训练27 专题突破：卫星变轨及能量双星和多星-【红对勾讲与练·练习手册】2026年高考物理大一轮复习全新方案基础版

训练27专题突破：卫星 基础巩固」 1.(5分)(2025·八省联考陕西卷)神舟十九号载人 飞船与中国空间站在2024年10月顺利实现第五 次“太空会师”，飞船太空舱与空间站对接成为整 体，对接后的空间站整体仍在原轨道稳定运行，则 对接后的空间站整体相对于对接前的空间站 A.所受地球的万有引力变大 B.在轨飞行速度变大 C.在轨飞行周期变大 D.在轨飞行加速度变大 2.(5分)(2024·湖北卷)太空碎片会对 航天器带来危害。设空间站在地球 地球 附近沿逆时针方向做匀速圆周运动， 如图中实线所示。为了避开碎片，空 间站在P点向图中箭头所指径向方向极短时间喷 射气体，使空间站获得一定的反冲速度，从而实现 变轨。变轨后的轨道如图中虚线所示，其半长轴 大于原轨道半径。则 () A.空间站变轨前后在P点的加速度相同 B.空间站变轨后的运动周期比变轨前的小 C.空间站变轨后在P点的速度比变轨前的小 D.空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的速 度大 3.(5分)(2024·天津蓟州区模 预定圆轨道 拟)2023年10月，搭载“神舟 十七号”载人飞船的长征二号B 地球 F遥十七运载火箭在酒泉卫 椭圆轨道 星发射中心点火发射。如图 所示，其发射过程简化如下：飞船先由“长征”运载 火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上， 通过变轨进入预定圆轨道。则 () A.飞船在B点需要通过减速从椭圆轨道进入预 定圆轨道 B.飞船在椭圆轨道上运行时，在A点的速度比B 点的大 (横线下方不可作答)3 班级： 姓名： 变轨及能量 双星和多星（总分：55分） C.飞船在椭圆轨道上运行时，在A点的机械能比 B点的大 D.飞船在椭圆轨道上运行时，在A点的加速度比 B点的小 4.(5分)(2024·辽宁鞍山模拟) 如图所示，a、b、c是在地球大 a h 气层外圆形轨道上运动的3颗 地球 卫星，下列说法正确的是 e ) A.b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度 B.b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加 速度 C.c加速可追上同一轨道上的b D.b减速可等候同一轨道上的c 5.(5分)（多选）我国预计将在2028年实现载人登月 计划，把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。 如图所示是“嫦娥一号”奔月的示意图，“嫦娥一 号”卫星发射后经多次变轨，进入地月转移轨道， 最终被月球引力捕获，成为绕月卫星。关于“嫦娥 号”，下列说法正确的有 24h轨道48h轨道 16h轨道 轨道I 地球 轨道Ⅱ 轨道Ⅲ 地月转移轨道 A.发射时的速度必须达到第三宇宙速度 B.在绕地轨道中，公转半长轴的立方与公转周期 的平方之比不变 C.在轨道I上运动时的速度小于在轨道Ⅱ上任意 位置的速度 D.在不同的绕月轨道上，相同时间内卫星与月心 连线扫过的面积不相等 6.(5分)(2025·广东广州高 三阶段检测)1974年拉塞 尔·赫尔斯和约瑟夫·泰 勒发现赫尔斯一泰勒脉冲双星。如图所示，该双 星系统在互相公转时，不断发射引力波而失去能 1□ 第五章万有引力与宇宙航行 量，因此逐渐相互靠近，此现象为引力波的存在提 供了首个间接证据。假设靠近过程短时间内两星 球质量不变，下列说法正确的是 () A.质量较大的星球，其向心力较大 B.质量较大的星球，其向心加速度较小 C.