備考2025高考物理“二級結(jié)論”精析與培優(yōu)爭分練講義-05 宇宙航行（學(xué)生版）

5.宇宙航行——備考2025高考物理“二級結(jié)論”精析與培優(yōu)爭分練一、重力加速度某星球表面處的重力加速度：(即距球心R):g＝eq\f(GM,R2).距離該星球表面h處的重力加速度：(即距球心R＋h處)：g′＝eq\f(GM,r2)＝.例題1.假定地球?yàn)槊芏染鶆蚍植嫉那蝮w，球半徑為。某單擺在地面處做簡諧運(yùn)動的周期與在某礦井底部做簡諧運(yùn)動的周期之間滿足。忽略地球的自轉(zhuǎn)，已知質(zhì)量均勻分布的球殼對殼內(nèi)物體的萬有引力為零，則該礦井底部離地面的距離為（）A． B． C． D．練1.我國的嫦娥四號探測器在2019年1月3日成功在月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預(yù)選著陸區(qū)著陸，并通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開了古老月背的神秘面紗。質(zhì)量為m的探測器在著陸月球前，會在月球表面附近經(jīng)歷一個加速度大小為a的減速過程。為方便計(jì)算取月球的質(zhì)量為地球的1/80倍，半徑為地球的1/4倍。地球表面的重力加速度大小為g，若該減速過程可視為一個豎直向下的勻減速直線運(yùn)動，此過程中探測器受到的制動力大小為F1，如果該探測器在地球表面試驗(yàn)時也經(jīng)歷這樣一個加速度大小為a的豎直減速過程，探測器受到的制動力大小為F2，設(shè)a=0.2g，則F1與F2的比值為（）A． B． C． D．二、人造衛(wèi)星在不同軌道的物理量人造衛(wèi)星：Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r＝ma＝mg′.速度，周期，加速度<g地表附近的人造衛(wèi)星：r＝R＝6.4×106m，v運(yùn)＝v1，T＝2πeq\r(\f(R,g))＝84.6分鐘．例題2.北京時間2023年12月17日15時，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用雙曲線一號商業(yè)運(yùn)載火箭成功將“迪邇一號”衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道。“迪邇一號”衛(wèi)星、北斗地球同步衛(wèi)星飛行的軌道如圖所示。下列說法正確的是（）A．“迪邇一號”衛(wèi)星的角速度小于北斗地球同步衛(wèi)星的角速度B．“迪邇一號”衛(wèi)星的角速度大于北斗地球同步衛(wèi)星的角速度C．“迪邇一號”衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的線速度等于靜止于赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度D．“迪邇一號”衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的線速度小于靜止于赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度練2.據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，神舟十六號載人飛船入軌后，于2023年5月30日16時29分成功對接于空間站天和核心艙徑向端口，神舟十六號成功對接空間站如圖甲所示，在對接之前的某段時間內(nèi)，“神舟十六號”和“空間站”分別在圓形軌道Ⅰ和Ⅱ上做勻速圓周運(yùn)動如圖乙所示，已知對接后組合體可看作繞地球做勻速圓周運(yùn)動，運(yùn)行軌道距地面高度為h。地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，下列說法正確的是（）A．對接前神舟十六號運(yùn)行周期大于空間站的運(yùn)行周期B．神舟十六號飛船與空間站對接后，空間站因質(zhì)量增大，其加速度將減小C．組合體軌道處的重力加速度為D．組合體的運(yùn)行速度為三、三個宇宙速度第一宇宙速度v1＝eq\r(gR)＝eq\r(\f(GM,R))＝7.9km/s，圓軌道中的最大環(huán)繞速度，地面最小發(fā)射速度。第二宇宙速度第三宇宙速度例題3.