2024人教版高中物理必修第二册同步练习题--专题强化练8 卫星的发射、变轨与对接（有解析）
文档属性
| 名称 | 2024人教版高中物理必修第二册同步练习题--专题强化练8 卫星的发射、变轨与对接（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-10-17 10:37:50 | ||
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文档简介
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2024人教版高中物理必修第二册同步
第七章 万有引力与宇宙航行
专题强化练8 卫星的发射、变轨与对接
一、选择题
1.(2023江苏盐城高级实验中学模拟)北京时间2022年11月12日10时03分,搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭,在我国海南文昌航天发射场点火发射,12时10分,天舟五号货运飞船仅用2小时便顺利实现了与中国空间站天和核心舱的快速交会对接,如图所示,创造了世界纪录。下列说法中正确的是 ( )
A.天舟五号货运飞船的发射速度大于11.2 km/s
B.天和核心舱的运行速度大于7.9 km/s
C.在文昌航天发射场点火发射,是为了更好地利用地球的自转速度
D.要实现对接,天舟五号货运飞船应在天和核心舱相同轨道处加速
2.(2023江苏常州期中)2023年我国“天宫号”太空实验室实现了长期有人值守,我国迈入空间站时代。如图所示,“天舟号”沿椭圆轨道运动,A、B两点分别为椭圆轨道的近地点和远地点,在B点“天舟号”与“天宫号”完成对接。则 ( )
A.“天舟号”从A处飞向B处做加速运动
B.“天舟号”与“天宫号”的运动周期相等
C.“天舟号”与“天宫号”对接前必须先加速运动
D.“天舟号”与“天宫号”在对接处受到地球的引力相等
3.(2023江苏南通海安高级中学月考)神舟十三号载人飞船从核心舱下方采用“径向对接”的方式实现对接,“径向对接”指两对接口在地球半径的延长线上,对接前两者要在间隔一定距离的位置保持相对静止一段时间,如图所示,之后飞船再向上逐步接近核心舱实现对接,则 ( )
A.相对静止时,飞船的速度大于核心舱的速度
B.相对静止时,飞船的向心加速度大于核心舱的向心加速度
C.飞船通过加速逐步向上靠近核心舱
D.飞船的速度大于7.9 km/s才能最终靠近核心舱
4.(2022江苏连云港期中)在人类太空征服史中,让人类遗憾的是“太空加油站”的缺乏。当通信卫星轨道校正能源耗尽的时候,它的生命就走到了尽头,有很多成了太空垃圾。如今“轨道康复者”是救助此类卫星的新型太空航天器,“轨道康复者”航天器给太空中“垃圾”卫星补充能源,可简化为如图所示的模型,让“轨道康复者”N对已偏离原来正常工作轨道的卫星M进行校正,则 ( )
A.“轨道康复者”N从如图所示轨道上加速,与卫星M对接后给卫星M补充能源并校正卫星M到较低的轨道
B.让M降低到N所在轨道上,补充能源后再开启卫星M上的发动机校正卫星M的轨道
C.在图中M的线速度一定大于N的线速度
D.在图中,M、N和地球球心三者不可能处在同一直线上
5.(2023山东济宁期中)2022年11月30日,神舟十五号载人飞船与“天和核心舱”完成对接,航天员进入“天和核心舱”。对接过程的示意图如图所示,“天和核心舱”处于半径为r3的圆轨道Ⅲ,神舟十五号飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ,运行周期为T1,通过变轨操作后,沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与“天和核心舱”对接。则下列说法正确的是 ( )
A.如果飞船需从轨道Ⅱ再进入轨道Ⅰ需在A点加速
B.飞船沿轨道Ⅱ运行,从A点到B点的时间是T1
C.飞船在轨道Ⅰ上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度
D.飞船在轨道Ⅲ上B点的线速度小于在轨道Ⅱ上B点的线速度
6.(2023广东深圳中学期中)中国预计在2028年实现载人登月计划,把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。如图所示是“嫦娥一号”奔月的示意图,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”,下列说法正确的是 ( )
A.在绕地轨道中,轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方之比不变
B.发射时的速度必须达到第三宇宙速度
C.在轨道Ⅰ上运动时的速度小于轨道Ⅱ上任意位置的速度
D.从绕月轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ上需减速
二、非选择题
7.(2022山东济南历城二中期中)中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟”飞船,目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术,其发射过程简化如下:飞船在酒泉卫星发射中心发射,由长征运载火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,A点距地面的高度为h1,飞船飞行5圈后进行变轨,进入预定圆轨道,如图所示。设飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,若已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R,引力常量为G。
