热点一 航空航天技术 2021届高考物理热点押题训练 Word版含答案

热点一 航空航天技术
2021届高考物理热点押题训练
热点材料：
2021年2月24日，中国航天科技有限公司在北京发布《中国航天科技活动蓝皮书（2020年）》（以下简称《蓝皮书》）。《蓝皮书》指出，2020年，我国载人航天、北斗、探火、探月等取得重大进展，长征五号B运载火箭成功首飞、北斗三号全球卫星导航系统建成开通、天问一号火星探测器成功发射、嫦娥五号任务圆满成功等备受关注。特别是天问一号探测器于2月24日成功实施第三次近火制动，进入近火点280千米、远火点5.9万千米、周期2个火星日的火星停泊轨道，将在停泊轨道上进行约3个月，进行科学探测；其名称源于屈原长诗《天问》，表达了中华民族对真理追求的坚韧与执着，体现了对自然和宇宙空间探索的文化传承，寓意探求科学真理征途漫漫，追求科技创新永无止境。
2月27日，国家博物馆以月球样品001号（嫦娥五号带回来的部分月球样品）为中心举办展览，全面展示中国人民实现“上九天揽月”梦想的伟大奋斗历程。
考查知识：万有引力定律在航空航天中的应用
押题训练
1.中国绕月卫星“嫦娥四号”是全球首个独立完成地月转移、近月制动、环月飞行的卫星，成功拍下了月球背面和地球的完整合照。已知“嫦娥四号”在距离月球表面h处绕月球做圆周运动的周期为T，月球半径为R，引力常量为G，下列说法正确的是( )
A.能求出“嫦娥四号”的质量 B.能求出“嫦娥四号”的线速度大小
C.不能求出月球的质量 D.不能求出月球表面的重力加速度大小
2.北斗闪耀，泽沐八方，2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。如图所示为55颗卫星绕地球不同轨道运动的图像，其中T为卫星的周期，r为卫星的轨道半径，1和2为其中的两颗卫星。已知引力常量为G，根据图像可求得的物理量正确的是( )
A.卫星1和卫星2运动的线速度大小之比为
B.地球的半径为
C.地球质量为
D.卫星1和卫星2的向心加速度大小之比为
3.2020年中国航天重大工程可谓“琳琅满目”，其中之一是实施探月工程三期的嫦娥五号任务，实现月面无人采样返回，圆满完成探月工程三步走的总体规划目标。设嫦娥五号被月球捕获后，经历三次变轨过程，最后贴近月球表面做圆周运动以备着陆，其中变轨过程如图所示，已知引力常量为G，以下说法正确的是( )
A.嫦娥五号在三个轨道上运动时，运行的周期关系为
B.嫦娥五号在轨道A上的机械能大于在轨道B上的机械能
C.嫦娥五号在P点从轨道B变轨到轨道A上时，需要在P点朝速度的反方向喷气
D.若嫦娥五号在轨道A上贴近月球表面，已知嫦娥五号在轨道A上运动的角速度，可以推算出月球的密度
4.中国行星探测任务命名为“天问系列”，首次火星探测任务命名为“天问一号”。1925年德国物理学家瓦尔特·霍曼提出了一种相对节省燃料的从地球飞往火星的方案，其基本构想是在地球上将火星探测器发射后，探测器立即被太阳引力俘获，以太阳为焦点沿椭圆轨道b运动，到达火星。椭圆轨道b分别与地球公转轨道a、火星公转轨道c相切，如图所示。下列说法正确的是( )
A.依照霍曼的猜想，火星探测器的发射速度应大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度
B.探测器登陆火星需要先进入火星公转轨道c，则探测器在椭圆轨道的远日点处需要加速变轨
C.若探测器沿椭圆轨道运动，探测器在远日点处的加速度比火星绕太阳公转的加速度大
D.火星探测器沿椭圆轨道运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值小于火星绕太阳运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值
5.据国家航天局消息，截至目前，“天问一号”已在轨飞行97天，距离地球约4400万千米，飞行路程约2.56亿千米，探测器各系统状态良好，地面测控通信各中心和台站跟踪正常。2020年10月28日22时，在我国首次火星探测任务飞行控制团队的控制下，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器的8台25 N发动机同时点火工作，顺利完成第三次轨道中途修正，在接下来的七八个月时间里，“天问一号”都会乖乖地在预定轨道上朝着红色星球前行，预计2021年5月择机登陆。下列说法正确的是( )
