（江蘇專用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第四章 第5講 宇宙航行練習(xí)（含解析）

第5講宇宙航行一、單項選擇題1.(2018海南單科)土星與太陽的距離是火星與太陽距離的6倍多。由此信息可知()A.土星的質(zhì)量比火星的小B.土星運行的速率比火星的小C.土星運行的周期比火星的小D.土星運行的角速度大小比火星的大答案B行星與太陽的距離跟行星質(zhì)量無關(guān),A項錯;行星的速率v=GMr,即距離越遠(yuǎn)速率越小,選項B正確;由T=2r3GM可知,距離太陽越遠(yuǎn)周期越大,C項錯;周期大則角速度小,D項錯。2.我國于2016年9月15日發(fā)射了“天宮二號”空間實驗室,之后在10月17日,又發(fā)射了“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接。假設(shè)“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動,為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接,下列措施可行的是()A.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行,然后飛船加速追上空間實驗室實現(xiàn)對接B.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行,然后空間實驗室減速等待飛船實現(xiàn)對接C.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速,加速后飛船逐漸靠近空間實驗室,兩者速度接近時實現(xiàn)對接D.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速,減速后飛船逐漸靠近空間實驗室,兩者速度接近時實現(xiàn)對接答案C為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接,必須使飛船在較低的軌道上加速做離心運動,上升到空間實驗室運動的軌道后逐漸靠近空間實驗室,兩者速度接近時實現(xiàn)對接,選項C正確。3.(2018蘇州調(diào)研)“軌道康復(fù)者”是“垃圾”衛(wèi)星的救星,被稱為“太空110”,它可在太空中給“垃圾”衛(wèi)星補充能源,延長衛(wèi)星的使用壽命。假設(shè)“軌道康復(fù)者”軌道半徑為同步衛(wèi)星軌道半徑的15,其運動方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致,軌道平面與地球赤道平面重合,下列說法正確的是()A.“軌道康復(fù)者”的加速度是同步衛(wèi)星加速度的5倍B.“軌道康復(fù)者”的線速度是同步衛(wèi)星線速度的5倍C.站在地球赤道上的人觀察到“軌道康復(fù)者”向西運動D.“軌道康復(fù)者”可在高軌道上加速,以對接并拯救低軌道上的衛(wèi)星答案B根據(jù)GMmr2=ma,可知“軌道康復(fù)者”的加速度是同步衛(wèi)星加速度的25倍,A錯誤;根據(jù)GMmr2=mv2r可得v=GMr,故“軌道康復(fù)者”的線速度是同步衛(wèi)星線速度的5倍,B正確;由于“軌道康復(fù)者”的線速度大于同步衛(wèi)星的線速度,且其運動方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致,即自西向東,因此站在地球赤道上的人觀察到“軌道康復(fù)者”應(yīng)是向東運動,C錯誤;若“軌道康復(fù)者”在高軌道上加速,會出現(xiàn)離心現(xiàn)象,即變軌至更高處軌道,不可能對接并拯救低軌道上的衛(wèi)星,D錯誤。4.(2019運河中學(xué)月考)2016年10月16日我國發(fā)射的“神舟十一號”載人飛船,在距地面約393 km高度的軌道上與“天宮二號”空間實驗室對接,景海鵬、陳冬在太空駐留33天,于11月18日返回地球?！疤鞂m二號”在太空飛行周期約為(已知地球半徑R=6 400 km)()A.33天B.1天C.90 minD.30 min答案C在地球表面,有GMmR2=mg,“天宮二號”在距地面393 km高度的軌道上運行,有GMm(R+h)2=m42T2(R+h),兩式聯(lián)立得T=42(R+h)3gR2,代入數(shù)據(jù)得T92 min,C項正確,A、B、D項錯誤。5.如圖所示,A為太陽系中的天王星,它繞太陽O運行可視為做軌道半徑為R0、周期為T0的勻速圓周運動。天文學(xué)家經(jīng)長期觀測發(fā)現(xiàn),天王星實際運動的軌道與圓軌道總有一些偏離,且每隔t0時間發(fā)生一次最大偏離,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是天王星外側(cè)還存在著另一顆行星B,假設(shè)行星B與A在同一平面內(nèi),且與A的繞行方向相同,繞O做勻速圓周運動,它對天王星的萬有引力導(dǎo)致了天王星軌道的偏離,由此可推測行星B的運動軌道半徑是()A.t0t0-T0R0B.R0t0t0-T03C.R03t0-T0t02D.R03t0t0-T02答案D由軌道每隔t0時間發(fā)生一次最大偏離,可知隔t0時間A、B兩行星相距最近,即每隔t0時間A行星比B行星多運行一圈,有2T0t0-2TBt0=2,則TB=t0T0t0-T0。