新教材适用2024版高考物理二轮总复习第2部分考前应试策略指导3考前必明的6大情境热点热点情境2航天技术类教师用书

热点情境2航天技术类1.我国第一颗人造地球卫星因可以模拟演奏《东方红》乐曲并让地球上从电波中接收到这段音乐而命名为“东方红一号”。该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的角速度分别为ω1，ω2，在近地点、远地点的速度分别为v1，v2，则(C)A．ω1<ω2 B．ω1＝ω2C．v1>v2 D．v1<v2【解析】根据开普勒第二定律可知，从远地点到近地点卫星做加速运动，而近地点到远地点，卫星做减速运动，所以近地点的速度大于远地点的即v1>v2，根据ω＝eq\f(v,r)可知，因为近地点到地心的距离小于远地点到地心的距离，即r1<r2，则有ω1>ω2，故选C。2.我国正在建立的北斗导航系统建成后，将有助于减少我国对GPS导航系统的依赖。北斗导航系统中有几颗卫星是地球同步卫星，GPS导航系统是由周期约为12h的卫星群组成。则北斗导航系统的同步卫星与GPS导航卫星相比(C)A．北斗导航系统的同步卫星的角速度大B．北斗导航系统的同步卫星的轨道半径小C．GPS导航卫星的线速度大D．GPS导航卫星的向心加速度小【解析】北斗导航系统的同步卫星周期大于GPS导航卫星的周期，由公式ω＝eq\f(2π,T)知道，北斗导航系统的同步卫星的角速度较小，故A错误；由开普勒定律得，北斗导航系统的同步卫星的轨道半径大，故B错误；由公式v＝eq\r(\f(GM,r))分析知道，G是常量，M是地球的质量不变，则GPS导航卫星的线速度较大，故C正确；由公式a＝eq\f(GM,r2)分析得知，GPS导航卫星的向心加速度较大，故D错误。3.北斗卫星是我国自行研制的全球卫星导航系统(BDS)。其中第41颗北斗卫星是地球静止轨道卫星，第49颗北斗卫星是倾斜地球“同步”卫星(轨道倾斜、周期与地球自转周期相同)，第50颗和51颗北斗卫星是中圆轨道卫星(轨道高度约20000km)，则下列说法正确的是(D)A．第50颗卫星的运行周期大于24hB．第51颗卫星绕地球运行速度约为7.9km/sC．第41颗、第49颗卫星都相对地面静止D．第41颗、第49颗卫星的角速度大小相等【解析】根据开普勒第三定律k＝eq\f(R3,T2)，第50颗卫星运行轨道的半长轴小于地球同步卫星运行轨道的半长轴，故第50颗卫星的运行周期小于24h，故A错误；7.9km/s是地球的第一宇宙速度，是环绕地球卫星最大的环绕速度，根据万有引力定律得Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)可得第51颗卫星绕地球运行速度小于7.9km/s，故B错误；地球的静止卫星相对地面静止，地球的静止卫星的轨道在赤道的正上方，第49颗北斗卫星的轨道倾斜于地球“静止”卫星轨道，故第49颗北斗卫星相对地面在运动，故C错误；根据周期角速度关系得ω＝eq\f(2π,T)可得第41颗、第49颗卫星的角速度大小相等，故D正确。4.火箭发射回收是航天技术的一大进步。如图所示，火箭在返回地面前的某段运动，可看成先匀速后减速的直线运动，最后撞落在地面上。不计火箭质量的变化，则(D)A．火箭在匀速下降过程中机械能守恒B．火箭在减速下降过程中携带的检测仪器处于失重状态C．火箭在减速下降过程中合力做的功，等于火箭机械能的变化D．火箭着地时，火箭对地的作用力大于自身的重力【解析】火箭匀速下降过程中，动能不变，重力势能减小，故机械能减小，A错误；火箭在减速下降时，携带的检测仪器受到的支持力大于自身重力，故处在超重状态，B错误；由功能关系知，合力做功等于火箭动能变化，而除重力外的其他力做功之和等于机械能变化，故C错误；火箭着地时，加速度向上，所以火箭对地面的作用力大于自身重力，D正确。5.如图所示是嫦娥五号的飞行轨道示意图，其中弧形轨道为地月转移轨道，轨道Ⅰ是嫦娥五号绕月运行的圆形轨道。已知轨道Ⅰ到月球表面的高度为H，月球半径为R，月球表面的重力加速度为g，若忽略月球自转及地球引力影响，则下列说法中正确的是(C)A．嫦娥五号在轨道Ⅲ和轨道Ⅰ上经过Q点时的速率相等B．嫦娥五号在P点被月球捕获后沿轨道Ⅲ无动力飞行运动到Q点的过程中，月球与嫦娥五号所组成的系统机械能不断增大C．嫦娥五号在轨道Ⅰ上绕月运行的速度大小为eq\f(R\r(gR＋H),R＋H)D．