A. “天问一号”的发射速度大于第三宇宙速度
B. “天问一号”在第三次轨道中途修正的前后，可视为在同一位置，则线速度增大，向心加速度增大
C. “天问一号”在第三次轨道中途修正后，按预定轨道上朝红色星球前行的过程中，动能减小，与地球系统的引力势能增大，机械能增大
D. “天问一号”择机登陆时，受到火星的万有引力远远大于太阳的万有引力
6.一箭13星！2020年11月6日11时19分，我国在太原卫星发射中心用“长征六号”运载火箭，成功将10颗“NewSat9–18”卫星、1颗“电子科技大学号”卫星、1颗“北航空事卫星一号”和1颗“八一03星”共计13颗卫星送入预定轨道，发射卫星的过程可简化看作：先将卫星送入椭圆转移轨道，然后再转入环绕轨道，如图所示，卫星先沿轨道Ⅰ运行，近地点为Q，远地点为P，当卫星经过点P时点火加速，使卫星由轨道Ⅰ转移到轨道Ⅱ上运行，在轨道Ⅱ上卫星运行周期约为90 min。关于卫星的运行过程，下列说法中正确的是( )
A.卫星在轨道I和轨道Ⅱ上运动时的机械能相等
B.卫星在轨道Ⅰ上和在轨道Ⅱ上分别经过P点的加速度相等
C.轨道Ⅱ的半径大于地球同步卫星的轨道半径
D.卫星在轨道Ⅱ上运行的角速度是地球同步卫星角速度的32倍
7.2020年10月9日，我国进行首次火星探测的“天问一号”探测器飞行轨道变为能够准确被火星捕获的、与火星精确相交的轨道。如图为“天问一号”变轨示意图，当“天问一号”被发射到以地球轨道上的A点为近日点、火星轨道上的B点为远日点的轨道上围绕太阳运行时（如图所示），只考虑太阳对探测器的作用，则( )
A. “天问一号”在椭圆轨道上由A向B运动的过程中机械能逐渐增大
B. “天问一号”在火星轨道上运行的动能小于在地球轨道上运行的动能
C. “天问一号”在火星轨道上经过B时的加速度大于在椭圆轨道上经过B点时的加速度
D. “天问一号”在地球轨道上运行时需要向前喷气，才能到达火星轨道
8.2020年12月12日9时54分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体实施了第一次月地转移，从近月圆形轨道变为近月点高度约200 km的椭圆轨道，如图所示。假设轨道转换瞬间完成，则( )
A.组合体由近月圆形轨道进入椭圆轨道，必须点火减速
B.组合体在椭圆轨道上从近月点运动到远月点的过程中，动量减小
C.组合体在椭圆轨道上从近月点运动到远月点的过程中，机械能增大
D.组合体在椭圆轨道上的运行周期等于其在近月圆形轨道上的运行周期
9.2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功发射“北斗三号”最后一颗全球组网卫星，导航系统星座部署提前半年全面完成。“北斗三号”全球卫星导航系统，由中圆地球轨道卫星、地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星（轨道半径与静止轨道半径相同，但轨道平面与赤道平面有一倾斜角度）组成。下列说法正确的是( )
A.地球静止轨道卫星加速度的大小大于倾斜地球同步轨道卫星加速度的大小
B.中圆轨道卫星的运行周期最大
C.某一地球静止轨道卫星和另一倾斜地球同步轨道卫星每天的同一时刻距离相同
D.位于同一轨道上的卫星，无论它们的质量如何，它们的速度、周期、加速度都相同
10.宇宙星辰浩瀚璀璨，中国航天风正帆悬.我国于2020年7月23日成功发射的“天问一号”火星探测器经过多次变轨，预计将于2021年5月份在火星着陆.如图所示，为“天问一号”火星探测器经过多次变轨后登陆火星的轨迹图，轨道I为圆形轨道，轨道Ⅱ为椭圆轨道，两轨道相切于P点，下列说法正确的是( )
A. “天问一号”在轨道Ⅰ运动的周期小于在轨道Ⅱ运动的周期
B.若已知“天问一号”在轨道Ⅰ运动的半径、运动周期和引力常量，可算出火星的密度
C. “天问一号”减速下降登陆火星的过程中处于超重状态
D. “天问一号”在轨道Ⅰ上P点运行的速度一定小于在轨道Ⅱ上P点运行的速度
