《决胜高考物理必刷题专项训练》专题10 航天器变轨问题分析 （解析版）

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2021 年高考物理专题必刷题训练
专题 10 航天器变轨问题分析
一、单项选择题
1.2013 年6月13 日，搭载聂海胜、张晓光、王亚平 3名航天员的“神舟十号”飞船与“天宫一号”目标飞
行器在离地面 343km 的圆轨道上成功进行了我国第 5次载人空间交会对接。下列说法正确的是
A．为实现对接，两者运行速率都应大于第一宇宙速度
B．“神舟十号”欲追上“天宫一号”，必须在同一轨道上点火加速
C．对接完成后，当王亚平站在“天宫一号”内讲课“不动”时，她处于平衡状态
D．对接完成后，当王亚平站在“天宫一号”内讲课“不动”时，她处于失重状态
【答案】D
【解析】据题意，由于环绕速度随半径增加而减小，而“天宫一号”高度大于地球半径，故“天宫一号”
环绕速度小于第一宇宙速度，选项 A错误；“神舟十号”欲追上“天宫一号”，必须在低于“天宫一号”
高度的轨道上加速，故选项 B错误；王亚平随“天宫一号”绕地球做圆周运动，由于引力提供向心力，向
心加速度方向向下，处于失重状态，则王亚平受力并不平衡，故选项 C错误而选项 D正确。
2.2013 年12 月2日1时30 分，搭载月球车和着陆器（如下图甲）的嫦娥三号月球探测器从西昌卫星发射
中心升空，飞行约 18min 后，常娥三号进入如下图乙所示的地月转移轨道 AB，A为入口点，B为出口点，
嫦娥三号在 B点经过近月制动，进入距离月面 h=100 公里的环月圆轨道，其运行的周期为 T;然后择机在月
球虹湾地区实行软着陆，展开月面巡视勘察.若以 R表示月球半径，忽略月球自转及地球对它的影响.下列
说法正确的是
A． 携带月球车的着陆器在月球上着陆过程中一直处于失重状态
B． 物体在月球表面自由下落的加速度大小为
C． 月球的第一宇宙速度为
D． 由于月球表面重力加速度较小，故月球车在月球上执行巡视探测任务时出去失重状态
【答案】B
1
【解析】由题意知，月球车在着路的过程中有减速的过程，故有超重状态，所以 A错误；根据月球车做圆
周运动的规律 ，又 联立解得月球表面的重力加速度
，所以 B正确；月球的第一宇宙速度 ，所以 C错误；月球车
在月球上执行巡视探测任务时，没有竖直方向的加速度，故不是失重状态，所以 D错误。
3.已成为我国首个人造太阳系小行星的嫦娥二号卫星，2014 年2月再次刷新我国深空探测最远距离纪录，
超过 7000 万公里。嫦娥二号是我国探月工程二期的先导星，它先在距月球表面高度为 h的轨道上做匀速圆
周运动，运行周期为 T；然后从月球轨道出发飞赴日地拉格朗日L2点进行科学探测。若以 R表示月球的半
径，引力常量为G，则
A． 嫦娥二号卫星绕月运行时的线速度为
B． 月球的质量为
C． 物体在月球表面自由下落的加速度为
D． 嫦娥二号卫星在月球轨道经过减速才能飞赴拉格朗日L2点
【答案】B
【解析】嫦娥二号卫星绕月运行时的线速度为 ，故 A选项错误；卫星绕月球做匀速圆周运动周
期和万有引力常量，可列出 ，解得月球的质量为 ，选项 B
正确；因为在月球表面万有引力近似等于物体的重力，即，故物体在月球表面自由下落的加
2
速度为 ，故 C选项错误；若嫦娥二号卫星在月球轨道经过减速，则嫦娥二号卫
星做向心运动，即向月球飞去，不可能脱离月球的吸引，故 D选项错误。
4.2013 年12 月14 日21 时11 分，嫦娥三号成功实现月面软着陆，中国成为世界上第三个在月球上实现软
着陆的国家.如图所示，嫦娥三号经历漫长的地月旅行后，首次在距月表 100km 的环月轨道上绕月球做圆周
运动．运动到A点时变推力发动机开机工作，嫦娥三号开始快速变轨，变轨后在近月点 B距月球表面
15km 的椭圆轨道上绕月运行；当运动到B点时，变推力发动机再次开机，嫦娥三号从距月面 15km 处实施
动力下降．关于嫦娥三号探月之旅，下列说法正确的是
A． 在A点变轨时，嫦娥三号的机械能增加
B． 在A点变轨时，发动机的推力和嫦娥三号运动方向相反
C． 在A点变轨后，嫦娥三号在椭圆轨道上运行的周期比圆轨道周期长
D． 在A点变轨后沿椭圆轨道向 B点运动的过程中，嫦娥三号的加速度逐渐减小
【答案】B
【解析】嫦娥三号在 A点变轨时，发动机的推力和嫦娥三号运动方向相反，卫星做减速运动，万有引力大
于向心力做近心运动，使其进入椭圆轨道，故在 A点变轨时，机械能要减小，故 A错误、B正确．由开普
勒第三定律 ，椭圆轨道的半长轴比圆轨道的半径小，则椭圆轨道上运行的周期比圆轨道周期短;选
项C错误.由牛顿第二定律可知，A点变轨后沿椭圆轨道向 B点运动时， 减小，则加速度逐
渐增大;选项 D错误。故选 B.
5.2013 年12 月2日，“嫦娥三号”探月卫星沿地月转移轨道直奔月球，在距月球表面 100km 的P点进行第
一次变轨后被月 球捕获，先进入距月球表面 100 km 圆轨道绕月飞行，如图所 示。之后“嫦娥三号”叉经
过一次变轨，进入近月表面 15km、远月表面 100km 的椭圆轨道 飞行，下列说法正确的是
3
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