靠近过程线速度大小可能不变 D.靠近过程周期越来越大 7.(5分)(2024·四川德阳二模)2023年6月21日， 中国科研学者利用天眼FAST发现了一个名为 PSRJ1953+1844的双星系统。其运行周期仅为 53分钟，是目前发现周期最短的脉冲双星系统。 已知该双星运行周期为T,双星间的距离为L且 远大于双星的几何尺寸，引力常量为G,则该双星 系统的总质量是 () A.8rL B.4x'Ls 2π2L3 GT2 GT3 C GT D.L 2GT L素养提升」 8.(5分)(2024·安徽滁州二模) 如图所示为某双星系统A、B Aa 绕其连线上的O点做匀速圆 0 周运动的示意图。已知双星的 、.0B 总质量为M,双星间的距离为 L,双星运动的周期为T,下列说法正确的是 A.当L一定、M变大时，T不变 B.当L一定、M变大时，T变小 C.当M一定、L变大时，T变小 D.当M一定、L变小时，T不变 9.(5分)(2024·广西柳州模 拟)宇宙空间存在一些离其他 恒星较远的三星系统，其中有 一种三星系统如图所示，三颗 mo -0m 质量均为的星体位于等边三角形的三个顶点， 三角形边长为L。忽略其他星体对它们的引力作 用，三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆 周运动，引力常量为G。下列说法正确的是() 3Gm A.每颗星体做圆周运动的线速度为， B.每颗星体做圆周运动的加速度与三星的质量 无关 红对勾·讲与练 342 C.若距离L和每颗星体的质量m都变为原来的2 倍，则周期变为原来的4倍 D.若距离L和每颗星体的质量m都变为原来的2 倍，则线速度大小不变 10.(5分)“双星系统”由相距较 近的星球组成，每个星球的半 径均远小于两者之间的距离， 而且双星系统一般远离其他天体，它们在彼此的 万有引力作用下，绕其连线上的某一点O做匀速 圆周运动。如图所示为某双星系统，此双星系统 中质量较大的星体能“吸食”另一颗质量较小的 星体表面的物质，使质量发生转移。在演变的过 程中的某段时间内两者球心之间的距离保持不 变，则在这段时间内 () A.它们做圆周运动的万有引力逐渐增大 B.它们做圆周运动的角速度保持不变 C.它们做圆周运动的线速度均保持不变 D.质量较大的星体做圆周运动的轨道半径变大， 线速度变大 11.(5分)（多选）(2025·黑龙江 哈尔滨第九中学月考)如图所 3 示，在发射一颗质量为m的人 造地球静止卫星时，先将卫星 发射至近地圆轨道1，运行至 Q Q点时调整进入椭圆轨道2， 再运行至P点时调整进入静止轨道3。已知该 卫星的质量为m,地球的质量为M,近地轨道1 的半径近似等于地球半径R,静止轨道3的半径 为地球半径的n倍，卫星与地心距离为r时的引 力势能为E。=-Gm,引力常量为G,不计卫星 变轨时的质量损失。下列说法正确的是(（) A.卫星在Q点自轨道1变轨至轨道2时需要 加速 B.卫星在P点自轨道2变轨至轨道3时需要 减速 C.卫星在轨道1的动能小于在轨道3的动能 D.自轨道1运行至轨道3，卫星发动机需要做功 (1-2)GMm n 2R 高三物理·基础版据G Mm 2 2=ma,解得 a= GM ,可知同 步卫星的向心加速度是地球表面重力 1 加速度的？，故D错误。 7.C 由万有引力提供向心力可得 Mm GM G R2 =m 尺，解得0 R 4 Gp πR 3 4GπoR ,所以 R 3 U克 R家 R水= R是 8,故选C。 8.BD )返回舱在该绕月轨道上运动时万 有引力提供向心力，且返回舱绕月运 行的轨道为圆轨道，半径近似为月球 半径，则有G M月m =m，其中在月 U月 Y月 球表面万有引力和重力的关系有 M月m G mg月，联立解得v月 √g月r月，由于第一宇宙速度为近地 卫星的环绕速度，同理可得V地= √g地r地，代入题中数据可得V月 6 12 地，故A错误，B正确：根据线速度 和周期的关系有T=2,根据以上分 U 折可得-√昼T:故C错误，D 正确。 