专题26 卫星变轨运动——2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

这是一份专题26 卫星变轨运动——2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用），文件包含专题26卫星变轨运动2023年高考物理一轮复习小题多维练广东专用解析版docx、专题26卫星变轨运动2023年高考物理一轮复习小题多维练广东专用原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共111页， 欢迎下载使用。
2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）专题26  卫星变轨运动（时间：30分钟）1、从申请加入国际空间站被拒，到成为全球第三个独立自主拥有全套载人航天技术的国家，中国航天人克难攻坚，成果斐然。2021年4月29日，长征运载火箭在海南文昌成功将空间站“天和”核心舱送入高度约400km的预定轨道，中国空间站在轨组装建造全面展开。今年还将发射“问天”和“梦天”两个实验舱，完成与核心舱对接，并再发射“天舟”货运飞船、“神舟”载人飞船各两艘，为空间站送去乘组和物资，最终完成中国第一座空间站“天宫”的建造。下列说法正确的是（　　）A．卫星发射选在文昌会比在西昌更省燃料B．空间站绕地飞行周期大于24小时C．空间站绕地飞行速度大于第一宇宙速度D．要实现实验舱与核心舱的对接，需要把实验舱送入核心舱轨道后再加速追上核心舱【答案】  A【解析】A．文昌的维度低，离赤道近，发射卫星时尽量利用地球的自转线速度所需的能耗低。故A正确；BC．空间站轨道高度约400km，远小于地球同步卫星的轨道高度，所以其飞行飞行速度小于第一宇宙速度且周期小于24小时。故BC错误；D．对接时，需要减速降轨再加速对接，不能在轨道上直接加速。故D错误。故选A。2、2020年11月24日，我国成功发射“嫦娥五号”月球探测器，并实现月面无人采样返回。设该探测器被月球引力捕获后，经历三次变轨过程，最后在月球表面附近的圆轨道A上运动以备着陆，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．探测器在三个轨道上运行时，运行周期关系为TA>TB>TcB．探测器在轨道A上的机械能大于在轨道B上的机械能C．探测器在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．若已知探测器在轨道A上运动的周期，可推算出月球的平均密度【答案】  D【解析】A．由开普勒第三定律得探测器在三个轨道上运行时，运行周期关系为，故A错误；B．探测器由轨道A变到轨道B需要点火加速，则动能增加，故探测器在轨道A上的机械能小于在轨道B上的机械能，故B错误；C．探测器在椭圆轨道B上的P点做离心运动，需要的向心力大于受到的万有引力，若探测器由椭圆轨道B进入圆轨道A，则需在P点减速，使得需要的向心力减小到等于受到的万有引力，所以在P点朝速度的相同方向喷气，故C错误；D．已知探测器在轨道A上运动的周期，设月球质量为M，半径为R，根据万有引力提供向心力有月球的质量与体积的关系联立可得故D正确。故选D。3、（多选）如图，为某地球卫星的运行轨道，I轨道为圆轨道，II轨道为椭圆形轨道，两轨道相切于点，点为远地点，下列说法正确的是（　　）A．卫星从I轨道变轨到II轨道，需要在点加速B．卫星在II轨道上点的速率可能大于在I轨道上的运行速率C．卫星经过点的加速度一定大于经过点的加速度D．卫星在II轨道上从点向点运行的过程中，地球与卫星的连线与速度方向的夹角一定是钝角【答案】  ACD【解析】A．卫星从I轨道变轨到轨道，做离心运动，需要在点加速，A正确；B．根据知，卫星在过点的圆周上的运行速率小于在I轨道上的运行速率，而卫星在轨道上点的速率小于卫星在过点的圆周上的运行速率，所以卫星在轨道上点的速率一定小于在I轨道上的运行速率，B错误；C．