突破。“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动,距地面高度约为720 km,运行一圈所用时间约为100分钟。如图所示,为了随时跟踪和观测太阳的活动,“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中,需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向,使太阳光能照射到“夸父一号”,下列说法正确的是( )
A.“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为1°
B.“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于7.9 km/s
C.“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度
D.由题干信息,根据开普勒第三定律,可求出日地间平均距离
答案 AC
解析 因为“夸父一号”的轨道平面要在一年中始终与太阳保持固定的取向,则在一年之内转动360°,即轨道平面平均每天约转动1°,故A正确;第一宇宙速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大环绕速度,则“夸父一号”的速度小于7.9 km/s,故B错误;根据万有引力与重力的关系GMmR2=mg,根据牛顿第二定律GMmr2=ma,“夸父一号”绕地球做圆周运动的半径大于地球半径,可知“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度,故C正确;“夸父一号”绕地球转动,地球绕太阳转动,中心天体不同,则根据题中信息不能求解地球与太阳的距离,故D错误。