9.B地球卫星的最大环绕速度为 7.9km/s,b卫星的轨道半径大于地球 半径，所以环绕速度应小于7.9km/s, 故A错误。地球赤道上的物体与静止 卫星具有相同的角速度，所以仙4=仙 根据a=w2r,可知c的向心加速度大 于a的向心加速度，根据牛顿第二定律 =a,则a GMm GM 可得 ·可知b的 向心加速度大于c的向心加速度，则有 ab>a>a。,故B正确。卫星c为地球 静止卫星，所以T。=T,根据万有引 力提供向心力可得 GM 2-m 4π r,可 得T=2π√GM,可知T>T,则有 T,=T>T。,故C错误。根据万有引 GMm 力提供向心力可得 2 广，解得 v-N GM ,可知b的线速度比c的线 速度大，a、c的角速度相同，a的半径小 则线速度小，故a的线速度小于c的线 速度，即a的线速度最小，故D错误。 10.C7.9km/s是地球卫星最大的环绕 速度，所以三颗卫星的运行速度小于 7.9km/s,故A错误：根据万有引力 GMm 公式F= R士)可知，由于不知道 三颗卫星的质量大小，所以不能确定 520 红对构·讲与练·高三物理·基 三颗卫星所受地球万有引力大小的 关系，故B错误；根据万有引力提供 向心力，有R+h) GMm =mR中，可得 GM 卫星的线速度v= √R+方，则该卫星 1 的动能Ek= mu2,又 GMm =mg R mgR 联立解得E,=2(R干)，故C正确， 恰能实现赤道全球通信时，这三颗卫 星两两之间与地心连线的夹角为 120°，每颗卫星与地心的连线和卫星 与地表的切线以及地心与切点的连 线恰好构成直角三角形，如图所示， 卫星 30 R地球 卫星 卫星 根据几何关系可知，此种情况下卫星 R 到地心的距离为，=sn30=2R,则 卫星离地高度至少为h'=r一R=R, 故D错误。 1.BD鹊桥二号围绕月球做椭圆运动， 根据开普勒第二定律可知，从A→ C→B做减速运动，从B→D→A做 加速运动，则从C→BD的运动时 间大于半个周期，即大于12h,故A 错误；鹊桥二号在A,点根据牛顿第二 定律有GM=maA,同理在B点有 =aB,代入题中数据联立解 得aA:aB=81:1,故B正确；由于 鹊桥二号做曲线运动，则可知鹊桥二 号速度方向应为轨迹的切线方向，则 可知鹊桥二号在C、D两，点的速度方 向不可能垂直于其与月心的连线，故 C错误；由于鹊桥二号环绕月球运动， 而月球为地球的“卫星”，则鹊桥二号 未脱离地球的束缚，所以鹊桥二号的 发射速度应大于地球的第一宇宙速 度7.9km/s,小于地球的第二宇宙速 度11.2km/s,故D正确。 2.B设太阳演变成一个黑洞后的质量 为M,对于太阳表面一个质量为m的 物体，根据万有引力提供向心力，有 6设=m食，可得太阳的第一宇亩 GM 速度为√R,第二宇宙速度大 于等于光速，又第二宇宙速度是第一 宇宙速度的√2倍，则c≤√2v,又根据 太阳演变成一个黑洞后的质量M= P·πR·联立解得R,故B 正确。 础版 训练27专题突破：卫星变轨 及能量双星和多星 1.A对接后，空间站的质量变大，轨道 半径不变，根据万有引力表达式F= GMm可知，空间站所受地球的万有引 力变大，故A正确；根据万有引力提供 Mm 向心力G 4π2 r2 三ma=m,mT, 可得a√受1- 。r 轨道半径不变，则在轨飞行速度不变， 在轨飞行周期不变，在轨飞行加速度 不变，故B、C、D错误。 