(1)飞船在B点经椭圆轨道进入预定圆轨道时是加速还是减速
(2)求飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小。
(3)求椭圆轨道远地点B距地面的高度h2。
答案与分层梯度式解析
第七章 万有引力与宇宙航行
专题强化练8 卫星的发射、变轨与对接
1.C 2.C 3.C 4.A 5.BC 6.AD
1.C 天舟五号货运飞船绕地球运动,其发射速度应大于7.9 km/s且小于11.2 km/s,A错误;7.9 km/s是绕地球做匀速圆周运动的最大速度,天和核心舱的运行速度小于7.9 km/s,B错误;在地球表面纬度越低的地方,随地球自转的半径越大,线速度越大,选在纬度较低的海南文昌发射场发射,是为了充分利用地球自转的线速度,C正确;要实现对接,天舟五号货运飞船应在较低轨道加速,做离心运动,D错误。
2.C 由于A、B两点分别为椭圆轨道的近地点和远地点,由开普勒第二定律可知,“天舟号”从A处飞向B处时速度减小,即做减速运动,A错误;“天舟号”的轨道半长轴小于“天宫号”的轨道半径,由开普勒第三定律=k,可知“天舟号”比“天宫号”的运动周期小,B错误;“天舟号”与“天宫号”对接时应相对静止,“天舟号”应变轨到“天宫号”所在的轨道上,由变轨规律可知,“天舟号”与“天宫号”对接前应先加速,C正确;“天舟号”与“天宫号”的质量不一定相等,由F=G可知在对接处受到地球的引力不一定相等,D错误。
3.C 相对静止时,飞船的角速度与核心舱的角速度相等,根据v=ωr,a=ω2r,由于飞船的轨道半径小于核心舱的轨道半径,则飞船的速度小于核心舱的速度,飞船的向心加速度小于核心舱的向心加速度,A、B错误;飞船逐步向上靠近核心舱时,r逐渐增大,做离心运动,则线速度逐渐增大,即飞船通过加速逐步向上靠近核心舱,C正确;7.9 km/s是地球的第一宇宙速度,也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度,而核心舱的线速度小于7.9 km/s,故飞船靠近核心舱的速度不需要大于7.9 km/s,D错误。故选C。
4.A N要与M对接,需加速变轨到较高的轨道运行,故A正确;让M降低到N所在轨道上,需开启卫星M上的发动机,使卫星M减速,而卫星M的能源耗尽了,无法开启发动机,故B错误;由=m可得v=,可知M的线速度小于N的线速度,故C错误;由G=mω2r可得ω=,可知N的角速度比M的大,所以M、N和地球球心三者可能处在同一直线上,故D错误。
5.BC 如果飞船需从轨道Ⅱ再进入轨道Ⅰ,即从高轨道进入低轨道,需在A点减速,A错误;对于飞船绕地球在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上的运动,根据开普勒第三定律有=,可得其沿轨道Ⅱ运行时从A点到B点的时间是t==T1,B正确;飞船在A点时由牛顿第二定律可知=ma,故加速度为a=,可知在轨道Ⅰ上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度,C正确;飞船从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ,即从低轨道到高轨道,由变轨规律可得飞船需加速,即在轨道Ⅲ上B点的线速度大于在轨道Ⅱ上B点的线速度,D错误。
方法技巧 判断卫星变轨时速度、加速度变化情况的思路
(1)判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时,可根据“越远越慢”的规律判断。
(2)判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时,可根据开普勒第二定律判断,即离中心天体越远,速度越小。
(3)判断卫星由圆轨道进入椭圆轨道或由椭圆轨道进入圆轨道时的速度大小如何变化时,可根据离心运动或近心运动的条件进行分析。
(4)判断卫星的加速度大小时,可根据a==G判断。
6.AD 由开普勒第三定律=k可知,在绕地轨道中,轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方之比不变,A正确。第三宇宙速度是能够脱离太阳系的最小发射速度,“嫦娥一号”发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,没有脱离地球的引力范围,其发射速度大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度,故B错误。设“嫦娥一号”在轨道Ⅰ上运动时的速度为v1,在轨道Ⅱ上近月点的速度为v2,轨道Ⅱ上远月点的速度为v3,若在轨道Ⅱ上的远月点建立以月球球心为圆心的圆轨道,卫星在此圆轨道运动的线速度为v4,根据变轨原理可知v1v3,卫星在轨道Ⅰ及过轨道Ⅱ远月点的圆轨道上运动时,根据v=,可得v1>v4;综上可知v2>v1>v4>v3,故在轨道Ⅰ上运动时的速度小于在轨道Ⅱ上Q点的速度,而不是任意位置的速度,故C错误,D正确。
7.答案 (1)加速 (2) (3)-R
解析 (1)飞船在B点经椭圆轨道进入预定圆轨道时,由低轨道进入高轨道,需要加速。
(2)不考虑地球自转,对地表物体,有m0g=