嫦娥五号在从月球表面返回时的发射速度要小于eq\r(gR)【解析】嫦娥五号从轨道Ⅲ进入轨道Ⅰ要先在Q点减速做近心运动进入轨道Ⅱ，再在轨道Ⅱ上Q点减速做近心运动进入轨道Ⅰ，所以嫦娥五号在轨道Ⅲ和轨道Ⅰ上经过Q点时速率不相等，故A错误；嫦娥五号在P点被月球捕获后沿轨道Ⅲ无动力飞行运动到Q点的过程中，只有引力对嫦娥五号做功，则月球与嫦娥五号所组成的系统机械能守恒，故B错误；由公式Geq\f(Mm,R2)＝mg，Geq\f(Mm,R＋H2)＝meq\f(v2,R＋H)，联立得v＝eq\r(\f(GM,R＋H))＝eq\r(\f(gR2,R＋H))＝eq\f(R\r(gR＋H),R＋H)，故C正确；月球的第一宇宙速度为v＝eq\r(\f(GM,R))＝eq\r(gR)，嫦娥五号在从月球表面返回时的发射速度要大于eq\r(gR)，故D错误。6.位于贵州的“中国天眼”是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，通过FAST测得水星与太阳的视角为θ(水星、太阳分别与观察者的连线所夹的角)，如图所示，若最大视角的正弦值为k，地球和水星绕太阳的运动视为匀速圆周运动，则地球和水星的公转周期的比值为(B)A.eq\r(3,k2) B．eq\r(\f(1,k3))C．k3 D．eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(1－k2))))3)【解析】观察者与水星的连线与水星轨迹相切时视角最大，设水星的公转半径为r水，地球的公转半径为R，由三角关系可得sinθ＝eq\f(r水,R)＝k，由太阳对行星的万有引力提供向心力有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，可得行星绕太阳公转周期为T＝2πeq\r(\f(r\o\al(3,水),GM))，则地球和水星的公转周期的比值为eq\f(T地,T水)＝eq\r(\f(R3,r3))＝eq\r(\f(1,k3))，故B正确，A、C、D错误。7.我国的“长征”系列运载火箭已经成功发射了240多颗不同用途的卫星。火箭升空过程中向后喷出高速气体，从而获得较大的向前速度。火箭飞行所能达到的最大速度是燃料燃尽时火箭获得的最终速度。影响火箭最大速度的因素是(D)A．火箭向后喷出的气体速度B．火箭开始飞行时的质量C．火箭喷出的气体总质量D．火箭喷出的气体速度和火箭始、末质量比【解析】分别用M、m表示火箭初始质量和燃料燃尽时的质量，v0表示喷气速度大小，则火箭喷气过程动量守恒，有mv－(M－m)v0＝0，即火箭最大速度v＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(M,m)－1))v0，影响火箭最大速度的因素是火箭喷出的气体速度和火箭始、末质量比。故选D。8.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(B)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【解析】依照霍曼的猜想，火星探测器要脱离地球的引力，但是没有脱离太阳的引力，则探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，选项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，选项B正确；根据Geq\f(Mm,r2)＝ma可得a＝eq\f(GM,r2)，若探测器沿椭圆轨道运动，探测器在远日点处的加速度等于火星绕太阳公转的加速度，选项C错误；根据开普勒第三定律可知，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等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，选项D错误。9.我国探月工程嫦娥四号“鹊桥”中继星进入地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道，以解决月球背面的通讯问题。如图所示，地月拉格朗日L2点在地球与月球的连线上。若“鹊桥”中继星在地月拉格朗日L2点上，受地球、月球两大天体的引力作用，其绕地球运行的周期和月球绕地球运行的周期相同。