2025鲁科版高中物理必修第二册强化练习题--专题强化练8 宇宙速度 卫星的发射与变轨

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2025鲁科版高中物理必修第二册
专题强化练8　宇宙速度　卫星的发射与变轨
1.(2024湖南衡阳期中)2024年3月20日,探月工程四期“鹊桥二号”中继星成功发射升空。“鹊桥二号”中继星作为探月四期后续工程的“关键一环”,将架设地月新“鹊桥”,为“嫦娥四号”“嫦娥六号”等任务提供地月间中继通信。3月25日,“鹊桥二号”中继星经过约112小时奔月飞行后,在距月面约440公里处开始实施近月制动,约19分钟后,顺利进入环月轨道飞行。下列说法正确的是 (　　)
A.该次发射速度大于第二宇宙速度
B.“鹊桥二号”制动是向运动前方喷气
C.“鹊桥二号”的环月轨道一定为圆周
D.“鹊桥二号”进入环月轨道后不受月球引力
2.(多选题)(2024江苏泰州中学期中)如图所示,一飞行器围绕地球沿半径为r的圆轨道1运动,经P点时,启动推进器短时间向前喷气使其变轨,2、3是与轨道1相切于P点的可能轨道。则飞行器 (　　)
A.相对于变轨前运行周期变长
B.变轨后将沿轨道3运动
C.变轨前、后在两轨道上经P点的速度大小相等
D.变轨前、后在两轨道上经P点的加速度大小相等
3.(2024四川雅安期中)使物体脱离星球的引力束缚,不再绕星球运行,从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度,星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系为v2=v1。已知某星球的半径为R,其表面的重力加速度大小为地球表面重力加速度大小g的k(k>1)倍。不计其他星球的影响,则该星球的第二宇宙速度为 (　　)
A.　　　　B.
C.　　　　D.
4.(多选题)(2024福建厦门月考)2023年6月15日,长征二号丁运载火箭成功将41颗卫星准确送入预定轨道。如图所示,火箭在圆轨道稳定运行时,某时质量相等的a、b两颗卫星在P点同时“下车”,“下车”时两卫星速度相等,接着a、b同时点火启动发动机,分别沿运动方向加速和减速,极短时间后关闭发动机,之后a、b各自绕地球沿椭圆轨道运动。忽略卫星的质量变化,则 (　　)
A.刚“下车”时,两卫星加速度大小相等
B.变轨后a卫星机械能比b的大
C.变轨后a卫星先返回Р点
D.变轨后a、b与地心连线在相等时间内扫过的面积相等
5.(多选题)(2024福建泉州毓英中学期中)如图所示,我国已先后成功发射了“天宫一号”飞行器和“神舟九号”飞船,并成功地进行了对接试验,若“天宫一号”能在离地面约300 km高的圆轨道上正常运行,则下列说法中正确的是 (　　)
A.“天宫一号”的发射速度应大于第二宇宙速度
B.对接前,“神舟九号”的运行周期更短
C.对接前,“神舟九号”欲追上“天宫一号”,可以在低轨道上点火加速
D.对接前,“神舟九号”的加速度大于“天宫一号”的加速度
6.(多选题)(2023福建模拟预测)如图所示,在进行火星考察时,火星探测器——“天问一号”对火星完成了“绕、着、巡”三项目标。在探测器着陆后,探测器上的科研装置将一个小球由离地面h的高度静止释放,做自由落体运动,测得小球在经过时间t落地。已知引力常量为G,火星的半径为R。下列说法正确的是 (　　)
A.“天问一号”在地球上的发射速度将大于16.7 km/s
B.由题中数据可计算出火星表面处的重力加速度为g=
C.由题中数据可计算出火星质量为
D.由题中数据可计算出火星的平均密度为
7.(多选题)(2023福建泉州月考)某卫星发射过程的情景图如图所示,轨道1为椭圆,轨道2为圆周,两轨道相切于P点,Q点在地面附近,地球的半径为R,卫星的质量为m,卫星经过Q点时的线速度大小为v1,P点到地球表面的距离为2R。已知卫星的势能Ep=-,其中r为卫星到地心的距离,M为地球的质量,G为引力常量,则下列说法正确的是 (　　)
A.v1=7.9 km/s
B.卫星在轨道1上运行经过P点时的线速度大小v2=
C.卫星在轨道2上运行的周期为卫星在轨道1上运行周期的倍
D.卫星从轨道1上的P点变轨到轨道2的过程中,发动机做的功为-
8.(2023山东泰安肥城六中阶段性测试)中国预计将在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.发射时的速度必须达到第三宇宙速度
