《人教版2024年高考一轮复习物理《第24讲 卫星变轨问题 双星模型》练习题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版2024年高考一轮复习物理《第24讲 卫星变轨问题 双星模型》练习题（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第24讲 卫星变轨问题 双星模型（模拟精练+真题演练）1（2023河北邢台河北巨鹿中学校联考三模）2022年，我国航天经历了不平凡的一年。在探月与深空探测方面，我国科学家在“嫦娥五号”取回的月壤中发现了一种月球的新矿物，并命名为“嫦娥石”；我国首次火星探测“天问一号”任务团队获得国际宇航联合会2022年度“世界航天奖”；载人航天方面，“神舟十五号”飞船成功发射，中国空间站建造阶段发射“满堂红”。关于航天的知识，下列说法正确的是（）A“嫦娥五号”的发射速度应大于第二宇宙速度B“天问一号”到达火星表面附近后应减速，从而被火星捕获C“神舟十五号”从椭圆轨道的远地点变轨到圆轨道时应加速，变轨后的速度大
2、于第一宇宙速度D空间站运行时，舱内的物体处于完全失重状态，不受力的作用【答案】B【详解】A“嫦娥五号”是探月飞行，发射速度应在第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，A错误；B“天问一号”到达火星表面附近后应减速，从而被火星引力所捕获，B正确；C“神舟十五号”从椭圆轨道的远地点变轨到大的圆轨道时应加速，由于第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度，故变轨后的速度一定小于第一宇宙速度，C错误；D空间站运行时，舱内的物体处于完全失重状态，但是仍然受引力作用，D错误。故选B。2（2023安徽校联考模拟预测）天问是中国战国时期诗人屈原创作的一首长诗，全诗问天问地问自然，表现了作者对传统的质疑和对真理的
3、探索精神，我国探测飞船天问一号发射成功飞向火星，屈原的“天问”梦想成为现实，也标志着我国深空探测迈向一个新台阶，如图所示，轨道1是圆轨道，轨道2是椭圆轨道，轨道3是近火圆轨道，天问一号经过变轨成功进入近火圆轨道3，已知引力常量G，以下选项中正确的是（）A天问一号在B点需要点火加速才能从轨道2进入轨道3B天问一号在轨道2上经过B点时的加速度大于在轨道3上经过B点时的加速度C天问一号进入近火轨道3后，测出其近火环绕周期T，可计算出火星的平均密度D天问一号进入近火轨道3后，测出其近火环绕周期T，可计算出火星的质量【答案】C【详解】A天问一号在点需要点火减速才能从轨道2进入轨道3，故A错误；B在轨道2
4、和轨道3经过点时，加速度相同，故B错误；CD假设火星的半径为，轨道3轨道半径为，因轨道3是近火轨道，所以，假设火星质量为，天问一号质量为，由万有引力提供向心力解得火星的密度题干仅提供了引力常量，火星半径未知，故C正确，D错误。故选C。3（2023江苏南京模拟预测）中国空间站在轨运行周期为1.54h，地球半径为6400km，重力加速度取9.8m/s2。在2022年，曾经两次遭遇星链卫星的恶意靠近，为避免不必要的损失，中国空间站不得不通过变轨积极规避。首先变轨到更高的轨道（A到B过程），待星链卫星通过之后，再回到原运行轨道（C到D过程）。已知卫星运行方向与地球自转方向相同，下列说法正确的是（）A空
5、间站距地面的高度大约400kmB第一次加速后的速度比第二次加速后的速度小C变轨避险的过程，空间站先经过两次减速进入更高轨道，再经过两次加速回到原轨道D空间站轨道如果在赤道平面内，一天内经赤道上空同一位置最多16次【答案】A【详解】A对于近地卫星有对中国空间站在轨运行过程有解得，A正确；BA到B过程是由低轨道变轨到高轨道，需要在切点A处加速，则有在切点B处加速后由椭圆低轨道变轨到圆高轨道，在两个圆轨道上，根据解得由于B处圆轨道的轨道半径大于A处圆轨道轨道半径，则有则有即第一次加速后的速度比第二次加速后的速度大，B错误；C根据变轨规律，进入高轨道需要加速，进入低轨道，需要减速，即变轨避险的过程，空
