專題13機械能航天模型-高考物理機械能常用模型(原卷版)

高考物理《機械能》常用模型最新模擬題精練專題13機械能+航天模型一、選擇題1.(2023湖南懷化名校聯(lián)考)如圖所示，虛線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示地球衛(wèi)星的三條軌道，其中軌道Ⅰ為與第一宇宙速度對應的近地環(huán)繞圓軌道，軌道Ⅱ為橢圓軌道，軌道Ⅲ為與第二宇宙速度對應的脫離軌道，a、b、c三點分別位于三條軌道上，b點為軌道Ⅱ的遠地點，b、c點與地心的距離均為軌道Ⅰ半徑的2倍，則（）A.衛(wèi)星在軌道Ⅰ上處于平衡狀態(tài)B.衛(wèi)星在軌道Ⅱ的運行周期為軌道Ⅰ周期的倍C.衛(wèi)星在a點的加速度大小為在c點加速度大小的4倍D.質量相同的衛(wèi)星在b點的機械能等于在c點的機械能2.（2022山東煙臺模擬）人造地球衛(wèi)星與地心間距離為r時，取無窮遠處為勢能零點，引力勢能可以表示為，其中G為引力常量，M為地球質量，m為衛(wèi)星質量。衛(wèi)星原來在半徑為r1的軌道上繞地球做勻速圓周運動，由于稀薄空氣等因素的影響，飛行一段時間后其圓周運動的半徑減小為r2。此過程中損失的機械能為（）A. B.C. D.3.（2021遼寧模擬預測13）中國空間站的建設過程是，首先發(fā)射核心艙，核心艙入軌并完成相關技術驗證后，再發(fā)射實驗艙與核心艙對接，組合形成空間站。假設實驗艙先在近地圓形過渡軌道上運行，某時刻實驗艙短暫噴氣，離開過渡軌道與運行在較高軌道上的核心艙安全對接。忽略空氣阻力，以下說法正確的是A.實驗艙應當向前噴出氣體B.噴氣前后，實驗艙與噴出氣體的總動量不變C.噴氣前后，實驗艙與噴出氣體的機械能不變D.實驗艙在飛向核心艙過程中，機械能逐漸減小4.（2021高考仿真模擬10）“天舟一號”貨運飛船在完成空間實驗室階段任務及后續(xù)拓展試驗后受控離軌，并進入地球大氣層燒毀，殘骸墜入南太平洋一處號稱“航天器墳場”的遠離大陸的深海區(qū)．在受控墜落前，“天舟一號”在離地面380km的圓軌道上飛行，下列說法中正確的是()A．在軌運行時，“天舟一號”受到平衡力的作用B．在軌運行時，“天舟一號”的角速度小于同步衛(wèi)星的角速度C．“天舟一號”離軌后在進入大氣層前，其動能將不斷減小D．若測得“天舟一號”環(huán)繞地球近地軌道的運行周期，則可求出地球的密度5.（2020四川遂寧二中模擬3）土星環(huán)被認為是太陽系內所觀察到的令人印象最深刻的景觀，土星環(huán)在赤道上方可延伸至120700公里處，其主要成分是水冰和無定型碳。環(huán)的內層可以看做土星的一部分，而外層則是繞著土星做獨立的圓周運動，則A．對于外層中的物體而言，軌道越高則線速度越大B．對于內層中的物體而言，軌道越高則加速度越小C．若外層區(qū)域存在稀薄大氣，外層物質軌道將降低，降低過程中機械能將增大D．若外層區(qū)域存在稀薄大氣，外層物質軌道將降低，降低過程中線速度將增大6．在星球表面發(fā)射探測器，當發(fā)射速度為v時，探測器可繞星球表面做勻速圓周運動，當發(fā)射速度達到v時，可擺脫星球引力束縛脫離該星球，已知地球、火星兩星球的質量比約為10∶1，半徑比約為2∶1，下列說法正確的有（）A．探測器的質量越大，脫離星球所需要的發(fā)射速度越大 B．探測器在地球表面受到的引力比在火星表面受到的引力大 C．探測器分別脫離兩星球所需要的發(fā)射速度相等 D．探測器脫離星球的過程中，勢能逐漸增大∶∶72017年6月19號，長征三號乙遙二十八火箭發(fā)射中星9A衛(wèi)星過程中出現(xiàn)變故，由于運載火箭的異常，致使衛(wèi)星沒有按照原計劃進入預定軌道。經過航天測控人員的配合和努力，通過多次軌道調整，衛(wèi)星成功變軌進入同步衛(wèi)星軌道。