根據(jù)開普勒第三定律有R03T02=RB3TB2,所以RB=R03t0t0-T02。故D正確。6.(2018清江中學(xué)模擬)如圖,地球赤道上山丘e、近地衛(wèi)星p和同步通信衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運動,設(shè)e、p、q的圓周運動速率分別為v1、v2、v3,向心加速度分別為a1、a2、a3,則()A.v1>v2>v3B.v1<v3<v2C.a1>a2>a3D.a1<a2<a3答案B山丘e與同步通信衛(wèi)星q轉(zhuǎn)動周期相等,根據(jù)v=2rT,由于山丘e的軌道半徑小于同步通信衛(wèi)星q的軌道半徑,故v1<v3;根據(jù)衛(wèi)星的線速度公式v=GMr,由于近地衛(wèi)星p的軌道半徑小于同步通信衛(wèi)星q的軌道半徑,故v3<v2,故v1<v3<v2,故B項正確,A項錯誤;山丘e與同步通信衛(wèi)星q轉(zhuǎn)動周期相等,根據(jù)a=2r=42rT2,由于山丘e的軌道半徑小于同步通信衛(wèi)星q的軌道半徑,故a1<a3;根據(jù)向心加速度公式a=GMr2,由于近地衛(wèi)星p的軌道半徑小于同步通信衛(wèi)星q的軌道半徑,故a3<a2,故a1<a3<a2,故C、D項錯誤。7.(2019泰興中學(xué)月考)如圖所示為兩個中子星相互吸引旋轉(zhuǎn)并靠近最終合并成黑洞的過程,科學(xué)家預(yù)言在此過程中釋放引力波。根據(jù)牛頓力學(xué),在中子星靠近的過程中()A.中子星間的引力變大B.中子星的線速度變小C.中子星的角速度變小D.中子星的加速度變小答案A設(shè)兩中子星距離為L,由F=Gm1m2L2可知當(dāng)L減小時引力增大,選項A正確;兩中子星繞中心做勻速圓周運動,它們之間的萬有引力提供向心力,因此有m1r12=m2r22=Gm1m2L2,r1+r2=L,解得=G(m1+m2)L3,中子星的角速度增大,引力做正功,線速度增大,加速度a1=Gm2L2和a2=Gm1L2增大,選項B、C、D錯誤。二、多項選擇題8.可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星,使其圓軌道()A.與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B.與地球表面上某一經(jīng)線所決定的圓是共面同心圓C.與地球表面上的赤道線是共面同心圓,且衛(wèi)星相對地球表面是靜止的D.與地球表面上的赤道線是共面同心圓,但衛(wèi)星相對地球表面是運動的答案CD人造地球衛(wèi)星運行時,由于地球?qū)πl(wèi)星的引力提供它做圓周運動的向心力,而這個力的方向必定指向圓心,即指向地心,也就是說人造地球衛(wèi)星所在軌道圓的圓心一定要和地球的中心重合,不可能是地軸上(除地心外)的某一點,故A項錯誤;由于地球同時繞著地軸在自轉(zhuǎn),所以衛(wèi)星的軌道平面也不可能和經(jīng)線所決定的平面共面,所以B項錯誤;相對地球表面靜止的衛(wèi)星就是地球的同步衛(wèi)星,它必須在赤道平面內(nèi),且距地面有確定的高度,這個高度約為三萬六千千米,而低于或高于這個軌道的衛(wèi)星也可以在赤道平面內(nèi)運動,不過由于它們公轉(zhuǎn)的周期和地球自轉(zhuǎn)周期不同,就會相對于地面運動,C、D項正確。9.(2017江蘇單科)“天舟一號”貨運飛船于2017年4月20日在文昌航天發(fā)射中心成功發(fā)射升空。與“天宮二號”空間實驗室對接前,“天舟一號”在距地面約380 km的圓軌道上飛行,則其()A.角速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度B.線速度小于第一宇宙速度C.周期小于地球自轉(zhuǎn)周期D.向心加速度小于地面的重力加速度答案BCD由于地球自轉(zhuǎn)的角速度、周期等物理量與地球同步衛(wèi)星一致,故“天舟一號”可與地球同步衛(wèi)星比較,由于“天舟一號”的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑,所以,角速度是“天舟一號”大,周期是同步衛(wèi)星大,選項A錯,C對;第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度,故“天舟一號”的線速度小于第一宇宙速度,B對;對“天舟一號”有GM地m(R地+h)2=ma向,所以a向=GM地(R地+h)2,而地面重力加速度g=GM地R地2,故a向<g,D選項正確。10.