2.A空间站在P,点变轨前后所受到的 万有引力不变，根据牛顿第二定律可 知空间站变轨前后在P,点的加速度相 同，故A正确；因为变轨后其半长轴大 于原轨道半径，根据开普勒第三定律 可知空间站变轨后的运动周期比变轨 前的大，故B错误：根据运动的合成与 分解，可知变轨后在P,点的速度为因 反冲运动瞬间获得的竖直向下的速度 和原水平向左的圆周运动速度的合速 度，故变轨后速度变大，故C错误；由 于空间站变轨后在P点的速度比变轨 前的大，而比在近地，点的速度小，则空 间站变轨前的速度比变轨后在近地，点 的速度小，故D错误。 3.B飞船在B点需要通过加速从椭圆 轨道进入预定圆轨道，故A错误；根据 开普勒第二定律可知，飞船在椭圆轨 道上远地点的速度小于在近地点的速 度，则飞船在椭圆轨道上运行时在A ,点的速度比在B,点的大，故B正确；飞 船在椭圆轨道上运行时，机械能守恒， 所以在A点的机械能等于在B,点的机 械能，故C错误；根据GM=ma,可得 r2 Q一GM,飞船在椭圆轨道上运行时，在 A点的加速度比在B点的大，故D 错误。 4.B根据万有引力提供向心力，有 M 2=m号，可得u=√ ,由于 ”=r>ra,所以b、c的线速度大小相 等，且小于a的线速度，故A错误；根 据牛频第二定律得GMm=ma,可得 r2 a-GM ”,由于rb=>a,所以b、c的 向心加速度大小相等，且小于a的向心 加速度，故B正确；若c加速，万有引力 不足以提供其做圆周运动所需的向心 力，做离心运动离开原轨道，若b减 速，万有引力大于其做圆周运动所需 的向心力，做近心运动离开原轨道，两 种情况下均不会与同轨道上的卫星相 遇，故C、D错误。 5.BD第三宇宙速度是指发射物体能够 脱离太阳系的最小发射速度，而嫦娥 一号仍然没有脱离地球引力的范围， 其发射速度小于第三宇宙速度，故A 错误；在绕地轨道中，根据开普勒第三 定律了=k可知，同一中心天体，椭圆 轨道半长轴的三次方与公转周期的二 次方之比为定值，故B正确：设在轨道 I的速度为U1,在轨道Ⅱ近月，点速度 为v2,在轨道Ⅱ远月，点速度为3，在轨 道Ⅱ的远月点建立一以月球为圆心的 圆轨道，其速度为1，则根据离月球的 远近，再根据圆周运动加速离心原理， 可得v2>1,v1>U3,结合万有引力提 供向心力，有G=m三，解得 v= GM ,可知圆轨道半径越大，线速度 越小，所以U1>v1,因此2>U1>v4≥ ,故在轨道I上运动时的速度不是 小于在轨道Ⅱ上任意位置的速度，故C 错误；根据开普勒第二定律，可知在同 一绕月轨道上，相同时间内卫星与月 心连线扫过的面积相等，但是在不同 的绕月轨道上不满足开普勒第二定 律，故D正确。 6.B两星球之间的万有引力分别提供 了两星球做圆周运动所需的向心力， 所以两星球的向心力大小相等，故A 错误；设大脉冲星质量为m1,圆周运动 轨道半径为r1,小脉冲星质量为2， 圆周运动轨道半径为r2,两者距离为 mim? mim2 L,有G =mia,G L' m2a2,可见质量较大的星球，其向心加 速度较小，故B正确；两星球靠近过程 721722 中r1、r2、L均变小，由G L mw'r G L2 =m2wr2,两式相加 化简得ω= G(m1十m2) 2π ,T= L 2x√G(m1+m2) ,可见靠近过程周期 越来越小，又因为在靠近过程不断发 射引力波而失去能量，所以靠近过程 两星球线速度大小越来越小，故C、D 错误。 7.B设两星的质量分别为1和m2,绕 O点转动，其轨道半径分别为R1和 R2,如图所示。 m m R 根据万有引力定律和牛顿第二定律可 知G 711171g 4π L =m1T G R 4 m2 TR,解得 4π2R2L2 m1= GT ,7n2= 4π2R1L2 ，由于R1十R2=L,所以 GT m1十m2= πL,故B正确。 GT2 8.B根据万有引力提供向心力，有 4π2 mamB G AB=mA TrA G1 L? 4π2 1BT产ru,解得mB ARL'rA GT ,A= 4xLr,所以T=2√G(m十m） L GT L 2r√GM,则当L一定M变大时，T 变小；当M一定、L变大时，T变大； 当M一定、L变小时，T变小。