根据牛顿第二定律得得，知点离地心比点近，则卫星经过点的加速度一定大于经过点的加速度，C正确；D．卫星在轨道上从点向点运行的过程中，由于速度沿轨迹的切线方向，所以地球与卫星的连线与速度方向的夹角一定是钝角，D正确。故选ACD。4、（多选）2020年7月23日，我国的“天问一号”火星探测器，搭乘着长征五号遥四运载火箭﹐成功从地球飞向了火星，如图所示为“天问一号”发射过程的示意图，从地球上发射之后经过地火转移轨道被火星捕获，进入环火星圆轨道，经变轨调整后，进入着陆准备轨道，已知“天问一号”火星探测器在轨道半径为r的环火星圆轨道上运动时，周期为，在半长轴为a的着陆准备轨道上运动时，周期为，则下列判断正确的是（　　）A．“天问一号”在环火星圆轨道和着陆准备轨道上运动时满足B．火星的平均密度一定大于C．“天问一号”在环火星圆轨道和着陆准备椭圆轨道上运动经过交汇点A时，两者加速度相等D．“天问一号”在环火星圆轨道上的机械能小于其在着陆准备轨道上的机械能【答案】  BC【解析】A．由开普勒第三定律，“天问一号”在环火星圆轨道和着陆准备轨道上运动时满足故A错误；B．假设“天问一号”在火星表面附近做圆周运动时，周期为，则火星的平均密度可表示为由可知故故B正确；C．飞船在环火星圆轨道经过A点和着陆准备椭圆轨道经过A点时受到的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知加速度必定相等，故C正确；D．“天问一号”由环火星圆轨道变轨到着陆准备轨道，需要在远火点减速，故机械能减小，故D错误。故选BC。5、2020年，中国航天实现了月背登陆采样并返回的一系列技术突破，并且发射了天问一号火星探测器，目前已被火星顺利俘获，几个月后将进行火星登陆。其中航天器回收的“跳跃式返回技术”指航天器在关闭发动机后进入大气层，依靠大气升力再次冲出大气层，降低速度后再进入大气层。这种复杂的回收技术我国已经掌握。图为航天器跳跃式返回过程示意图，大气层的边界为虚线大圆，已知地球半径为R，d点到地面的高度为h，地球表面重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）A．发射火星探测器速度必须大于地球的第二宇宙速度B．航天器运动到d点时的加速度为C．航天器在落地前一直处于失重状态D．航天器在a点机械能等于在c点的机械能【答案】  A【解析】A．由于火星已脱离地球束缚，因此发射火星探测器的速度应大于地球第二宇宙速度，但小于第三宇宙速度，故A正确；B．在d点，万有引力提供向心力在地球表面附近时由两式可得故B错误；C．航天器沿abc轨迹做曲线运动，曲线运动的合力指向曲线弯曲的内侧，所以从a到c运动过程中合力背离地球方向，即有竖直向上的加速度分量，因此航天器处于超重状态，故C错误；D．航天器从a点到c点，万有引力做功为0，阻力做负功，机械能减少，所以在a点的机械能大于在c点的机械能，故D错误。故选A。6、2020年，中国航天完成了多项壮举，震惊了全世界，火星探测器“天问一号”以及月球探测器“嫦娥五号”的成功发射标志着中国航天进入了另一个新时代，如图所示为嫦娥五号着陆月球前部分轨道的简化示意图，I是地月转移轨道，II、III是绕月球运行的椭圆轨道，IV是绕月球运行的圆形轨道。P、Q分别为椭圆轨道II的远月点和近月点，除了月球之外，忽略嫦娥五号在II、III、IV轨道上运行时地球以及其他天体对嫦娥五号的影响，下列关于嫦娥五号说法正确的是（　　）A．II轨道运行的周期小于III轨道运行的周期B．由I轨道进入II轨道需在P处向前喷气，由II轨道进入III轨道需在Q处向前喷气C．在II轨道上经过Q点时的加速度小于轨道IV经过Q点时的加速度D．在III轨道上的机械能比IV轨道上小【答案】  B【解析】A．