备考2024届高考物理一轮复习强化训练第五章万有引力与宇宙航行第2讲宇宙航行热点5宇宙航行 航天科技成果

热点5　宇宙航行＋航天科技成果宇宙速度、同步卫星的理解及宇宙航行等问题，是历年高考必考内容之一.试题紧密联系当前航天科学技术实际，考查角度灵活多样，试题涉及卫星运行参量的比较、宇宙速度和同步卫星的理解、宇宙飞船的变轨、对接及着陆等知识，多以选择题出现，难度中等.1.[太空授课]2023年9月21日15时45分“天宫课堂”第四课开讲，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮面向全国青少年进行太空科普授课.已知朱杨柱的质量为m，地球半径为R，空间站的轨道半径为r，地球表面的重力加速度为g，若将空间站绕地球的运动近似看成匀速圆周运动，则朱杨柱（　B　）A.处于完全失重状态，不再受到地球的引力B.受到地球的引力大小为mgR2r2C.绕地球运动的线速度大于地球的第一宇宙速度D.可以圆满完成小球在水中所受浮力大小的测定实验解析　朱杨柱在空间站内虽然处于完全失重状态，但依然受到地球的引力，A错误；朱杨柱在地球表面附近时，有GMmR2＝mg，朱杨柱在空间站内时，有F引＝GMmr2，联立解得F引＝mgR2r2，B正确；由于没有脱离地球引力束缚，所以绕地球运动的线速度小于地球的第一宇宙速度，C错误；由于空间站内的物体处于完全失重状态，所以浮力消失，无法完成浮力大小的测定实验，D错误.2.[天和核心舱/2021湖南/多选]2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道.根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造.核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的116，下列说法正确的是（　AC　）A.核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的（1617）2倍B.核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9km/sC.核心舱在轨道上飞行的周期小于24hD.后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小 解析　核心舱在地面处到地心的距离r1＝R，在轨道处到地心的距离r2＝R＋116R＝1716R，根据万有引力定律有F＝GMmr2，则在轨道处受到的万有引力大小与在地面时受到的万有引力大小之比为F2F1＝r12r22＝(1617)2，A正确；由GMmr2＝mv2r得v＝GMr，核心舱做圆周运动的轨道半径大于地球半径，因此其在轨道上飞行的速度小于地球的第一宇宙速度，即小于7.9km/s，B错误；由于GMmr2＝m4π2T2r，可得T＝2πr3GM，核心舱做圆周运动的轨道半径小于地球同步卫星做圆周运动的轨道半径，故其在轨道上飞行的周期小于地球同步卫星的周期，故C正确；由GMmr2＝mv2r得r＝GMv2，核心舱加挂实验舱后，虽然空间站质量变大，但其运行速度大小未变，故轨道半径不变，D错误.3.[太阳探测卫星/2023北京]2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破.“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为720km，运行一圈所用时间约为100分钟.如图所示，为了随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”.下列说法正确的是（　A　）A.“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为1°B.“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于7.9km/sC.“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离解析　“夸父一号”的运行轨道平面始终与太阳保持固定的取向，由几何关系可知，其转动的角度与地球绕太阳公转的角度一致，地球绕行太阳一周转动360°，运行周期约为365天，则“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动角度约为1°，A对；“夸父一号”绕地球做圆周运动时，万有引力提供向心力，即GMmr2＝mv2r，可知v＝GMr，地球的第一宇宙速度为卫星轨道半径等于地球半径R时的速度，而“夸父一号”的运行轨道半径r大于R，则其运行速度小于7.9km/s，B错；地球表面的重力加速度满足GMmR2＝mg，解得g＝GMR2，“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度满足GMmr2＝ma，解得a＝GMr2，又“夸父一号”的运行轨道半径r大于R，则其向心加速度小于地球表面的重力加速度，C错；“夸父一号”绕行的中心天体为地球，地球绕行的中心天体为太阳，中心天体不同，开普勒第三定律不适用，D错. 4.[嫦娥探月工程]嫦娥五号返回器从月球归来初入大气层时的速度可以接近第二宇宙速度，为避免高速带来的高温过载风险，采用了“半弹道跳跃式返回”减速技术.如图所示，返回器从a点第一次进入大气层，调整返回器姿态，使其经b点升高，再从c点“跳”出大气层，在太空中潇洒地打个“水漂”，升高到距地面高度为h的d点后，再次从e点进入大气层返回地球.假设返回器从c点到e点的过程为无动力飞行.已知地球表面重力加速度为g，地球的半径为R，引力常量为G.结合以上信息，下列说法正确的是（　C　）A.从a点到c点的过程中，返回器机械能守恒B.在d点，返回器的速度大于第一宇宙速度C.在d点，返回器的加速度大小为gR2（R＋h）2D.在e点返回器处于超重状态解析　嫦娥五号返回器从a点到c点的过程中，空气阻力做功，机械能不守恒，A错误；嫦娥五号返回器经过d点后做近心运动，有GMm(R＋h)2＞mv2(R＋h)，即v＜GMR＋h，又因为第一宇宙速度为v1＝GMR，故v＜v1，B错误；在d点，由牛顿第二定律有GMm(R＋h)2＝ma，又GM＝gR2，联立可得a＝gR2(R＋h)2，C正确；在e点返回器加速度有向下的分量，故返回器处于失重状态，D错误.