已知地球质量、地月距离和月球的质量，分析月球受力时忽略“鹊桥”中继星对月球的作用力，则下列物理量可以求出的是(D)A．引力常量B．月球绕地球运行的周期C．“鹊桥”中继星的质量D．地月拉格朗日L2点与地球间的距离【解析】设“鹊桥”中继星的质量为m，它绕地球做圆周运动的向心力由地球和月球的引力的合力提供，设它做圆周运动的周期和月球绕地球运行的周期为T，地月拉格朗日L2点与地球间的距离为r，由万有引力定律可得：Geq\f(M地m,r2)＋Geq\f(M月m,r－r月地2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r，对月球：Geq\f(M月M地,r\o\al(2,月地))＝M月eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r月地，联立解得：eq\f(r\o\al(3,月地),r2)＋eq\f(M月r\o\al(3,月地),M地r－r月地2)＝r，若已知地球质量、地月距离和月球的质量，则可求出地月拉格朗日L2点与地球间的距离。故A、B、C不符合题意，D符合题意。10.(多选)“鹊桥”是嫦娥四号月球探测器的中继卫星，运行在地月拉格朗日L2点处的Halo使命轨道点位于地月延长线上，在月球背对地球的一侧，距离月球约为地球半径的10倍。假设中继卫星在L2点受地月引力保持与月球同步绕地球运行，已知地月距离约为地球半径的60倍，中继卫星的质量远小于月球的质量，根据以上数据下列判断正确的是(AC)A．中继卫星与月球绕地球运动的加速度之比约为76B．中继卫星与月球绕地球运动的加速度之比约为3649C．地球与月球质量之比约为831D．地球与月球质量之比约为491【解析】由公式a＝ω2r可知，由于中继卫星与月球绕地球运动的周期相同，所以角速度相同，所以加速度之比等于轨道半径之比，由题可知，半径之比为76，故A正确，B错误；由公式Geq\f(mM,r2)＝ma可知，月球绕地球运动时有：Geq\f(M地M月,60R2)＝M月a月，中继卫星绕地球运动时有：Geq\f(M月M中,10R2)＋Geq\f(M地M中,70R2)＝M中a中，联立解得：地球与月球质量之比约为831，故C正确，D错误。故选AC。11.(多选)“嫦娥五号”的主要任务是月球取样返回。“嫦娥五号”要面对取样、上升、对接和高速再入等四个主要技术难题，要进行多次变轨飞行。如图所示是“嫦娥五号”绕月球飞行的三条轨道，1轨道是贴近月球表面的圆形轨道，2和3轨道是变轨后的椭圆轨道。A点是2轨道的近月点，B点是2轨道的远月点。“嫦娥五号”在轨道1的运行速率为1.8km/s，则下列说法中正确的是(AB)A．“嫦娥五号”在2轨道经过A点时的速率一定大于1.8km/sB．“嫦娥五号”在2轨道经过B点时的速率一定小于1.8km/sC．“嫦娥五号”在3轨道所具有的机械能小于在2轨道所具有的机械能D．“嫦娥五号”在3轨道所具有的最大速率小于在2轨道所具有的最大速率【解析】“嫦娥五号”在轨道1的运行速率为1.8km/s，它要从轨道1变轨到轨道2，必须在A点加速，所以“嫦娥五号”在2轨道经过A点时的速率一定大于1.8km/s，故A正确；假设有一以月心为圆心的圆轨道经过B点，根据卫星的速度公式v＝eq\r(\f(GM,r))，可知此轨道上的速度小于1.8km/s，而卫星在B点必须减速，才会做近心运动进入2轨道运动。故卫星在2轨道经过B点时的速率一定小于1.8km/s，故B正确；由于“嫦娥五号”要由轨道2变轨到轨道3，必须在A点加速，机械能增加，所以“嫦娥五号”在3轨道所具有的机械能大于在2轨道所具有的机械能，故C错误；“嫦娥五号”要由轨道2变轨到轨道3，必须在A点加速，所以“嫦娥五号”在3轨道所具有的最大速率大于在2轨道所具有的最大速率，故D错误。12.(多选)2020年4月24日，国家航天局将我国行星探测任务命名为“天问(Tianwen)系列”。根据计划，2020年我国将实施“天问一号”，目标是通过一次发射任务，实现“火星环绕、火星表面降落、巡视探测”三大任务。若探测器登陆火星前，除P点在自身动力作用下改变轨道外，其余过程中仅受火星万有引力作用，经历从椭圆轨道Ⅰ→椭圆轨道Ⅱ→圆轨道Ⅲ的过程，如图所示，则探测器(AD)A．在轨道Ⅰ上从P点到Q点的过程中，机械能不变B．在轨道Ⅱ上运行的周期小于在轨道Ⅲ上运行的周期C．