衛(wèi)星變軌原理圖如圖所示，衛(wèi)星從橢圓軌道Ⅰ遠地點Q改變速度進入地球同步軌道Ⅱ，P點為橢圓軌道近地點。下列說法正確的是A.衛(wèi)星在橢圓軌道Ⅰ運行時，在P點的速度等于在Q點的速度B.衛(wèi)星耗盡燃料后，在微小阻力的作用下，機械能減小，軌道半徑變小，動能變小C.衛(wèi)星在橢圓軌道Ⅰ的Q點加速度大于在同步軌道Ⅱ的Q點的加速度D.衛(wèi)星在橢圓軌道Ⅰ的Q點速度小于在同步軌道Ⅱ的Q點的速度8.目前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運轉，其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓，且軌道半徑逐漸變?。粜l(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程中，只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用，則下列判斷正確的是()A．衛(wèi)星的動能逐漸減小B．由于地球引力做正功，引力勢能一定減小C．由于氣體阻力做負功，地球引力做正功，機械能保持不變D．衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小9.（2015·全國理綜I）我國發(fā)射的“嫦娥三號”登月探測器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圓軌道上繞月運行；然后經過一系列過程，在離月面4m高處做一次懸停（可認為是相對與月球靜止）；最后關閉發(fā)動機，探測器自由下落。已知探測器的質量約為1.3×103kg,地球質量約為月球的81倍，地球半徑約為月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小約為9.8m/s2.則此探測器（）A．在著陸前的瞬間，速度大小約為9.8m/sB．懸停時受到的反沖作用力約為2×103NC．從離開近月圓軌道到著陸這段時間內，機械能守恒D．在近月圓軌道上運行的線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的線速度10發(fā)射地球同步衛(wèi)星要經過三個階段：先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后使其沿橢圓軌道2運行，最后將衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖所示。當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，其中說法正確的是()A.衛(wèi)星在軌道1上經過Q點時的加速度等于它在軌道2上經過Q點時的加速度B.衛(wèi)星在軌道3上的動能小于它在軌道1上的動能C.衛(wèi)星在軌道3上的引力勢能小于它在軌道1上的引力勢能D.衛(wèi)星在軌道3上的機械能大于它在軌道1上的機械能11．荷蘭某研究所推出了2023年讓志愿者登陸火星、建立人類聚居地的計劃．登陸火星需經歷如圖所示的變軌過程，已知引力常量為G，則下列說法正確的是()A．飛船在軌道上運動時，運行的周期TⅢ>TⅡ>TⅠB．飛船在軌道Ⅰ上的機械能大于在軌道Ⅱ上的機械能C．飛船在P點從軌道Ⅱ變軌到軌道Ⅰ，需要在P點朝速度方向噴氣D．若軌道Ⅰ貼近火星表面，已知飛船在軌道Ⅰ上運動的角速度，可以推知火星的密度12.“神舟十一號”飛船與“天宮二號”空間實驗室自動交會對接前的示意圖如圖所示，圓形軌道I為“天宮二號”運行軌道，圓形軌道II為“神舟十一號”運行軌道。此后“神舟十一號”要進行多次變軌，才能實現(xiàn)與“天宮二號”的交會對接，則：（）A.