飞船经过椭圆轨道近地点A时,根据牛顿第二定律有=maA
联立解得,飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小为aA=
(3)飞船在预定圆轨道上飞行时由万有引力提供向心力,有G=m(R+h2)
由题意可知,飞船在预定圆轨道上运行的周期T=
解得h2=-R
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第七章 万有引力与宇宙航行
专题强化练8 卫星的发射、变轨与对接
一、选择题
1.(2023江苏盐城高级实验中学模拟)北京时间2022年11月12日10时03分,搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭,在我国海南文昌航天发射场点火发射,12时10分,天舟五号货运飞船仅用2小时便顺利实现了与中国空间站天和核心舱的快速交会对接,如图所示,创造了世界纪录。下列说法中正确的是 ( )
A.天舟五号货运飞船的发射速度大于11.2 km/s
B.天和核心舱的运行速度大于7.9 km/s
C.在文昌航天发射场点火发射,是为了更好地利用地球的自转速度
D.要实现对接,天舟五号货运飞船应在天和核心舱相同轨道处加速
2.(2023江苏常州期中)2023年我国“天宫号”太空实验室实现了长期有人值守,我国迈入空间站时代。如图所示,“天舟号”沿椭圆轨道运动,A、B两点分别为椭圆轨道的近地点和远地点,在B点“天舟号”与“天宫号”完成对接。则 ( )
A.“天舟号”从A处飞向B处做加速运动
B.“天舟号”与“天宫号”的运动周期相等
C.“天舟号”与“天宫号”对接前必须先加速运动
D.“天舟号”与“天宫号”在对接处受到地球的引力相等
3.(2023江苏南通海安高级中学月考)神舟十三号载人飞船从核心舱下方采用“径向对接”的方式实现对接,“径向对接”指两对接口在地球半径的延长线上,对接前两者要在间隔一定距离的位置保持相对静止一段时间,如图所示,之后飞船再向上逐步接近核心舱实现对接,则 ( )
A.相对静止时,飞船的速度大于核心舱的速度
B.相对静止时,飞船的向心加速度大于核心舱的向心加速度
C.飞船通过加速逐步向上靠近核心舱
D.飞船的速度大于7.9 km/s才能最终靠近核心舱
4.(2022江苏连云港期中)在人类太空征服史中,让人类遗憾的是“太空加油站”的缺乏。当通信卫星轨道校正能源耗尽的时候,它的生命就走到了尽头,有很多成了太空垃圾。如今“轨道康复者”是救助此类卫星的新型太空航天器,“轨道康复者”航天器给太空中“垃圾”卫星补充能源,可简化为如图所示的模型,让“轨道康复者”N对已偏离原来正常工作轨道的卫星M进行校正,则 ( )
A.“轨道康复者”N从如图所示轨道上加速,与卫星M对接后给卫星M补充能源并校正卫星M到较低的轨道
B.让M降低到N所在轨道上,补充能源后再开启卫星M上的发动机校正卫星M的轨道
C.在图中M的线速度一定大于N的线速度
D.在图中,M、N和地球球心三者不可能处在同一直线上
5.(2023山东济宁期中)2022年11月30日,神舟十五号载人飞船与“天和核心舱”完成对接,航天员进入“天和核心舱”。对接过程的示意图如图所示,“天和核心舱”处于半径为r3的圆轨道Ⅲ,神舟十五号飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ,运行周期为T1,通过变轨操作后,沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与“天和核心舱”对接。则下列说法正确的是 ( )
A.如果飞船需从轨道Ⅱ再进入轨道Ⅰ需在A点加速
B.飞船沿轨道Ⅱ运行,从A点到B点的时间是T1
C.飞船在轨道Ⅰ上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度
D.飞船在轨道Ⅲ上B点的线速度小于在轨道Ⅱ上B点的线速度
6.(2023广东深圳中学期中)中国预计在2028年实现载人登月计划,把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。如图所示是“嫦娥一号”奔月的示意图,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”,下列说法正确的是 ( )
A.在绕地轨道中,轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方之比不变
B.发射时的速度必须达到第三宇宙速度
C.在轨道Ⅰ上运动时的速度小于轨道Ⅱ上任意位置的速度
D.从绕月轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ上需减速
二、非选择题
7.(2022山东济南历城二中期中)中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟”飞船,目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术,其发射过程简化如下:飞船在酒泉卫星发射中心发射,由长征运载火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,A点距地面的高度为h1,飞船飞行5圈后进行变轨,进入预定圆轨道,如图所示。设飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,若已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R,引力常量为G。