B.在绕地轨道中,公转半长轴的立方与公转周期的平方之比不变
C.在轨道Ⅰ上运动时的速度小于在轨道Ⅱ上任意位置的速度
D.从绕月轨道Ⅱ变轨到Ⅰ上需点火加速
答案与分层梯度式解析
专题强化练8　宇宙速度　卫星的发射与变轨
1.B　当卫星的发射速度大于第二宇宙速度时,卫星将逃离地球,不可能成为月球的卫星,选项A错误;向前喷气可以对卫星产生向后的力,从而使卫星做减速运动,选项B正确;根据开普勒第一定律可知,卫星的环月轨道可能为椭圆,选项C错误;卫星受到月球的万有引力作用,选项D错误。
2.BD　由于在P点推进器向前喷气,故飞行器将做减速运动,v减小,飞行器做圆周运动需要的向心力Fn=m减小,小于在P点受到的万有引力G,则飞行器将开始做近心运动,轨道半径r减小,根据开普勒行星运动定律知,卫星轨道半径减小,则周期减小,A错误;因为飞行器做近心运动,轨道半径减小,故将沿轨道3运动,B正确;变轨过程飞行器向前喷气,速度减小,所以变轨前、后经过P点的速度大小不相等,C错误;飞行器经过轨道上P点时都是由万有引力产生加速度,因为在同一点P,万有引力产生的加速度大小相等,D正确。
3.D　地球表面的物体由重力提供向心力,可得mg=m,解得地球表面的第一宇宙速度为v地=,则该星球表面的第一宇宙速度为v星=,该星球的第二宇宙速度为v2=v星=,故选D。
4.AB　根据题意,由万有引力提供向心力有=ma,解得a=,由于刚“下车”时,两卫星的轨道半径相等,则刚“下车”时,两卫星加速度大小相等,故A正确;“下车”时两卫星速度相等,接着a、b同时点火启动发动机,a卫星加速,机械能增大,b卫星减速,机械能减小,故B正确;根据题意,由万有引力提供向心力有=mr,解得T=,a卫星加速,做离心运动,半径变大,周期变大,b卫星减速,做近心运动,半径减小,周期减小,则变轨后b卫星先返回Р点,故C错误;根据开普勒第二定律可知,在同一条轨道上运动的卫星,相同的时间内扫过的面积相等,而不同轨道间不适用该结论,故D错误。
5.BCD　“天宫一号”的发射速度若大于第二宇宙速度,则会脱离地球的引力束缚,故A错误;对接前,由题图可知“神舟九号”的轨道半径比“天宫一号”的小,根据万有引力提供向心力,可得G=mr,则T=2π,可知轨道半径越小,周期越短,因此对接前,“神舟九号”的运行周期更短,故B正确;对接前,“神舟九号”欲追上“天宫一号”,可以在低轨道上点火加速,做离心运动,追上高轨道的“天宫一号”,故C正确;对接前,由题图可知“神舟九号”的轨道半径比“天宫一号”的小,根据万有引力提供向心力,则有G=ma,则a=,可知轨道半径越小,加速度越大,则对接前,“神舟九号”的加速度大于“天宫一号”的加速度,故D正确。
6.CD　火星探测器虽然离开了地球但没有离开太阳系,所以其发射速度应介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间,即11.2 km/s7.BD　卫星从近地圆轨道上的Q点加速才能进入椭圆轨道1,因此卫星经过Q点时的速度大于第一宇宙速度7.9 km/s,A错误;卫星从轨道1上的Q点运动到P点的过程中,卫星的机械能守恒,有m-=m-,解得v2=,B正确;轨道1的半长轴为2R,根据开普勒第三定律有=,解得=,C错误;设卫星经过轨道2上的P点时的线速度大小为v3,有G=,卫星从轨道1上的P点变轨到轨道2的过程中,发动机做的功为W=-=-,D正确。故选B、D。
8.B　第三宇宙速度,又叫逃逸速度,即能够脱离太阳系的最小发射速度,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,没有脱离地球的引力范围,因此发射时的速度应小于第二宇宙速度,A错误;在绕地轨道中,中心天体都为地球,由开普勒第三定律可得=k,则公转半长轴的立方与公转周期的平方之比不变,B正确;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,在轨道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,其速度为v4,由卫星加速将会做离心运动以及线速度与轨道半径的大小关系可知v2>v1,v4>v3,由万有引力提供向心力可得G=m,则v=,由上式可知v1>v4,因此可得v2>v1>v4>v3,因此C错误;由C选项解析可知,“嫦娥一号”从绕月轨道Ⅱ变轨到Ⅰ上需点火减速,D错误。故选B。
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