“天宮二號”在軌道I的運行速率大于“神舟十一號”在軌道II上運行速率B.“神舟十一號”由軌道II變軌到軌道I需要減速C.“神舟十一號”為實現(xiàn)變軌需要向后噴出氣體D.“神舟十一號”變軌后比變軌前機械能減少二．計算題1.（2021北京豐臺期末）2020年11月24日，我國“嫦娥五號”探測器成功發(fā)射并進入地月轉移軌道。28日“嫦娥五號”在圖甲B處成功實施近月制動，進入環(huán)月橢圓軌道，月球在橢圓軌道的焦點上；29日探測器在橢圓軌道的近月點A處再次“剎車”，進入環(huán)月圓軌道（圖甲沒有按實際比例畫圖）。研究探測器在橢圓軌道上的運動可以按照以下思路進行：對于一般的曲線運動，可以把這條曲線分割為許多很短的小段，質點在每小段的運動都可以看作圓周運動的一部分，其半徑稱為曲線在某點的曲率半徑。圖乙中最大內切圓的半徑ρ即為曲線在P點的曲率半徑，圖甲中橢圓在A點和B點的曲率半徑，rA為A點到月球球心的距離，rB為B點到月球球心的距離。已知月球質量為M，引力常量為G。12A12A月球B圖甲ρP圖乙M（1）求探測器在環(huán)月圓軌道1上運行時線速度v1的大?。唬?）證明探測器在橢圓軌道2上運行時，在近月點A和遠月點B的線速度大小滿足：vA·rA=vB·rB；（3）某同學根據牛頓運動定律分析得出：質量為m的探測器在圓軌道1和橢圓軌道2上經過A點時的加速度a1、a2均滿足=ma，因此a1=a2。請你利用其它方法證明上述結論。（若規(guī)定兩質點相距無限遠時引力勢能為零，則質量分別為m1和m2的兩個質點相距r時的引力勢能Ep=。）2.有人設想:可以在飛船從運行軌道進入返回地球程序時，借飛船需要減速的機會，發(fā)射一個小型太空探測器，從而達到節(jié)能的目的。如圖所示，飛船在圓軌道Ⅰ上繞地球飛行，其軌道半徑為地球半徑的k倍（k>1）。當飛船通過軌道Ⅰ的A點時，飛船上的發(fā)射裝置短暫工作，將探測器沿飛船原運動方向射出，并使探測器恰能完全脫離地球的引力范圍，即到達距地球無限遠時的速度恰好為零，而飛船在發(fā)射探測器后沿橢圓軌道Ⅱ向前運動，其近地點B到地心的距離近似為地球半徑R。以上過程中飛船和探測器的質量均可視為不變。已知地球表面的重力加速度為g。（1）求飛船在軌道Ⅰ運動的速度大?。唬?）若規(guī)定兩質點相距無限遠時引力勢能為零，則質量分別為M、m的兩個質點相距為r時的引力勢能，式中G為引力常量。在飛船沿軌道Ⅰ和軌道Ⅱ的運動過程，其動能和引力勢能之和保持不變；探測器被射出后的運動過程中，其動能和引力勢能之和也保持不變。①求探測器剛離開飛船時的速度大小；②已知飛船沿軌道Ⅱ運動過程中，通過A點與B點的速度大小與這兩點到地心的距離成反比。根據計算結果說明為實現(xiàn)上述飛船和探測器的運動過程，飛船與探測器的質量之比應滿足什么條件。3.（2017?新課標Ⅰ）一質量為8.00×104kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面．飛船在離地面高度1.60×105m處以7.5×103m/s的速度進入大氣層，逐漸減慢至速度為100m/s時下落到地面．取地面為重力勢能零點，在飛船下落過程中，重力加速度可視為常量，大小取為9.8m/s2．（結果保留2位有效數字）（1）分別求出該飛船著地前瞬間的機械能和它進入大氣層時的機械能；（2）求飛船從離地面高度600m處至著地前瞬間的過程中克服阻力所做的功，已知飛船在該處的速度大小是其進入大氣層時速度大小的2.0%．4．所謂“深空探測”是指航天器脫離地球引力場，進入太陽系空間或更遠的宇宙空間進行探測，現(xiàn)在世界范圍內的深空探測主要包括對月球、金星、火星、木星等太陽系星體的探測。繼對月球進行深空探測后，2018年左右我國將進行第一次火星探測。圖示為探測器在火星上著陸最后階段的模擬示意圖。首先在發(fā)動機作用下