根据开普勒第三定律，可得由于II轨道的半长轴大于III轨道的半长轴，所以II轨道运行的周期大于III轨道运行的周期，故A错误；B．由I轨道进入II轨道需要减速，故需在P处向前喷气；由II轨道进入III轨道需要减速，故需在Q处向前喷气，故B正确；C．根据牛顿第二定律可得解得由于在在II轨道上经过Q点和轨道IV经过Q点时到月心距离相等，则在II轨道上经过Q点时的加速度等于轨道IV经过Q点时的加速度，故C错误；D．从低轨进入高轨，需要火箭点火加速，机械能增大，所以轨道越高，嫦娥五号机械能越大，故在III轨道上的机械能比IV轨道上大，故D错误。故选B。7、（多选）2020年11月24日凌晨4时30分，在海南文昌成功发射嫦娥五号探测器，其登陆月球的变轨过程如图所示。P点和Q点分别是轨道Ⅲ的远月点和近月点，且Q点与月面高度可以忽略不计。圆轨道Ⅱ和椭圆轨道Ⅲ相切于P点，S点为轨道上一点。下列说法正确的是（　　）A．探测器在P点由轨道I进入轨道Ⅱ需要点火加速B．探测器在轨道Ⅲ上P点的机械能等于在轨道Ⅲ上Q点的机械能C．探测器在轨道Ⅱ的周期大于在轨道Ⅲ的周期D．探测器在S点的速度和在Q点的速度都比月球的第一宇宙速度小【答案】  BC【解析】A．卫星变轨时，由高轨道进入低轨道需要点火减速，所以探测器在P点由轨道I进入轨道Ⅱ需要点火减速，A错误；B．卫星在同一轨道上运行时，只有引力做功，能量只有重力势能与动能的相互转化，所以机械能守恒，则探测器在轨道Ⅲ上P点的机械能等于在轨道Ⅲ上Q点的机械能，B正确；C．根据开普勒第三定律周期定律可知，轨道的半长轴越大的，周期越大，则探测器在轨道Ⅱ的周期大于在轨道Ⅲ的周期，C正确；D．根据卫星的环绕速度第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度，则探测器在S点的速度比月球的第一宇宙速度小，但在Q的速度大于第一宇宙速度。因为发射速度大于第一宇宙速度才能够发射椭圆轨道运动的卫星，D错误。故选BC。8、（多选）2020年7月23日，中国火星探测任务“天问一号”探测器在海南文昌航天发射场发射升空。如图所示，已知地球和火星到太阳的距离分别为R和，若某火星探测器在地球轨道上的A点被发射出去，进入预定的椭圆轨道，通过椭圆轨道到达远日点B进行变速被火星俘获。下列说法正确的是（　　）A．探测器在椭圆轨道A点的速度等于地球的公转速度B．探测器由A点大约经0.7年才能抵达火星附近的B点C．地球和火星两次相距最近的时间间隔约为2.2年D．探测器在椭圆轨道A点的加速度小于在B点的加速度【答案】  BC【解析】A．探测器在椭圆轨道A点做离心运动，所以在椭圆轨道A点的速度大于地球的公转速度，选项A错误；BC．因为地球的公转周期年，设探测器在椭圆轨道运动的周期为，则根据开普勒第三定律得则探测器由A点发射之后，大约经过年后抵达火星附近的B点，同理可求得火星的周期约为年根据解得年选项BC正确；D．根据可知探测器在椭圆轨道A点的加速度大于在B点的加速度，选项D错误。故选BC。9、今年7月23日我国成功发射了火星探测卫星“天问一号”，标志着我国深空探测进入了新的领域。“天问一号”从地球飞向火星时的转移轨道又叫霍曼转移轨道。霍曼转移轨道是与地球、火星公转轨道相切的椭圆轨道。在日地连线与日火连线夹角a=45°时，是发射“天问一号”火星探测器的最佳时间窗口，因为此时探测器从地球表面附近进入霍曼转移轨道，可以在最短的时间内到达火星附近，从而被火星引力捕获。已知火星公转半径为R，地球公转周期是12个月（可能用到的数据1.653≈4.5，）（1）若已知太阳质量M和引力常数G，试求火星的公转速度；（2）试求地球公转半径；（3）若错过了此次最佳发射窗口期，则再过多少个月是下次的最佳发射时期?