预测06 不同轨道的卫星的物理量比较与卫星变换问题-【临门一脚】 高考物理三轮冲刺过关

2021年高考物理【临门一脚】（全国通用）

预测06   不同轨道的卫星的物理量比较与卫星变换问题

1.一个模型

天体（包括卫星）的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型。

2.两组公式

G＝m＝mω2r＝mr＝ma

G＝mg（g为天体表面处的重力加速度）

3.卫星的运行轨道（如图所示）

（1）赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种。

（2）极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星。

（3）其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道，且轨道平面一定通过地球的球心。

4.同步卫星的六个“一定”

1、地面赤道上物体与地球卫星的比较

（1）地面赤道上的物体随地球一起转动，具有相同的角速度，所受万有引力并非全部提供向心力。

（2）空中绕地球自转的卫星万有引力全部充当向心力，周期和半径有关。

（3）比较地面赤道上物体和空中卫星的运行参数，可借助同步卫星的“桥梁”作用。

2、卫星变轨问题

（1）卫星变轨的运动模型是向心运动和离心运动。当由于某种原因卫星速度v突然增大时，有G<m，万有引力不足以提供向心力，卫星将偏离圆轨道做离心运动；当v突然减小时，有G>m，卫星将做向心运动。

（2）在不同轨道的同一点，加速度相同、线速度不同、机械能不同。

1．（2020·山东高考真题）我国将在今年择机执行“天问1号”火星探测任务。质量为m的着陆器在着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为t0、速度由v0减速到零的过程。已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小为g，忽略火星大气阻力。若该减速过程可视为一个竖直向下的匀减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为（　　）

A． B． C． D．

2．（2020·全国高考真题）“嫦娥四号”探测器于2019年1月在月球背面成功着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球半径的K倍。已知地球半径R是月球半径的P倍，地球质量是月球质量的Q倍，地球表面重力加速度大小为g。则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为（　　）

A． B． C． D．

一、单选题

1．（2021·湖南高三一模）2020年7月23日，我国的“天问一号”火星探测器，搭乘着长征五号遥四运载火箭﹐成功从地球飞向了火星，如图所示为“天问一号”发射过程的示意图，从地球上发射之后经过地火转移轨道被火星捕获，进入环火星圆轨道，经变轨调整后，进入着陆准备轨道，已知“天问一号”火星探测器在轨道半径为r的环火星圆轨道上运动时，周期为，在半长轴为a的着陆准备轨道上运动时，周期为，则下列判断正确的是（　　）

A．“天问一号”在环火星圆轨道和着陆准备轨道上运动时满足

B．火星的平均密度一定大于

C．“天问一号”在环火星圆轨道和着陆准备椭圆轨道上运动经过交汇点A时，前者加速度较小

D．“天问一号”在环火星圆轨道上的机械能小于其在着陆准备轨道上的机械能

2．（2021·广东高三其他模拟）2016年我国将择机发射“天宫二号”空间实验室，以期掌握推进剂的在轨补加技术和解决航天员中期驻留问题。随后还将发射“神舟十一号”载人飞船和“天舟一号”货运飞船与“天宫二号”空间实验室进行对接，逐步组建我们的空间站。若发射后的“天宫二号”和“天舟一号”对接前运行的轨道为如图所示的两个圆形轨道，其中“天宫二号”在较高轨道上运行，A、B、C为两轨道同一直线上的三个点，O点为地心，现让“天舟一号”变轨加速（可简化为一次短时加速）实现二者对接，下列有关描述中正确的是（　　）

A．“天舟一号”在B点加速时可在C点与“天宫二号"实现对接

B．“天舟一号”加速后变轨对接过程中的速度一直在增大

C．“天舟一号”与“天宫二号”组合体的加速度大于“天舟一号”加速前的加速度

D．“天舟一号”与“天宫二号”组合体绕行周期大于“天舟一号”加速前的绕行周期

3．（2021·河北高三一模）近年来我国的火星探测工程和探月工程都取得了巨大进展。已知火星和月球的半径分别为R1和R2，质量分别为M1和M2，表面重力加速度分别为g1和g2，第一宇宙速度分别为v1和v2，其对应的轨道周期分别为T1和T2，则（　　）

A． B． C． D．

二、多选题

4．（2021·天津高三一模）三颗人造卫星A、B、C都在赤道正上方同方向绕地球做匀速圆周运动，A、C为地球同步卫星，某时刻A、B相距最近，如图所示．已知地球自转周期为，B的运行周期为，则下列说法正确的是（　　）

A．C加速可追上同一轨道上的A

B．经过时间，A、B相距最远

C．A、C向心加速度大小相等，且小于B的向心加速度

D．在相同时间内，C与地心连线扫过的面积等于B与地心连线扫过的面积

5．（2021·山西晋中市·高三二模）研究发现金星的半径为地球半径的0.9倍，在金星的表面上将一个物体竖直向上抛出，不计空气阻力，从抛出开始计时，物体运动的位移随时间关系如图（可能用到的数据：地球的半径为6400km，地球的第一宇宙速度取8km/s，地球表面的重力加速度为10m/s2），则下列说法正确的是（　　）

A．金星表面的重力加速度为8m/s2

B．金星的密度比地球的密度大

C．金星的第一宇宙速度约为6.8km/s

D．将该物体以相同大小的初速度在地球表面上竖直向上抛出，上升的最大高度为51.2m

6．（2021·河南新乡市·高三二模）2020年12月17日凌晨，“嫦娥五号”成功返回地球，带来了月面土壤样本，“嫦娥五号”先在距月球表面高度为h处做匀速圆周运动，然后变轨到某处开启反冲发动机。嫦娥五号”处于悬停状态，最后实现软着陆，完成月球表面样品采集后，从月球发射起飞，返回地球。月球的半径为R、质量为M，引力常量为G。不考虑月球的自转，下列说法正确的是（　　）

A．“嫦娥五号”绕月球做匀速圆周运动时处于平衡状态，加速度为零

B．“嫦娥五号”在月球表面上的重力加速度大小

C．“嫦娥五号”绕月球表面做匀速圆周运动的线速度大小为

D．“嫦娥五号”在距月球表面高度为h处绕月球做匀速园周运动的周期

三、解答题

7．（2021·福建龙岩市·高三一模）嫦娥五号任务的圆满完成，标志着我国航天事业发展中里程碑式的新跨越。嫦娥五号从地面发射后进入地月转移轨道，再经过变轨后进入绕月圆形轨道，已知圆形轨道距月球表面高度为h，月球半径为R，月球表面重力加速度为g0，已知万有引力常量为G。求

(1)月球质量M；

(2)探测器在圆轨道上运动的线速度v大小。

8．（2020·湖北荆州市·高三一模）当前，我国首个火星探测器“天问一号”在升空后各项飞行和运转指标都良好，已经脱离了地球引力影响区域，进入到了地火转移轨道，在距离地球超过150万公里的深空稳定飞行。按照预定的时间表，天问一号将在明年的2月中旬至2月下旬这一时间段，进行绕火星运行的探测工作，然后择机进行登陆火星，大致在4月23日，将着陆火星，释放一台火星车，进行为期3个月的火星表面探索工作。一位同学设想了一个测火星密度的方案。假设火星可视为质量分布均匀的球体，如果用同样的水平弹射器分别在火星表面的赤道和两极的相同高度处以相同的初速度平抛物体，测得在赤道和两极处的水平射程比为，如果观测到火星自转的周期为，引力常量为，则可算出火星的密度为多少？