假設(shè)在未來某天，宇航員在火星表面登陸后，以速率豎直上拋一物體，物體從拋出到返回拋出點(diǎn)的時間為t。已知火星的半徑為R，若忽略火星自轉(zhuǎn)，則火星的第一宇宙速度約為（）A． B． C． D．練3.有一部關(guān)于星際大戰(zhàn)的電影，里面有一個片段，在與地球類似的星球的“赤道”的實(shí)驗(yàn)室里，有一個固定的豎直光滑圓軌道，內(nèi)側(cè)有一個小球恰能做完整的圓周運(yùn)動，一側(cè)的儀器數(shù)據(jù)顯示：該運(yùn)動的軌道半徑為r，最高點(diǎn)的速度為v。若真存在這樣的星球，而且該星球的半徑為R，自轉(zhuǎn)可忽略，萬有引力常量為G，下列說法正確的是（

）A．該星球的質(zhì)量為B．該星球的第一宇宙速度為C．該星球的近地衛(wèi)星速度為D．若該星球的同步衛(wèi)星周期為T，則該星球的密度為四、同步衛(wèi)星問題T＝24小時，h＝5.6R＝36000km，v＝3.1km/s同步衛(wèi)星在地球赤道平面內(nèi)，與地球自轉(zhuǎn)方向相同，高度一定。例題4.2023年10月5號，長征二號丁運(yùn)載火箭成功將遙感三十九號衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。如圖所示，假設(shè)衛(wèi)星B是“遙感三十九號”衛(wèi)星，衛(wèi)星C是地球同步衛(wèi)星，它們均繞地球做勻速圓周運(yùn)動，衛(wèi)星A是地球赤道上還未發(fā)射的衛(wèi)星，A、B、C三顆衛(wèi)星的所受萬有引力大小分別是、、，線速度大小分別為、、，角速度大小分別為、、，周期分別為、、。下列判斷正確的是（）A． B． C． D．練4.如圖是我國空間站建設(shè)情況的情景圖，核心艙——天和前后對接了載人飛船——神舟A和貨運(yùn)飛船——天舟，兩側(cè)翼為實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ——問天和實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ——夢天，下方是載人飛船——神舟B。已知空間站組合體在軌高度約為440km，同步衛(wèi)星軌道高度約為36000km，地球半徑約為6400km。我國空間站內(nèi)大多數(shù)航天器都是從酒泉航天發(fā)射塔發(fā)射升空的，假設(shè)發(fā)射塔中現(xiàn)有準(zhǔn)備發(fā)射的衛(wèi)星C。下列說法正確的是（）

A．空間站組合體的線速度大于地球的第一宇宙速度B．空間站組合體的周期小于地球自轉(zhuǎn)的周期C．空間站組合體與同步衛(wèi)星向心加速度大小之比約為6：1D．衛(wèi)星C的向心加速度大于空間站組合體向心加速度五、黃金代換公式GM＝gR2(R為地球半徑)例題6如圖所示為“天問一號”在某階段的運(yùn)動示意圖，“天問一號”在P點(diǎn)由橢圓軌道變軌到近火圓形軌道。已知火星半徑為R，橢圓軌道上的遠(yuǎn)火點(diǎn)Q離火星表面的最近距離為6R，火星表面的重力加速度為g0，忽略火星自轉(zhuǎn)的影響?！疤靻栆惶枴痹跈E圓軌道上從P點(diǎn)運(yùn)動到Q點(diǎn)的時間為（）

A． B． C． D．練6.2020年7月23日，我國在中國文昌航天發(fā)射場，成功發(fā)射首次火星探測任務(wù)天問一號探測器，目前系統(tǒng)狀態(tài)良好，將于2021年2月抵達(dá)火星。已知火星半徑約為地球半徑的二分之一，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的十分之一，近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)行速度大小為v。若天問一號探測器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運(yùn)動，其速度大小約為（）A． B． C． D．六、中心天體的質(zhì)量和密度恒星質(zhì)量：或ρ＝eq\f(3π,GT2)，式中T為繞行星表面運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星的周期例題5.行星繞恒星運(yùn)動的軌道半徑不同，周期就不同，行星表面單位面積單位時間接受到的輻射能量也不同。如圖所示為火星和地球環(huán)繞太陽運(yùn)動的示意圖。