在轨道Ⅲ上运行速度大于火星的第一宇宙速度D．在轨道Ⅲ上P点受到火星万有引力等于在轨道Ⅱ上P点受到火星万有引力【解析】在轨道Ⅰ上从P点到Q点的过程中，只有万有引力对探测器做功，则机械能守恒，故A正确；由开普勒第三定律eq\f(r3,T2)＝k可知，由于轨道Ⅱ半长轴比轨道Ⅲ的半径大，则在轨道Ⅱ上运行的周期大于在轨道Ⅲ上运行的周期，故B错误；第一宇宙速度即为物体绕火星表面做圆周运动的线速度，由公式Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(\f(GM,R))，由于轨道Ⅲ的半径比火星半径大，其速度比火星的第一宇宙速度小，故C错误；由万有引力公式F＝Geq\f(Mm,r2)可知，在轨道Ⅲ上P点受到火星万有引力等于在轨道Ⅱ上P点受到火星万有引力，故D正确。故选AD。13.(多选)在科学史上，有学者提出制造“人造月亮”，以解决高纬度地区的夜晚照明问题。据报道中国四川成都天府系统科学研究会曾宣布，届时将在成都正式升空中国制造的“人造月亮”，届时天空中将同时出现月亮和“人造月亮”。如果在将来某一时刻，月亮A、“人造月亮”B和地球(球心为O)的位置如图所示，∠BAO＝θ。月亮和“人造月亮”绕地球的运动均可视为匀速圆周运动，设运动过程中θ的最大正弦值为p，则(BC)A．月亮与人造月亮的轨道半径之比eq\f(RA,RB)＝pB．月亮与人造月亮的周期之比eq\f(TA,TB)＝eq\f(1,p\f(3,2))C．月亮与人造月亮的线速度之比eq\f(vA,vB)＝peq\f(1,2)D．月亮与人造月亮的向心力之比eq\f(FA,FB)＝p2【解析】月亮与人造月亮都在绕地球做匀速圆周运动，当∠BAO最大时，BA恰好与人造月亮的轨道相切则sin(∠BAO)max＝eq\f(RB,RA)＝p，则eq\f(RA,RB)＝eq\f(1,p)，故A错误；由开普勒第三定律得eq\f(R\o\al(3,A),R\o\al(3,B))＝eq\f(T\o\al(2,A),T\o\al(2,B))，得eq\f(TA,TB)＝(eq\f(R\o\al(3,A),R\o\al(3,B)))eq\f(1,2)＝eq\f(1,p\f(3,2))，故B正确；由万有引力提供向心力有eq\f(GMm,R2)＝eq\f(mv2,R)，得v＝eq\r(\f(GM,R))，则eq\f(vA,vB)＝eq\r(\f(RB,RA))＝peq\f(1,2)，故C正确；向心力F向＝eq\f(GMm,R2)，与天体质量有关，无法比较大小，故D错误。故选BC。14.(多选)北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星、27颗中地球轨道卫星，下表给出了其中三颗卫星的信息，其中倾角为轨道平面与赤道平面的夹角。下列陈述正确的是(AB)卫星发射日期运行轨道北斗—G42010年11月01日地球静止轨道160.0°E，高度35815公里，倾角0.6°北斗—IGSO22010年12月18日倾斜地球同步轨道，高度35883公里，倾角54.8°北斗—M32012年04月30日中地球轨道，高度21607公里，倾角55.3°A.北斗—IGSO2的运行周期和地球自转周期相等B．北斗—G4的线速度小于北斗—M3的线速度C．北斗—IGSO2总在地面上某点的正上方D．北斗—IGSO2和北斗—M3的周期的三分之二次方之比约等于eq\f(5,3)【解析】由表格可知，北斗IGSO2为倾斜地球同步轨道卫星，所以其运行周期和地球自转周期相等，故A正确；由表格可知，北斗G4为同步卫星，北斗M3为中高卫星，根据万有引力提供向心力得Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，可知北斗G4的线速度小于北斗M3的线速度，故B正确；倾斜轨道卫星的周期是24小时，在地面上看是移动的，因此不能总是在某点的正上方，故C错误；根据万有引力提供向心力得Geq\f(Mm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r，解得T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，可知周期的三分之二次方之比等于它们的半径之比，为eq\f(R0＋35833×103,R0＋21607×103)，其中R0为地球的半径，约为6400km＝6.4×106m，所以eq\f(R0＋35833×103,R0＋21607×103)≈eq\f(6.4×106＋35833×103,6.4×106＋21607×103)≈1.5≠eq\f(5,3)，故D错误。