6、间站先经过两次加速进入更高轨道，再经过两次减速回到原轨道，C错误；D空间站轨道如果在赤道平面内，一天内经赤道上空同一位置最多n次，则有解得可知空间站轨道如果在赤道平面内，一天内经赤道上空同一位置最多15次，D错误。故选A。4（2023广东统考三模）“神舟十三号”载人飞船与“天和”核心舱在2021年10月16日成功对接，航天员顺利进入“天和”核心舱。载人飞船和空间站对接的一种方法叫“同椭圆轨道法”，其简化示意图如图所示。先把飞船发射到近地圆形轨道，然后经过多次变轨使飞船不断逼近空间站轨道，当两者轨道很接近的时候，再从空间站下方、后方缓慢变轨进入空间站轨道。、是绕地球运行的椭圆轨道，是绕地球运行、
7、很接近空间站轨道的圆形轨道。P、Q分别为椭圆轨道的远地点和近地点，下列说法正确的是（）A在轨道上，载人飞船在Q点的加速度比在P点的加速度大B载人飞船在轨道上运行的周期比在轨道上运行的周期小C载人飞船在轨道上经过P点的速度大于在轨道上经过P点的速度D在轨道上，载人飞船在P点的机械能比在Q点的机械能大【答案】A【详解】A根据牛顿第二定律有可得可知，离中心天体越近加速度越大，Q点近地点，P点为远地点，因此在轨道上Q点的加速度大于P点的加速度，故A正确；B根据开普勒第三定律轨道III为椭圆轨道，其半长轴大于轨道I的半径，则可知在轨道III上的运行周期大于在轨道I上额运行周期，故B错误；C载人飞船要实现
8、在轨道III向轨道IV变轨，则必须在两轨相切处P点点火加速才能顺利实现由低轨向高轨的变轨运行，因此载人飞船在轨道上经过P点的速度小于在轨道上经过P点的速度，故C错误；D同一物体在环绕中心天体运动的过程中，轨道越高其机械能越大，而在同一轨道上运行时，其机械能守恒，因此在轨道上，载人飞船在P点的机械能等于在Q点的机械能，故D错误。故选A。5（2023湖北模拟预测）地球同步轨道上的卫星失效后，及时将其清理，能为新的卫星释放空间。2021年12月底，我国自主研发的实践21号卫星“捕捉”到同步轨道上已失效的北斗2号卫星，并与之完成对接。2022年1月22日，实践21号完成大幅度变轨机动，将北斗2号拖入一
9、条高于同步轨道的“墓地轨道”。1月26日，实践21号与北斗2号脱离，于1月28日返回地球同步轨道。已失效的北斗2号将在高于同步轨道带的太空区域漂流。这一举措展示了我国作为太空大国的责任和担当，也让世界见证了中国的科技实力。将上述过程作如图所示的简化：组合体在同步轨道上的P点变轨，经过转移轨道，运动到比同步轨道高3000km的墓地轨道上的Q点，在Q点组合体完成分离，其中实践21号再经转移轨道独自返回同步轨道。已知地球同步轨道高度约为35786km，地球半径约为6371km，则（）A由题干材料可知，实践21号在转移轨道上的运行周期约为4天B已失效的北斗2号卫星在转移轨道上的Q点速度小于同步轨道速度
10、C对于实践21号卫星，仅考虑地球对它的万有引力作用，其沿同步轨道运行经过P点时的加速度大小为a1，沿转移轨道运行经过P点时的加速度大小为a2，那么a1a2D若要使已失效的卫星由Q点脱离地球引力的束缚，需要在Q点至少给它一个大于11.2km/s的初速度【答案】B【详解】A根据题意可知，已知地球同步轨道高度约为35786km，地球半径约为6371km，墓地轨道比同步轨道高3000km，则转移轨道的半长轴为由于同步卫星绕地球运动的周期为24h，由开普勒第三定律可得即实践21号在转移轨道上的运行周期略大于同步卫星周期但是比较接近，小于4天，故A错误；B在Q点变轨需要点火加速，即北斗2号卫星在转移轨道上