設(shè)火星繞太陽做圓周運(yùn)動的周期為T1，地球繞太陽做圓周運(yùn)動的周期為T2。在直射時，火星表面單位面積單位時間接受到的輻射能量為E1，地球表面單位面積單位時間接受到的輻射能量為E2。假定太陽的能量輻射各向均勻，則下列關(guān)系正確的是（）A． B．C． D．練5.如圖所示，有兩顆衛(wèi)星繞某星球做橢圓軌道運(yùn)動，兩顆衛(wèi)星的近地點(diǎn)均與星球表面很近（可視為相切），衛(wèi)星1和衛(wèi)星2的軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)到星球表面的最近距離分別為，衛(wèi)星1和衛(wèi)星2的環(huán)繞周期之比為k。忽略星球自轉(zhuǎn)的影響，已知引力常量為G，星球表面的重力加速度為。則星球的平均密度為（）A． B．C． D．七、衛(wèi)星變軌問題：v2v2v1v3v4例題7.2023年10月26日11時14分，搭載神舟十七號載人飛船的長征二號F遙十七運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射。17時46分，神舟十七號載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接。飛船的發(fā)射過程可簡化為：飛船從預(yù)定軌道Ⅰ的A點(diǎn)第一次變軌進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，到達(dá)橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)B時，再次變軌進(jìn)入空間站的運(yùn)行軌道Ⅲ，與變軌空間站實(shí)現(xiàn)對接。假設(shè)軌道Ⅰ和Ⅲ都近似為圓軌道，不計(jì)飛船質(zhì)量的變化，空間站軌道距地面的高度為h，地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g。下列說法正確的是（）A．飛船在橢圓軌道Ⅱ經(jīng)過A點(diǎn)的加速度比飛船在圓軌道Ⅰ經(jīng)過A點(diǎn)的加速度大B．飛船在橢圓軌道Ⅱ經(jīng)過A點(diǎn)的速度一定大于C．飛船沿軌道Ⅱ由A點(diǎn)到B點(diǎn)的時間為D．在軌道Ⅰ上飛船與地心連線單位時間內(nèi)掃過的面積小于在軌道Ⅲ上飛船與地心連線單位時間內(nèi)掃過的面積練7.2023年5月30日16時29分，神舟十六號載人飛船入軌后，成功對接于空間站天和核心艙徑向端口，形成了三艙三船組合體，飛船發(fā)射后會在停泊軌道（I）上進(jìn)行數(shù)據(jù)確認(rèn)，后擇機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)移軌道（Ⅱ）完成與中國空間站的交會對接，其變軌過程可簡化為下圖所示，已知停泊軌道半徑近似為地球半徑R，中國空間站軌道距地面的平均高度為h，飛船在停泊軌道上的周期為，則（）A．飛船在轉(zhuǎn)移軌道（Ⅱ）上各點(diǎn)的速度均小于7.9km/sB．飛船在停泊軌道（I）與組合體在空間站軌道（Ⅲ）上的速率之比為C．飛船在轉(zhuǎn)移軌道（Ⅱ）上正常運(yùn)行的周期為D．飛船在轉(zhuǎn)移軌道（Ⅱ）上Q點(diǎn)的加速度小于空間站軌道（Ⅲ）上Q點(diǎn)的加速度八、衛(wèi)星的機(jī)械能問題引力勢能：，衛(wèi)星動能，衛(wèi)星機(jī)械能同一衛(wèi)星在半長軸為a=R的橢圓軌道上運(yùn)動的機(jī)械能，等于半徑為R圓周軌道上的機(jī)械能。衛(wèi)星由近地點(diǎn)到遠(yuǎn)地點(diǎn)，萬有引力做負(fù)功。例題8.2023年12月1日發(fā)生了大地磁爆，低層大氣受熱膨脹，導(dǎo)致高層大氣密度增加，增大了對航天器的飛行阻力，造成風(fēng)云三號G星的軌道高度單日降低了約400m。已知風(fēng)云三號G星質(zhì)量，正常運(yùn)行的軌道半徑約，地球質(zhì)量，萬有引力常量。已知質(zhì)量為m的物體從距地心r處運(yùn)動到無窮遠(yuǎn)處的過程中克服地球引力所做的功為，軌道降低前后風(fēng)云三號G星的運(yùn)動均視為勻速圓周運(yùn)動，則此次大地磁暴中風(fēng)云三號G星單日損失的機(jī)械能約為（）A． B． C． D．