11.2020年7月23日12时41分，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，接下来要经过一系列的变轨才能到达火星附近，对于卫星的发射和变轨，我们可以建立模型进行研究，卫星先被发射到半径为R的圆轨道Ⅰ上，进行姿态调整后，在P点变速进入轨道Ⅱ，在轨道Ⅱ上进行姿态调整，然后从Q点进入半径为的圆轨道Ⅲ，则下列说法正确的是( )
A.卫星在P点加速从轨道I进入轨道Ⅱ，在Q点减速从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ
B.在轨道Ⅱ上P点速度是Q点速度的4倍
C.轨道I上有一颗卫星a，卫星b在轨道Ⅲ上运行一周的时间内，和地心三者共线16次
D.若R为地球半径，则卫星在轨道I上运行时间大于24小时
12.2020年7月23日我国首个独立火星探测器“天问一号”在文昌航天发射场成功升空并进入预定轨道。设想因科研需要发射了一颗火星的同步卫星，如图所示，已知该同步卫星的张角为（卫星信号最多覆盖火星赤道上的经度范围），已知火星表面赤道上的重力加速度为g，火星半径为R，火星的自转周期为T，引力常量为G，下列说法正确的是( )
A.火星的质量为
B.火星的密度为
C.若由于某种原因，火星的自转周期突然变大，则该同步卫星的张角将变小
D.若由于某种原因，火星的自转周期突然变大，则该同步卫星的张角将变大
答案以及解析
1.答案：B
解析：本题考查万有引力定律的应用。“嫦娥四号”绕月球做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力，则有，其中，整理得月球的质量，选项C错误；由圆周运动的基本规律可得“嫦娥四号”的线速度大小为，选项B正确；对于处在月球表面的物体，由，解得月球表面的重力加速度大小为，选项D错误；本题不能求出“嫦娥四号”的质量，选项A错误。
2.答案：C
解析：本题考查万有引力定律的应用。由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，有，解得，两边取对数可得，因为，则，由，可得，故A错误；当时，则，即，不是地球的半径，故B错误；根据表达式可知截距，解得，故C正确：根据，可得，同理根据，可得，又，则，故D错误。
3.答案：D
解析：本题通过嫦娥五号探测器的变轨考查开普勒第三定律的应用、变轨过程中的加速或减速、测月球密度。嫦娥五号在三个轨道上运动时，有，根据开普勒第三定律，可得，A错误；嫦娥五号在P点由轨道A变轨到轨道B时，需要朝速度的反方向喷气，嫦娥五号的速度增大，机械能增加，所以嫦娥五号在轨道A上的机械能小于在轨道B上的机械能，B错误；同理可得嫦娥五号在P点由轨道B变轨到轨道A需要朝速度的方向喷气，C错误；嫦娥五号在轨道A上做圆周运动，由万有引力提供向心力，有，故只要测出嫦娥五号在轨道A上运动的角速度，即可求出月球的密度，D正确。
4.答案：B
解析：本题通过火星探测器的发射考查宇宙速度、卫星变轨、开普勒第三定律。探测器发射之后要被太阳引力俘获，所以探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，A错误；探测器登陆火星需要先进入火星公转轨道c，则探测器在椭圆轨道的远日点处需要加速变轨才能进入轨道c，B正确；探测器在椭圆轨道上远日点处的加速度和火星围绕太阳公转的加速度均由太阳的引力提供，由可知，两者大小相等，C错误；火星探测器在椭圆轨道上运动和火星围绕太阳运动，中心天体均为太阳，由开普勒第三定律可知，轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值相等，D错误。
5.答案：D
解析：“天问一号”需要摆脱地球引力的束缚才能进入预定轨道向火星运动，即发射速度大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度，A错误；“天问一号”在第三次轨道中途修正的前后，可视为在同一位置，由可知，“天问一号”的向心加速度不变，由于第三次轨道中途修正，需要打开发动机加速，则线速度增大，B错误；由可知，在“天问一号”飞向火星过程中，轨道半径增大，线速度减小，动能减小，与地面系统的引力势能增大，只有引力做功，机械能守恒，C错误；“天问一号”择机登陆，即被火星所捕获时，受到火星的万有引力远远大于太阳的万有引力，将围绕火星运动，D正确.
