2024版新教材高中物理课时分层作业十八卫星的变轨及对接问题新人教版必修第二册

课时分层作业(十八)卫星的变轨及对接问题A组基础巩固练1.[2023·黑龙江哈尔滨第五十八中学高一期末](多选)如图所示，“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道到达月球，在距月球表面200km的P点进行第一次“刹车制动”后被月球捕获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行，之后，卫星在P点经过几次“刹车制动”，最终在距月球表面200km的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动．用T1、T2、T3分别表示卫星在椭圆轨道Ⅰ、Ⅱ和圆形轨道Ⅲ上运行的周期，用a1、a2、a3分别表示卫星运动到P点的加速度．下列说法正确的是()A．T1＞T2＞T3B．T1＜T2＜T3C．a1＞a2＞a3D．a1＝a2＝a32.(多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ.下列说法正确的是()A．该卫星的发射速度必定大于11.2km/sB．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/sC．在椭圆轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度D．卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ3.我国自主研制的货运飞船“天舟三号”发射升空后，与已经在轨运行的“天和号”成功对接形成“组合体”．对接后的“组合体”仍在“天和号”的轨道上运行，“组合体”和“天和号”运动的轨道均可视为圆轨道．“组合体”和“天和号”相比，“组合体”运行的()A．周期变小B．角速度变大C．线速度大小不变D．向心加速度变小4.(多选)“神舟十四号”飞船在入轨后，与“天和”核心舱进行自主快速交会对接．与“天和”核心舱及“天舟四号”货运飞船形成组合体后，组合体围绕地球做匀速圆周运动．已知引力常量为G，组合体轨道半径为r，组合体绕地球转n圈的时间为t，下列物理量可求出的是()A．地球表面重力加速度B．地球质量C．组合体所在轨道的重力加速度D．地球的密度5.中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟”号飞船，目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术．其发射过程简化如下：飞船在酒泉卫星发射中心发射，由长征运载火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上，A点距地面的高度为h，飞船飞行5圈后进行变轨，进入预定圆轨道，如图所示．已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R.(1)飞船在B点经椭圆轨道进入预定圆轨道时是加速还是减速？(2)求飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小．6．[2023·北京海淀高一联考]如图所示，卫星沿圆形轨道Ⅰ环绕地球运动，当其运动到M点时采取了一次减速制动措施，进入椭圆轨道Ⅱ或Ⅲ.轨道Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均与地球赤道面共面．变更轨道后()A．卫星沿轨道Ⅲ运动B．卫星经过M点时的速度小于7.9km/sC．卫星经过M点时的加速度变大D．卫星环绕地球运动的周期变大7．[2023·广东佛山统考一模]2022年11月1日，23吨的“梦天”实验舱与60t的“天和”核心舱组合体顺利对接，完成了中国空间站建设最后一个模块的搭建．若对接前“天和”核心舱组合体在距地高度380km的正圆轨道运动，运行速度略小于“梦天”实验舱对接前的速度，则()A．对接时“梦天”舱和“天和”舱因冲击力而产生的加速度相同B．对接前空间站内航天员所受地球的引力为零C．对接后空间站绕地运行速度大于第一宇宙速度D．若不启动发动机调整轨道，对接后空间站的轨道将会是椭圆B组能力提升练8.(多选)“嫦娥五号”从地球发射到环绕月球过程的路线示意图如图所示，关于“嫦娥五号”的说法正确的是()A.在P点由a轨道转变到b轨道时，速度必须变小B.在Q点由d轨道转变到c轨道时，要加速才能实现(不计“嫦娥五号”的质量变化)C．在b轨道上，“嫦娥五号”在P点的速度比在R点的速度大D．“嫦娥五号”在a、b轨道上正常运行时，通过同一点P时，加速度相等9.(多选)2021年5月15日，我国自主研制的火星探测器“天问一号”成功着陆火星．如图所示，着陆火星前探测器成功进入环火星半长轴为R1的椭圆轨道，然后实施近火星制动，顺利完成“太空刹车”，被火星捕获，进入环火星半径为R2、周期为T的圆轨道．关于“天问一号”探测器，下列说法正确的是()A．探测器由椭圆轨道进入圆轨道应该在P点加速B．