(1)飞船在B点经椭圆轨道进入预定圆轨道时是加速还是减速
(2)求飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小。
(3)求椭圆轨道远地点B距地面的高度h2。
答案与分层梯度式解析
第七章 万有引力与宇宙航行
专题强化练8 卫星的发射、变轨与对接
1.C 2.C 3.C 4.A 5.BC 6.AD
1.C 天舟五号货运飞船绕地球运动,其发射速度应大于7.9 km/s且小于11.2 km/s,A错误;7.9 km/s是绕地球做匀速圆周运动的最大速度,天和核心舱的运行速度小于7.9 km/s,B错误;在地球表面纬度越低的地方,随地球自转的半径越大,线速度越大,选在纬度较低的海南文昌发射场发射,是为了充分利用地球自转的线速度,C正确;要实现对接,天舟五号货运飞船应在较低轨道加速,做离心运动,D错误。
2.C 由于A、B两点分别为椭圆轨道的近地点和远地点,由开普勒第二定律可知,“天舟号”从A处飞向B处时速度减小,即做减速运动,A错误;“天舟号”的轨道半长轴小于“天宫号”的轨道半径,由开普勒第三定律=k,可知“天舟号”比“天宫号”的运动周期小,B错误;“天舟号”与“天宫号”对接时应相对静止,“天舟号”应变轨到“天宫号”所在的轨道上,由变轨规律可知,“天舟号”与“天宫号”对接前应先加速,C正确;“天舟号”与“天宫号”的质量不一定相等,由F=G可知在对接处受到地球的引力不一定相等,D错误。
3.C 相对静止时,飞船的角速度与核心舱的角速度相等,根据v=ωr,a=ω2r,由于飞船的轨道半径小于核心舱的轨道半径,则飞船的速度小于核心舱的速度,飞船的向心加速度小于核心舱的向心加速度,A、B错误;飞船逐步向上靠近核心舱时,r逐渐增大,做离心运动,则线速度逐渐增大,即飞船通过加速逐步向上靠近核心舱,C正确;7.9 km/s是地球的第一宇宙速度,也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度,而核心舱的线速度小于7.9 km/s,故飞船靠近核心舱的速度不需要大于7.9 km/s,D错误。故选C。
4.A N要与M对接,需加速变轨到较高的轨道运行,故A正确;让M降低到N所在轨道上,需开启卫星M上的发动机,使卫星M减速,而卫星M的能源耗尽了,无法开启发动机,故B错误;由=m可得v=,可知M的线速度小于N的线速度,故C错误;由G=mω2r可得ω=,可知N的角速度比M的大,所以M、N和地球球心三者可能处在同一直线上,故D错误。
5.BC 如果飞船需从轨道Ⅱ再进入轨道Ⅰ,即从高轨道进入低轨道,需在A点减速,A错误;对于飞船绕地球在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上的运动,根据开普勒第三定律有=,可得其沿轨道Ⅱ运行时从A点到B点的时间是t==T1,B正确;飞船在A点时由牛顿第二定律可知=ma,故加速度为a=,可知在轨道Ⅰ上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度,C正确;飞船从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ,即从低轨道到高轨道,由变轨规律可得飞船需加速,即在轨道Ⅲ上B点的线速度大于在轨道Ⅱ上B点的线速度,D错误。
方法技巧 判断卫星变轨时速度、加速度变化情况的思路
(1)判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时,可根据“越远越慢”的规律判断。
(2)判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时,可根据开普勒第二定律判断,即离中心天体越远,速度越小。
(3)判断卫星由圆轨道进入椭圆轨道或由椭圆轨道进入圆轨道时的速度大小如何变化时,可根据离心运动或近心运动的条件进行分析。
(4)判断卫星的加速度大小时,可根据a==G判断。
6.AD 由开普勒第三定律=k可知,在绕地轨道中,轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方之比不变,A正确。第三宇宙速度是能够脱离太阳系的最小发射速度,“嫦娥一号”发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,没有脱离地球的引力范围,其发射速度大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度,故B错误。设“嫦娥一号”在轨道Ⅰ上运动时的速度为v1,在轨道Ⅱ上近月点的速度为v2,轨道Ⅱ上远月点的速度为v3,若在轨道Ⅱ上的远月点建立以月球球心为圆心的圆轨道,卫星在此圆轨道运动的线速度为v4,根据变轨原理可知v1
7.答案 (1)加速 (2) (3)-R
解析 (1)飞船在B点经椭圆轨道进入预定圆轨道时,由低轨道进入高轨道,需要加速。
(2)不考虑地球自转,对地表物体,有m0g=
飞船经过椭圆轨道近地点A时,根据牛顿第二定律有=maA
联立解得,飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小为aA=
(3)飞船在预定圆轨道上飞行时由万有引力提供向心力,有G=m(R+h2)
由题意可知,飞船在预定圆轨道上运行的周期T=
解得h2=-R
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