6.答案：B
解析：卫星由轨道I转移到轨道Ⅱ上运动时，需要点火加速，克服万有引力做功，机械能不守恒，选项A错误；根据得加速度，卫星在轨道I上运行经过P点的加速度等于在轨道Ⅱ上运行经过P点的加速度，选项B正确；根据得周期，地球同步卫星的周期为24小时，大于90分钟，其轨道半径大于轨道Ⅱ的半径，选项C错误；根据角速度公式可知，轨道Ⅱ上卫星的角速度，地球同步卫星的角速度，因此，选项D错误。
7.答案：B
解析：“天问一号”在椭圆轨道上由A向B运动的过程中，逐渐远离太阳中心，万有引力做负功，速率逐渐减小，引力势能逐渐增大，无其他外力做功，机械能不变，A错误；“天问一号”在火星轨道和地球轨道上运行时，火星轨道半径大，根据可得，则轨道半径越大，线速度越小，动能越小，B正确；“天问一号”在火星轨道和椭圆轨道上经过B点时，到太阳中心的距离相等，受到太阳的万有引力相等，则加速度相等，C错误；由动量守恒定律知，“天问一号”在地球轨道上运行时向前喷气，速率会减小，由可知，“天问一号”将做近心运动，D错误。
8.答案：B
解析：本题考查万有引力定律。组合体由近月圆形轨道进入椭圆轨道，做离心运动，必须点火加速，A项错误；组合体在椭圆轨道上从近月点运动到远月点的过程中，月球的引力做负功，动能减小，速度减小，动量减小，B项正确；组合体在椭圆轨道上从近月点运动到远月点的过程中，只有万有引力做功，机械能守恒，C项错误；组合体在椭圆轨道上的半长轴大于近月圆形轨道半径，根据开普勒第三定律可知，组合体在椭圆轨道上的运行周期大于其在近月圆形轨道上的运行周期，D项错误。
9.答案：C
解析：根据万有引力定律及牛顿第二定律有，可得，地球静止轨道卫星与倾斜地球同步轨道卫星的轨道半径大小相等，则加速度大小相等，A错误；根据，可得，可知轨道半径越大，周期越大，中圆轨道卫星半径最小，其运行周期最小，B错误；同理可知，地球静止轨道卫星与倾斜地球同步轨道卫星的轨道半径大小相等，因而周期相等且为地球自转周期，所以经过一天后都运行到前一天相同的位置，它们的距离与一天前的距离相同，C正确；由于卫星轨道为曲线，所以不同位置的速度、加速度方向不同，D错误。
10.答案：C
解析：“天问一号”在轨道I运行的轨道半径大于在轨道Ⅱ运行的轨道半长轴，根据开普勒第三定律可知，“天问一号”在轨道I运动的周期大于在轨道Ⅱ运动的周期，A错误；由解得，若已知“天问一号”在轨道Ⅰ运动的半径、运动周期和引力常量，可以得出火星的质量M，但由于不知道火星的半径R，故不能得出火星的密度，B错误；“天问一号”减速下降登陆火星的过程中具有向上的加速度，处于超重状态，C正确；从高轨道变轨到低轨道时，需要点火减速，做近心运动到低轨道，所以在轨道I上P点运行的速度大于在轨道Ⅱ上P点运行的速度，D错误。
11.答案：B
解析：卫星在轨道I上运动时，万有引力提供向心力，即，要使其进入轨道Ⅱ，需在P点加速，使，做离心运动，在轨道Ⅱ上的Q点时有，要使卫星进入轨道Ⅲ，需在Q点加速，故A错误；由开普勒第二定律知，则有，故B正确；由开普勒第三定律知，代入数据可得，即轨道Ⅲ上的卫星转动1圈时间内，轨道I上的卫星会多转动7圈，每多转1圈，会有2次共线，所以和地心三者共线14次，故C错误；由知，近地卫星周期最小，小于同步卫星周期，故D错误。
12.答案：BD
解析：本题考查万有引力定律在天体中的应用。对火星表面赤道上的物体可得，则，选项A错误；火星同步卫星的轨道半径为，对该卫星可得，火星的密度为，联立解得，选项B正确；若火星的自转周期变大，则火星同步卫星的周期也变大，由可知其轨道半径变大，因此卫星的张角变大，选项C错误，D正确。