故 选B。 9.D任意两颗星体之间的万有引力 F三G·每一颗星体受到的合力为 F1=√3F,由几何关系知它们的轨道 半径为，=5L,合力提供它们微圆周 3 运动的向心力，有5Gm=m二，联 L? 立解得0=√工 m,故A错误：根据 √3Gm L? 三ma,解得a三，所以加 速度与它们的质量有关，故B错误；根 据3Gm L 产将得T =m 3元√Gm,若距离L和每颗星体的 2 /3L3 质量都变为原来的2倍，则周期变 为原来的2倍，故C错误；根据v= ,可知若距离上和每颗星体的 质量都变为原来的2倍，则线速度 大小不变，故D正确。 10.B根据题意，设质量较大的星体的 质量为1，轨道半径为r1,质量较小 的星体的质量为m2,轨道半径为r2, 两星体间的距离为L,由万有引力公 式可得，它们做圆周运动的万有引力 为F=Gm,且m1十m2保持不 变，由数学知识可知，当1=m2时， m1m2有最大值，由于m1>m2且m1 逐渐变大，m2逐渐变小，则1m2的 值逐渐减小，万有引力逐渐减小，故A 错误；根据题意，设它们做圆周运动 的角速度为仙，由万有引力提供向心 力有Gm=m1wr1=mw2r,且 r十r,=L,解得u= G(1+m2） L m1r1=m2r2,由于m1逐渐变大，m2 逐渐变小，1十12保持不变，则有w 不变，r1减小，r2增大，由v=wr可 知，质量较大的星体线速度变小，质 量较小的星体线速度变大，故C、D错 误，B正确。 11.AD卫星在Q,点自轨道1变轨至轨 道2是由圆周运动变为离心运动，需 要加速，A正确；卫星在P点自轨道2 变轨至轨道3是由向心运动变为圆周 运动，需要加速，B错误：由GMm 。可得，卫星做圆周运动时的动能 为1mw2=n,又因为轨道1的半 径小于轨道3的半径，所以卫星在轨 道1的动能大于在轨道3的动能， C错误，卫星在轨道1上有GMm= R2 贤在软道3上有微-震卫 星由轨道1运行至轨道3，动能的减 少量为△Ek=2moi一 2n3= (1-日)票，1力势隐的增加量 为△E,=0-(一G)南功 nR 能关系可知，卫星自轨道1运行 轨道3发动机做的功等于卫星机械能 的增加量，即W=△E。一△Ek= (-)GMm,D正确。 n 2R 第六章机械能守恒定律 训练28功和功率 1.B由于磁铁做匀速运动，磁铁所受合 外力为零，合力对磁铁不做功，故A错 误；磁铁受重力和AB对它的作用力而 做匀速运动，根据平衡条件可知，AB 对磁铁的作用力大小等于磁铁重力大 小，方向竖直向上，与磁铁的运动方向 相互垂直，故AB对磁铁的作用力不做 功，故B正确；AB对磁铁的弹力垂直 接触面，与磁铁的运动方向不垂直，故 弹力一定做功，故C错误；AB对磁铁 的摩擦力沿接触面，与磁铁运动方向 不垂直，故摩擦力一定做功，故D 错误。 2.C当传送带向上匀速运行时，根据平 衡条件知，摩擦力方向沿传送带向上， 则摩擦力做正功，故不是克服摩擦力 做功，A错误；当传送带向下匀速运行 时，根据平衡条件知，摩擦力方向沿传 送带向上，则摩擦力做负功，不是只有 重力对物体做功，B错误：当传送带向 上匀加速运行时，根据牛顿第二定律 知合力方向沿传送带向上，则摩擦力 方向一定沿传送带向上，摩擦力对物 体做正功，C正确；由前面分析知摩擦 力可以对物体做正功，D错误。 3.A根据功的公式可知，人对车的推力 做的功为W=FL,A正确；在水平方 向上，由牛顿第二定律可知车对人的 作用力为F'=ma,由牛顿第三定律可 知人对车的作用力为一ma,人对车做 的功为W'=一maL,B错误；人在水平 方向受到车的作用力为ma,竖直方向 上车对人的支持力为mg,所以车对人 的作用力为F人=√(ma)十(g)= 参考答案521