(2018蘇錫常鎮(zhèn)四市一調(diào))如圖所示,我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由35顆衛(wèi)星組成,包括分布于a類型軌道的5顆同步軌道衛(wèi)星、分布于b類型軌道的3顆傾斜軌道衛(wèi)星(與同步衛(wèi)星軌道半徑相同,軌道傾角55°)和分布于c類型軌道的27顆中軌道衛(wèi)星,中軌道衛(wèi)星運行在3個互成120°的軌道面上做圓周運動,預(yù)計2020年全部建成。下列說法正確的是()A.a類型軌道上的衛(wèi)星相對于地面靜止且處于平衡狀態(tài)B.a類型軌道上的衛(wèi)星運行速率等于b類型衛(wèi)星的速率C.b類型軌道上的衛(wèi)星也與地球保持相對靜止D.三類衛(wèi)星相比,c類衛(wèi)星的向心加速度最大答案BD衛(wèi)星做勻速圓周運動,萬有引力提供向心加速度,不是平衡狀態(tài),故A錯誤;人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,由地球的萬有引力提供向心力,則有GMmr2=mv2r=ma,解得v=GMr,則由于a類型軌道上的衛(wèi)星運行半徑等于b類型衛(wèi)星的半徑,則a類型軌道上的衛(wèi)星運行速率等于b類型衛(wèi)星的速率,選項B正確;b類型衛(wèi)星不能與地球保持相對靜止,只有同步軌道衛(wèi)星才能與地球保持相對靜止,故C錯誤;由題知中軌道衛(wèi)星的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑,由a=GMr2可知,半徑小的向心加速度大,故D項正確。11.(2018淮安、宿遷等學(xué)業(yè)質(zhì)量檢測)2017年4月,我國第一艘貨運飛船天舟一號順利升空,隨后與天宮二號交會對接。假設(shè)天舟一號從B點發(fā)射經(jīng)過橢圓軌道運動到天宮二號的圓軌道上完成交會,如圖所示。已知天宮二號的軌道半徑為r,天舟一號沿橢圓軌道運動的周期為T,A、B兩點分別為橢圓軌道的遠(yuǎn)地點和近地點,地球半徑為R,引力常量為G。則()A.天宮二號的運行速度小于7.9 km/sB.天舟一號的發(fā)射速度大于11.2 km/sC.根據(jù)題中信息可以求出地球的質(zhì)量D.天舟一號在A點的速度大于天宮二號的運行速度答案AC7.9 km/s是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度,衛(wèi)星越高,線速度越小,則天宮二號的運行速度小于7.9 km/s,選項A正確;11.2 km/s是第二宇宙速度,是衛(wèi)星脫離地球引力逃逸到其他星球上去的最小速度,則天舟一號的發(fā)射速度小于11.2 km/s,選項B錯誤;根據(jù)開普勒第三定律r3T2=常數(shù),已知天宮二號的軌道半徑r,天舟一號的周期T以及半長軸12(r+R),可求得天宮二號的周期T1,再根據(jù)GMmr2=m42T2r可求解地球的質(zhì)量,選項C正確;天舟一號在A點加速才能進(jìn)入天宮二號所在的軌道,則天舟一號在A點的速度小于天宮二號的運行速度,選項D錯誤。12.(2018宜興期初)據(jù)報道,一顆來自太陽系外的彗星于2014年10月20日擦火星而過,如圖所示,設(shè)火星繞太陽在圓軌道上運動,運動半徑為r,周期為T。該彗星在穿過太陽系時由于受到太陽的引力,軌道發(fā)生彎曲,彗星與火星在圓軌道的A點“擦肩而過”。已知引力常量為G,則()A.可計算出太陽的質(zhì)量B.可計算出彗星經(jīng)過A點時受到的引力C.可計算出彗星經(jīng)過A點的速度大小D.可確定彗星在A點的速度大于火星繞太陽的速度答案AD火星繞太陽在圓軌道上運動,根據(jù)萬有引力提供向心力,列出等式GMmr2=m42T2r,可得M=42r3GT2,故A項正確;由于不知道彗星的質(zhì)量,所以無法求解彗星經(jīng)過A點時受到的引力,故B項錯誤;彗星經(jīng)過A點做離心運動,萬有引力小于向心力,不能根據(jù)v=GMr求解彗星經(jīng)過A點的速度大小,該彗星在穿過太陽系時由于受到太陽的引力,軌道發(fā)生彎曲,彗星與火星在圓軌道的A點“擦肩而過”,所以可確定彗星在A點的速度大于火星繞太陽的速度,故C項錯誤,D項正確。三、非選擇題13.(2019鹽城中學(xué)月考)2016年9月15日“天宮二號”空間實驗室由長征二號FT2火箭發(fā)射升空。這意味著,中國成功發(fā)射了真正意義上的空間實驗室,即實現(xiàn)了載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的第二步。10月19日凌晨神舟十一號載人飛船與“天宮二號”實施自動交會對接,近似把對接后一起運行看做以速度v繞地球的勻速圓周運動,運行軌道距地面高度為h,地球的半徑為R。求:(1)“天宮二號”繞地球運轉(zhuǎn)的角速度;(2)“天宮二號”在軌道上運行的周期;(3)地球表面上的重力加速度的計算表達(dá)式。答案(1)vR+h(2)2(R+h)v(3)g=(R+h)v2R2解析(1)由運動學(xué)關(guān)系有v=r又r=R+h得=vR+h(2)由T=2rv得T=2(R+h)v(3)在地球表面,有GmMR2=mg在距地面高h(yuǎn)處,有GmM(R+h)2=mv2R+h化簡得g=(R+h)v2R28