練8.2022年6月2日12時00分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丙運(yùn)載火箭，成功將吉利星座01組衛(wèi)星（低軌衛(wèi)星）發(fā)射升空，9顆衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。若其中三顆衛(wèi)星A、B、C的質(zhì)量相等，繞地球運(yùn)動（視為圓周運(yùn)動）的軌道半徑關(guān)系為，不計(jì)空氣阻力，引力勢能其中r為兩者之間的距離，則可表示為則下列關(guān)于這三顆衛(wèi)星的說法正確的是（）A．A、B、C三星的線速度與各自距地面的高度成正比B．三星繞地球轉(zhuǎn)動半圈過程中動量變化量大小的關(guān)系為C．A衛(wèi)星在軌道時受到地球的引力比其在地面時受到地球的引力大D．發(fā)射過程中火箭對衛(wèi)星做的功與其軌道半徑成正比（建議用時：60分鐘）一、單選題1．分子云中的致密氣體和塵埃在引力作用下不斷集聚逐漸形成恒星，恒星的演化會經(jīng)歷成年期（主序星）、中年期（紅巨星、超巨星）、老年期——恒星最終的歸宿與其質(zhì)量有關(guān)，若質(zhì)量為太陽質(zhì)量的倍將坍縮成白矮星，質(zhì)量為太陽質(zhì)量的倍將坍縮成中子星，質(zhì)量更大的恒星將坍縮成黑洞。假設(shè)恒星坍縮前后可看成質(zhì)量均勻分布的球體，質(zhì)量不變，體積縮小，自轉(zhuǎn)變快。已知逃逸速度為第一宇宙速度的倍，中子星密度約為白矮星密度的倍，白矮星半徑約為中子星半徑的倍。根據(jù)萬有引力理論，下列說法正確的是（）A．恒星坍縮后的第一宇宙速度變大B．中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度C．同一恒星表面任意位置的重力加速度大小相同D．恒星坍縮后表面兩極處的重力加速度變小2．一物體從一行星表面某高處自由下落（不計(jì)表層大氣阻力），自開始下落計(jì)時，得到物體離該行星表面的高度h隨時間t變化的圖像如圖所示，則下列說法正確的是（）A．物體作勻速直線運(yùn)動B．行星表面重力加速度的大小為C．物體落到行星表面時的速度大小為D．物體下落到行星表面的過程中，平均速度的大小為3．2023年5月17日10時49分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號”乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射第五十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，該衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，距離地球表面的高度為h。已知地球的質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G，下列說法正確的是（）A．該衛(wèi)星的環(huán)繞速度為B．該衛(wèi)星的加速度大小為C．該衛(wèi)星的角速度為D．該衛(wèi)星的周期為4．“嫦娥三號”的發(fā)射示意圖如下，在繞地的橢圓軌道運(yùn)動中，每次變軌后半長軸增大，然后進(jìn)入奔月軌道，最后進(jìn)入月球軌道進(jìn)行制動，在繞月的橢圓軌道運(yùn)動中，每次變軌后半長軸變小，下列說法正確的是（）A．在繞地的橢圓軌道運(yùn)動中，每一次變軌“嫦娥三號”的機(jī)械能就增大一些B．若繞地與繞月的橢圓軌道半長軸相等，則“嫦娥三號”在這兩個軌道上運(yùn)動的周期相等C．在繞月的某個固定橢圓軌道運(yùn)動中，“嫦娥三號”的機(jī)械能可能先減小后增大D．在奔月軌道的運(yùn)動中，“嫦娥三號”的加速度不可能為05．2023年12月20日，中國工程院等單位在北京發(fā)布2023全球十大工程成就及《全球工程前沿2023》報告，中國空間站為2023全球十大工程成就之一。中國空間站在距地面h的圓形軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行方向如圖所示。已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，忽略地球的自轉(zhuǎn)，將地球視為質(zhì)量分布均勻的球體。則空間站相鄰兩次經(jīng)過地球赤道上空的時間間隔為（）A． B．