（即地球与火星的相对位置再次如图中所示）【答案】  （1） ；（2） ；（3） 25月【解析】（1）根据万有引力提供向心力可得火星的公转速度为（2）根据开普勒第三定律由图可知周期关系为联立解得（3）根据圆周运动知识可得解得t=25月10、已知月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0，飞船在绕月球的圆形轨道Ⅰ上运动，A点距月球表面的高度为月球半径的3倍，飞船到达轨道Ⅰ的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动。已知引力常量G，把月球看做质量分布均匀的球体，求：（1）第一次点火和第二次点火分别是加速还是减速；（2）飞船在轨道Ⅰ上的运行速率；（3）飞船在轨道Ⅲ上绕月运行一周所需的时间。【答案】  （1）都减速；（2）；（3）【解析】（1）由高轨道到低轨道，需要出卫星所需要的向心力小于万有引力，故要减速才可实现，即第一次点火与第二次点火都是减速。（2）由题意可知轨道I的轨道半径为4R，由万有引力提向心力，设月球质量为M，飞船的质量为m，运行速率为v，根据牛顿第二定律有解得（3）由题意可知轨道Ⅲ的轨道半径为R，设运行周期为T，根据牛顿第二定律有代入月球质量可得11、（多选）2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭将“天问一号”探测器发射升空，至2021年2月10日19时52分，探测器顺利进入近火点高度约400千米，周期约10个地球日，倾角约10º的大椭圆环火轨道，成为中国第一颗人造火星卫星。环绕火星获得成功标志着实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标。如图所示为这一过程简图，则以下说法正确的是（　　）A．天问一号从A点运动到B点过程中，一直处于超重状态B．天问一号在轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点加速度不同C．天问一号在B点点火减速由轨道Ⅱ进入轨道ⅢD．天问一号在A点点火加速由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ【答案】  CD【解析】A．天问一号从A点运动到B点过程中，收到地球的万有引力方向指向地心，则加速度方向指向地心，处于失重状态，选项A错误；B．根据可知天问一号在轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点加速度相同，选项B错误；CD．在变轨问题中，由低轨道进入高轨道需要加速，由高轨道进入低轨道需要减速，因此天问一号在B点点火减速由轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ，在A点点火加速由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，选项CD正确。故选CD。12、2020年7月23日，我国成功发射了天问一号火星探测器（简称“天问一号”），天问一号从地球发射升空顺利送入预定轨道，然后沿地火转移轨道飞向火星并被火星“捕获”。某同学忽略了天问一号进入地火转移轨道后受到的地球和火星的引力影响，并构建了一个如图所示的理想化的“物理模型”：火星和地球的公转轨道均视为圆轨道，天问一号从地球出发时恰好位于地火转移椭圆轨道的近日点位置，被火星“捕获”时恰好到达椭圆轨道远日点位置，中间过程仅在太阳引力作用下运动。已知火星的公转轨道半径为地球公转轨道半径的1.5倍，地球公转周期（1年）均分为12月，根据该理想模型，请帮助该同学求出：（取，）（1）天问一号在地火转移轨道上运行的时间（以月为单位）；（2）天问一号从地球出发进入地火转移轨道时日地连线与日火连线的夹角。【答案】  （1）；（2） θ=45°【解析】（1）根据开普勒第三定律可知，椭圆转移轨道周期为则天问一号在地火转移轨道上运行的时间（2）同理可得火星运行周期为火星运动的时间为要保证天问一号正好在远日点与火星相遇，两者运动的时间相等，则有：解得θ=45°