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含答案

专题强化练8宇宙速度卫星的发射与变轨答案见P15330分钟1.(多选题)(2022四川遂宁中学期末)如图所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,则当卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时,以下说法正确的是()A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度2.(多选题)(2021广西玉林第十中学期中)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.(多选题)(2022河南省实验中学期中)在航天领域中,悬绳卫星是一种新兴技术,它要求两颗卫星都在圆轨道上运动,且两颗卫星与地心连线始终在一条直线上,如图所示。已知悬绳的长度为L,其重力不计,卫星A、B的线速度分别为v1、v2,则下列说法正确的是()A.两颗卫星的角速度不相同B.两颗卫星的线速度满足v1>v2C.两颗卫星之间的悬绳一定受到拉力的作用D.假设在B卫星轨道上还有一颗卫星C(图中没有画出),它们在同一平面内同向运动,运动一段时间后B、C一定会相碰4.(2022湖北八市二模)2021年10月我国发射的神舟十三号飞船实现了和空间站径向对接的新突破,如图甲所示。假定对接前飞船在椭圆轨道Ⅰ上运行,如图乙所示,Ⅱ为空间站圆轨道,轨道半径为kR(R为地球半径),A为两轨道交点,B为飞船轨道近地点。地球表面重力加速度为g,忽略地球自转的影响,下列说法中正确的是()A.空间站在圆轨道Ⅱ上的向心加速度大于gB.飞船和空间站在A处所受的万有引力相等C.飞船在椭圆轨道Ⅰ上A处的机械能大于B处的机械能D.飞船在B处的速度大小v>gR5.(2023山东日照一中质量检测)2022年6月5日17时42分,神舟十四号载人飞船与天和核心舱径向端口成功对接。对接后的组合体绕地球做匀速圆周运动,其轨道离地面高度为地球半径的116。已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g。下列说法正确的是()A.神舟十四号与天和核心舱对接时,要先变轨到达核心舱所在的轨道,再加速追上核心舱进行对接B.组合体的向心加速度大于gC.组合体的线速度小于地球赤道上物体的线速度D.组合体运行的周期为T=17π6.(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16.7km/sB.由题中数据可计算出火星表面处的重力加速度为g=ℎC.由题中数据可计算出火星质量为2D.由题中数据可计算出火星的平均密度为37.(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=-GMmr,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=7.9km/sB.卫星在轨道1上运行经过P点时的线速度大小v2=vC.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3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5GMm68.(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.BD2.BD3.CD4.D5.D6.CD7.BD8.B1.BD由GMmr2=mv2r,化简得v=GMr,所以卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率,所以A错误。由GMmr2=mω2r,化简得ω=GMr3,所以卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度,所以B正确。由GMmr2=ma,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=mv2r减小,小于在P点受到的万有引力GMmr2,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。选3.CD由题意知,A、B的周期相等,角速度相同,而v=ωr,故v1<v2,A、B选项错误。若悬绳对两卫星无拉力作用,则A、B的向心力均等于地球对它们的万有引力,由ω=GMr3知,ωA>ωB,这与事实不符,故悬绳一定有拉力,C正确。对B卫星:GMmr2+T=mω2r;而对C卫星:GMm'r2=m'ω'2r,由此知ω>ω',一段时间后,B4.D空间站绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,有GMm(kR)2=ma,在地面上的物体,有GMm'R2=m'g,因为空间站在圆轨道Ⅱ上时轨道半径大于地球半径,故向心加速度小于g,选项A错误;由万有引力表达式可知飞船和空间站在A处所受的万有引力还与飞船和空间站的质量有关,因为题目中不知道二者质量的关系,故无法判断二者在A处所受万有引力是否相等,选项B错误;飞船沿轨道Ⅰ运动时只有万有引力做功,故机械能守恒,飞船在椭圆轨道Ⅰ上A处的机械能等于B处的机械能,选项C错误;空间站在轨道Ⅱ上绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,有GMm(kR)2=mv空2kR,又因为GMm'R2=m'g,故空间站的线速度大小为v空=GMkR=gRk,因轨道Ⅰ为椭圆轨道,故飞船在5.D根据万有引力提供向心力,有GMmr2=mv2r,神舟十四号变轨到达与天和核心舱同一轨道,若再加速则会做离心运动,不会追上核心舱进行对接,故A错误;根据牛顿第二定律,组合体的向心加速度为a=GMr2,组合体的轨道半径r大于地球半径R,由g=GMR2知组合体的向心加速度小于g,故B错误;根据万有引力提供向心力可得GMmr2=mv2r,解得v=GMr∝1r,由于组合体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,则组合体的线速度大于同步卫星的线速度,同步卫星的角速度等于地球自转角速度,所以同步卫星的线速度大于地球赤道上物体的线速度,故组合体的线速度大于地球赤道上物体的线速度,故C错误;组合体运行的半径为r=1716R,万有引力提供向心力,则有GMm1716R2=m4π26.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11.2km/s<v<16.7km/s,故A错误;由自由落体运动公式h=12gt2,解得g=2ℎt2,故B错误;设火星质量为M,火星表面质量为m的物体所受万有引力等于重力,即GMmR2=mg,联立解得M=2ℎR2Gt2,故C正确;火星的体积为V=43πR3,火星的平均密度为ρ=M7.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7.9km/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12mv12-GMmR=12mv22-GMm3R,解得v2=v12−4GM3R,B正确;轨道1的半长轴为2R,根据开普勒第三定律有T22T12=(3R)3(2R)3,解得T2T1=364,C错误;设卫星经过轨道2上的P点时的线速度大小为v8.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a3T2=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