探测器沿椭圆轨道从P点运动到Q点速度减小C．探测器在P点变轨前后，加速度将增大D．探测器沿椭圆轨道由P点运动到Q点所需的最短时间为eq\r(\f(Req\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1)),Req\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))))·eq\f(T,2)课时分层作业(十八)卫星的变轨及对接问题1．解析：根据开普勒第三定律可知，A正确，B错误；在3个轨道上分别经过P点时，卫星受到月球的万有引力相等，根据牛顿第二定律可知，C错误，D正确．答案：AD2．解析：11.2km/s是卫星脱离地球引力束缚的发射速度，而同步卫星仍然绕地球运动，故选项A错误；7.9km/s(第一宇宙速度)是近地卫星的环绕速度，也是卫星做圆周运动最大的环绕速度，同步卫星运动的线速度一定小于第一宇宙速度，故选项B错误；椭圆轨道Ⅰ上，P是近地点，故卫星在P点的速度大于在Q点的速度，卫星在轨道Ⅰ上的Q点做近心运动，只有加速后才能沿轨道Ⅱ运动，故选项C、D正确．答案：CD3．解析：根据Geq\f(Mm,r2)＝ma＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r得，向心加速度a＝eq\f(GM,r2)，线速度v＝eq\r(\f(GM,r))，角速度ω＝eq\r(\f(GM,r3))，周期T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，由于轨道半径不变，则线速度大小、角速度、周期、向心加速度大小均不变，故C正确，A、B、D错误．答案：C4．解析：组合体周期为T＝eq\f(t,n)，根据万有引力提供向心力得eq\f(GMm,r2)＝eq\f(m·4π2r,T2)＝ma，联立解得M＝eq\f(4π2r3n2,Gt2)，a＝eq\f(4π2rn2,t2)，故B、C正确；由于不知道地球半径，所以无法计算地球表面的重力加速度和地球的密度，故A、D错误．答案：BC5．解析：(1)飞船要转入更高轨道，做离心运动，由离心运动条件可知，需要加速．(2)在地球表面有mg＝eq\f(GMm,R2)①根据牛顿第二定律有Geq\f(Mm,（R＋h）2)＝maA②由①②式联立解得，飞船经过椭圆轨道近地点A时的加速度大小为aA＝eq\f(gR2,（R＋h）2).答案：(1)加速(2)eq\f(gR2,（R＋h）2)6．解析：卫星运动到M点时减速，万有引力大于做圆周运动所需要的向心力，卫星做近心运动，卫星沿轨道Ⅱ运动，A错误；卫星在近地轨道运动的速度约为7.9km/s，在轨道Ⅰ上运行的半径大于近地轨道的半径，根据eq\f(GMm,r2)＝eq\f(mv2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，可知卫星经过M点时的速度小于7.9km/s，B正确；根据eq\f(GMm,r2)＝ma，得a＝eq\f(GM,r2)，由于M点离地球的距离不变，故卫星经过M点时的加速度大小不变，C错误；根据开普勒第三定律，轨道Ⅱ的半长轴小于轨道Ⅰ的半径，故从轨道Ⅰ变到轨道Ⅱ，卫星环绕地球运动的周期变小，D错误．故选B.答案：B7．解析：“梦天”舱和“天和”舱之间因冲击对“梦天”舱和“天和”舱产生的力大小相等、方向相反，可知“梦天”舱和“天和”舱的加速度方向相反，“梦天”舱和“天和”舱的质量不等，根据F＝ma可知“梦天”舱和“天和”舱的加速度大小不相等，故A错误；空间站内的航天员受到地球的万有引力，由于万有引力全部提供做圆周运动的向心力，航天员处于完全失重状态，故B错误；第一宇宙速度为环绕地球做圆周运动的物体的最大速度，可知对接后空间站绕地运行速度小于第一宇宙速度，故C错误；对接后空间站的速度会发生变化，若不启动发动机调整轨道，对接后空间站的轨道将会是椭圆，故D正确．故选D.答案：D8．解析：“嫦娥五号”在a轨道上的P点进入b轨道，需加速，使万有引力小于需要的向心力而做离心运动，选项A错误；“嫦娥五号”在Q点由d轨道转变到c轨道时，必须减速，使万有引力大于需要的向心力而做近心运动，选项B错误；根据开普勒第二定律知，在b轨道上，“嫦娥五号”在P点的速度比在R点的速度大，选项C正确；根据eq\f(Gm地m,r2)＝man知，“嫦娥五号”在a、b轨道上正常运行，通过同一点P时，加速度相等，选项D正确．答案：CD9．解析：探测器由椭圆轨道实施近火星制动，因此进入圆轨道，应该在P点减速，选项A错误；由开普勒第二定律知，选项B正确；探测器在P点变轨前后，万有引力不变，加速度不变，选项C错误；根据开普勒第三定律有eq\f(Req\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1)),Teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))＝eq\f(Req\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2)),T2)解得T1＝eq\r(\f(Req\o\a