C． D．6．據(jù)報道，2016年2月18日嫦娥三號著陸器玉兔號成功自主“醒來”，嫦娥一號衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮兼總設(shè)計(jì)師葉培建院士介紹說，自2013年12月14日月面軟著陸以來，中國嫦娥三號月球探測器創(chuàng)造了全世界在月工作最長記錄。假如月球車在月球表面以初速度v0豎直向上拋出一個小球，經(jīng)時間t后小球回到出發(fā)點(diǎn)，已知月球的半徑為R，引力常量為G，下列說法正確的是（）A．月球表面的重力加速度為B．月球的質(zhì)量為C．探測器在月球表面獲得的速度就可能離開月球表面圍繞月球做圓周運(yùn)動D．探測器在月球表面附近繞月球做勻速圓周運(yùn)動的繞行周期為二、多選題7．假如某宇航員在月球表面以初速度豎直上拋出一個小球，經(jīng)時間后小球回到出發(fā)點(diǎn)，已知月球的半徑為，引力常量為，下列說法正確的是（）A．月球表面的重力加速度為B．月球的質(zhì)量為C．探測器在月球表面獲得的速度就可能離開月球表面繞月球做圓周運(yùn)動D．探測器在月球表面附近繞月球做勻速圓周運(yùn)動的繞行周期為8．嫦娥五號到月球“挖土”成功返回．作為中國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，嫦娥五號任務(wù)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)重大突破，標(biāo)志著中國探月工程“繞、落、回”三步走規(guī)劃完美收官。若探測器測得月球表面的重力加速度為，已知月球的半徑為，地球表面的重力加速度為，地球的半徑為，忽略地球、月球自轉(zhuǎn)的影響，則（）A．月球質(zhì)量與地球質(zhì)量之比為B．月球密度與地球密度之比為C．月球第一宇宙速度與地球第一宇宙速度之比為D．嫦娥五號在地球表面所受萬有引力與在月球表面所受萬有引力之比為9．中國載人登月初步方案公布，計(jì)劃在2030年前實(shí)現(xiàn)登月開展科學(xué)探索。若宇航員在月球表面將一小球豎直上拋，從小球拋出開始計(jì)時，以豎直向上為正方向，小球運(yùn)動的平均速度與時間即圖像如圖所示（圖中a、b均為已知量）。忽略月球的自轉(zhuǎn)，月球可視為半徑為R的勻質(zhì)球體，引力常量為G，則下列分析正確的是（）A．小球豎直上拋的初速度為2a B．小球上升的最大高度為C．月球的質(zhì)量為 D．月球的第一宇宙速度為10．近期，中國載人探月工程登月任務(wù)已啟動實(shí)施，計(jì)劃在2030年前實(shí)現(xiàn)中國人首次登月。已知月球的半徑為R，萬有引力常量為G，假設(shè)宇航員在距離月球表面高h(yuǎn)處（h遠(yuǎn)小于R），以初速度豎直向上拋出一小球，小球經(jīng)時間t落到月球表面，在月球的上空，保障衛(wèi)星正在繞月球做周期為T的勻速圓周運(yùn)動，忽略月球自轉(zhuǎn)。則下列說法正確的是（

）A．月球表面的重力加速度為B．月球的質(zhì)量為C．月球的第一宇宙速度為D．保障衛(wèi)星的高度為11．2022年11月29日，神舟十五號飛船在酒泉發(fā)射成功，次日凌晨對接于空間站組合體的前向?qū)涌?。至此，中國空間站實(shí)現(xiàn)了“三大艙段”＋“三艘飛船”的最大構(gòu)型，天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙、天舟五號貨運(yùn)飛船、神舟十四號、神舟十五號載人飛船同時在軌。神舟十五號航天員順利進(jìn)駐中國空間站，與神舟十四號的三名航天員實(shí)現(xiàn)了首次“太空會師”?？臻g站繞地球的運(yùn)動可以看作勻速圓周運(yùn)動，已知空間站離地面高度約為400km，地球半徑約為6400km，下列說法正確的是（）A．若已知組合體運(yùn)行周期為T，引力常量為G，則地球密度B．空間站運(yùn)行的周期比地球自轉(zhuǎn)周期短C．空間站運(yùn)行的速度與第一宇宙速度之比約為D．考慮稀薄大氣阻力，若空間站沒有進(jìn)行動力補(bǔ)充，運(yùn)行速度會越來越小12．假若水星和地球在同一平面內(nèi)繞太陽公轉(zhuǎn)，把公轉(zhuǎn)軌道均視為圓形，如圖所示，在地球上觀測，發(fā)現(xiàn)水星與太陽可呈現(xiàn)的視角（把太陽和水星