高中物理 加强练习第五章　54.卫星变轨和对接问题

54.卫星变轨和对接问题(分值：20分)1~4题每题5分1.我国2021年4月29日在海南文昌航天发射场用长征五号B遥二运载火箭成功将空间站“天和”核心舱送入预定圆轨道，中国空间站在轨组装建造全面展开。关于火箭发射以及空间站的组合、对接，下列说法正确的是()A.火箭发射升空过程中，发动机喷出的燃气推动空气，空气推动火箭上升B.空间站在轨运行的速率可能大于7.9km/sC.飞船要和在轨的核心舱对接，通常是将飞船发射到较低的轨道上，然后使飞船加速实现对接D.在空间站中工作的航天员因为不受地球引力作用，所以处于完全失重状态答案C解析火箭发射升空的过程中，火箭给喷出的燃气作用力，燃气给火箭反作用力，推动火箭上升，A错误；第一宇宙速度为7.9km/s，是飞行器绕地球运行时的最大速度，因此空间站在轨运行速度一定小于7.9km/s，B错误；根据卫星对接原理可知，飞船先发射到较低轨道，然后追及空间站，在适当位置加速做离心运动，实现与核心舱对接，C正确；在空间站中工作的航天员受到地球引力作用，处于完全失重状态，D错误。2.(2025·湖北省部分学校联考)2024年6月2日，“嫦娥六号”探测器成功着陆在月球背面南极——艾特肯盆地预选着陆区，开启人类探测器首次在月球背面实施的样品采集任务。“嫦娥六号”以逆行方式进入月球轨道，被月球捕获后的部分过程如图所示。探测器在“12h大椭圆轨道1”运行经过P点时变轨进入“4h椭圆停泊轨道2”，在轨道2上经过P时再变轨进入“200km圆轨道3”，三个轨道相切于P点，Q点是轨道2上离月球最远的点。下列说法正确的是()A.探测器从轨道1进入轨道2的过程中，需点火加速B.探测器分别沿着轨道2和轨道3运行时，经过P点的加速度大小相等C.探测器沿着轨道2经过Q点的速度大于沿着轨道3经过P点的速度D.探测器在轨道3上运行的周期比在轨道1上运行的周期大答案B解析探测器从轨道1进入轨道2的过程中，即从高轨道到低轨道，需要在P点减速，故A错误；设探测器质量为m1，月球质量为m2，根据牛顿第二定律Gm1m2r2=m1a可得，探测器在轨道上运行时所需的加速度大小为a=Gm2r2，在探测器变轨的过程中，在P点的受力相同，所以经过P点所需的加速度大小相等，故B正确；假设探测器在一个经过Q点的圆轨道上运行，根据牛顿第二定律Gm1m2r2=m1v2r可得，探测器的运行速度为v=Gm2r，则此时经过Q点的速度小于沿着轨道3经过P点的速度，若在Q点由圆轨道变到轨道2，要在Q点减速，所以探测器沿着轨道2经过Q点的速度小于沿着轨道3经过P点的速度，故C错误；根据开普勒第三定律r3.(多选)(2025·湖南衡阳市模拟)如图所示，一颗质量为m的卫星要发射到中地圆轨道上，通过M、N两位置的变轨，经椭圆转移轨道进入中地圆轨道运行。已知近地圆轨道的半径可认为等于地球半径，中地圆轨道与近地圆轨道共平面且轨道半径为地球半径的3倍，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，下列说法中正确的是()A.卫星进入中地圆轨道时需要在N点减速B.该卫星在转移轨道上的M点和N点的速度关系为vM=4vNC.该卫星在中地圆轨道上运行的速度为gRD.该卫星在转移轨道上从M点运行至N点(M、N与地心在同一直线上)所需的时间为2π2答案CD解析卫星从椭圆转移轨道进入中地圆轨道时需要在N点加速，故A错误；取极短时间Δt，根据开普勒第二定律可知12vMΔt·rM=12vNΔt·rN，根据题意rN=3rM，则vM=3vN，故B错误；卫星在中地圆轨道上，由万有引力提供向心力得GMm(3R)2=mv23R，在近地面有GMmR2=mg，解得v=gR3，故C正确；卫星在中地圆轨道上的周期T中=2π·3Rv=6π3Rg，根据几何关系可知，转移轨道的半长轴为2R，由开普勒第三定律得(2R)3T转2=(3R)3T4.(多选)(2025·天津市南开区二模)2024年7月19日，我国成功发射高分十一号05星。如图，高分十一号05星和另一颗卫星a分别沿圆轨道和椭圆轨道绕地球运行，圆轨道半径为R，椭圆轨道的近地点和远地点间的距离为2R，两轨道位于同一平面内且A点为两轨道的一个交点，某时刻两卫星和地球在同一条直线上，线速度方向如图，只考虑地球对卫星的引力，下列说法正确的是()A.在图示位置，高分十一号05星的加速度大小小于卫星a的加速度大小B.在图示位置，两卫星的线速度大小关系为v1>v2C.从图示位置开始，卫星a先运动到A点D.高分十一号05星的线速度大小始终大于卫星a的线速度大小答案BC解析根据GMmr2=ma，可得a=GMr2，由于在图示位置高分十一号05星离地心的距离小于卫星a离地心的距离，故高分十一号05星的加速度大小大于卫星在图示位置，以地心为圆心，过卫星a所处位置作一与椭圆相切的辅助圆，辅助圆的半径大于R，假如卫星a在辅助圆上的线速度大小为v3，卫星a要变轨到椭圆轨道上，必须减速，故v3>v2，再根据卫星在圆轨道上运行，则有GMmr2=mv2r可知轨道半径越大线速度越小，有v1>v3，联立可得v1>v2，故B正确；同理在椭圆轨道的近地点作一相切的辅助小圆，可知卫星a在近地点的线