故选AB。15.(多选)据人民日报报道，“人造月亮”构想有望在2022年初步实现。届时首颗“人造月亮”将完成从发射、展开到照明的整体系统演示验证并发射。“人造月亮”将部署在距离地球500km以内的低轨道上，可为城市提供夜间照明。假设“人造月亮”绕地球做圆周运动，则“人造月亮”在轨道上运动时(CD)A．“人造月亮”的线速度大于第一宇宙速度B．“人造月亮”的向心力大于月球受到的向心力C．“人造月亮”的公转周期小于月球绕地球运行的周期D．“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度【解析】万有引力提供向心力Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)解得v＝eq\r(\f(GM,r))第一宇宙速度为卫星贴近地球表面做圆周运动的速度大小，“人造月亮”的轨道半径大于地球半径，所以“人造月亮”的线速度小于第一宇宙速度，A错误；万有引力F＝Geq\f(Mm,r2)提供向心力，因为“人造月亮”与月球的质量关系未知，所以无法判断二者向心力大小，B错误；万有引力提供向心力Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r解得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，因为r人造<r月，所以T人造<T月，C正确；万有引力提供向心力Geq\f(Mm,r2)＝ma，在地表，忽略地球自转，万有引力等于重力Geq\f(Mm,R2)＝mg，人造卫星的轨道半径r大于地球半径R，所以“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度，D正确。故选CD。16.(多选)中国人自己制造的第一颗直播通信卫星“鑫诺二号”在西昌卫星发射中心发射成功，定点于东经92.2度的上空(拉萨和唐古拉山口即在东经92.2度附近)，“鑫诺二号”载有22个大功率转发器，如果正常工作，可同时支持200余套标准清晰度的电视节目，它将给中国带来1000亿元人民币的国际市场和几万人的就业机会，它还承担着“村村通”的使命，即满足中国偏远山区民众能看上电视的愿望，关于“鑫诺二号”通信卫星的说法正确的是(AD)A．它一定定点在赤道上空B．它可以定点在拉萨或唐古拉山口附近的上空C．它绕地球运转，有可能经过北京的上空D．与“神舟”六号载人飞船相比，“鑫诺二号”的轨道半径大，环绕速度小【解析】电视通信卫星必须是同步卫星，也就是和地球自转同步的。这样的卫星必须在赤道上，选项A正确；“同步卫星”只能在赤道上空，才能和地球“自转”同步，选项B错误；既然同步，就在天上“不动”，运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道，所以不可能经过北京的上空，选项C错误；“神舟”六号载人飞船的周期是85分钟，同步卫星的周期是24h，在地球上空高度约“三万六千千米”处，根据万有引力提供向心力得eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mreq\f(4π2,T2)，“鑫诺二号”与神六相比，周期较大，半径较大，速度较小，选项D正确。故选AD。17.天宫二号在距地面h高度处绕地球做匀速圆周运动。2016年10月19日，神舟十一号飞船发射成功，与天宫二号空间站圆满完成自动交会对接。已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。(1)求天宫二号在轨运行线速度v的大小；(2)求天宫二号在轨运行周期T；(3)若天宫二号在轨运行周期T＝90分钟，在赤道上空由西向东运动。请结合计算，分析说明天宫二号中的航天员在24小时之内大约能看到几次日出。【答案】(1)v＝eq\r(\f(GM,R＋h))(2)T＝2π(R＋h)eq\r(\f(R＋h,GM))(3)16【解析】(1)设天宫二号质量为m，根据万有引力定律和牛顿第二定律，万有引力提供向心力eq\f(GMm