11、的Q点速度小于墓地轨道上运行速度，根据万有引力提供向心力，有解得轨道半径越大，线速度越小，即北斗2号卫星在墓地轨道运行的速度小于同步轨道速度，所以北斗2号卫星在转移轨道上的Q点速度小于同步轨道速度，故B正确；C对于实践21号卫星，在P点，根据牛顿第二定律有可得故C错误；D11.2km/s是从地球表面发射卫星，使之脱离地球的束缚的最小速度，而已失效的卫星由Q点脱离地球引力的束缚，同等条件下，需要克服地球引力所做的功要少，所以可以在Q点给它一个小于11.2km/s的初速度，故D错误。故选B。6（2023海南省直辖县级单位嘉积中学校考一模）如图所示，卫星甲、乙均绕地球做匀速圆周运动，轨道平面相互垂直
12、，乙的轨道半径是甲的倍。将两卫星和地心在同一直线且甲、乙位于地球同侧的位置称为“相遇”，则从某次“相遇”后，甲绕地球运动15圈的时间内，甲、乙卫星将“相遇”（）A1次B2次C3次D4次【答案】D【详解】根据开普勒第三定律有解得从图示时刻开始，乙转动半圈，甲转动3.5圈，“相遇”一次，此后乙每转动半圈，两个卫星就“相遇”一次，则甲运动15圈的时间内，甲、乙卫星将“相遇”4次。故选D。7（2023四川成都成都七中校考模拟预测）西汉时期，史记天官书作者司马迁在实际观测中发现岁星呈青色，与“五行”学说联系在一起，正式把它命名为木星。如图甲所示，两卫星、环绕木星在同一平面内做圆周运动，绕行方向相反，卫星
13、绕木星做椭圆运动，某时刻开始计时，卫星、间距离随时间变化的关系图象如图乙所示，其中R、T为已知量，下列说法正确的是（）A卫星在M点的速度小于卫星的速度B卫星、的轨道半径之比为C卫星的运动周期为TD绕行方向相同时，卫星、连续两次相距最近的时间间隔为【答案】C【详解】A过M点构建一绕木星的圆轨道，该轨道上的卫星在M点时需加速才能进入椭圆轨道，根据万有引力定律有可得则在构建的圆轨道上运行的卫星的线速度大于卫星的线速度，根据以上分析可知，卫星在M点的速度一定大于卫星的速度，A错误；BC根据题图乙可知，卫星、间的距离呈周期性变化，最近为3R，最远为5R，则有，可得，又根据两卫星从相距最远到相距最近有其中
14、，根据开普勒第三定律有联立解得，B错误，C正确；D 运动方向相同时卫星、连续两次相距最近，有解得，D错误。故选C。8（2023山东聊城统考三模）如图所示，双星系统由质量不相等的两颗恒星组成，质量分别是M、m，它们围绕共同的圆心O做匀速圆周运动。从地球A看过去，双星运动的平面与AO垂直，A、O间距离恒为L。观测发现质量较大的恒星M做圆周运动的周期为T，运动范围的最大张角为（单位是弧度）。已知引力常量为G，很小，可认为，忽略其他星体对双星系统的作用力。则（）A恒星m的角速度大小为B恒星m的轨道半径大小为C恒星m的线速度大小为D两颗恒星的质量m和M满足关系式【答案】D【详解】A恒星m与M具有相同的角
15、速度，则角速度为选项A错误；B恒星M的轨道半径为对恒星系统m2r=M2R解得恒星m的轨道半径大小为选项B错误；C恒星m的线速度大小为选项C错误；D对恒星系统=m2r=M2R解得GM=2r(r+R)2；Gm=2R(r+R)2相加得联立可得选项D正确；故选D。9（2023北京丰台统考二模）两个天体组成双星系统，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。科学家在地球上用望远镜观测由两个小行星构成的双星系统，看到一个亮度周期性变化的光点，这是因为当其中一个天体挡住另一个天体时，光点亮度会减弱。科学家用航天器以某速度撞击该双星系统中较小的小行星，撞击后，科学家观测到光点明暗变化的时间间隔变短。不考虑撞击后双星系统的质量变化。根据上述材料，下列说法正确的是（）A被航天器撞击后，双星系统的运动周期变大B被航天器撞击后，两个小行星中心连线的距离增大C被航天器撞击后，双星系统的引力势能减小D小行星质量越大，其运动的轨道越容易被改变【答案】C【详解】A被航天器撞击后，科学家观
