1、航天技术类(三)1.(2022湖南衡阳一模)飞船在进行星际飞行时,使用离子发动机作为动力,这种发动机工作时,由电极发射的电子射入稀有气体(如氙气),使气体离子化,电离后形成的离子由静止开始在电场中加速并从飞船尾部高速连续喷出,利用反冲使飞船本身得到加速。已知一个氙离子质量为m,电荷量为q,加速电压为U,飞船单位时间内向后喷射出的氙离子的个数为N,从飞船尾部高速连续喷出氙离子的质量远小于飞船的质量,则飞船获得的反冲推力大小为()A.1N2qUmB.1NqUm2C.N2qUmD.NqUm22.(2022河北石家庄一模)我国天文学家通过“天眼”在武仙座球状星团M13中发现一个脉冲双星系统。如图所示,
2、由恒星A与恒星B组成的双星系统绕其连线上的O点各自做匀速圆周运动,经观测可知恒星B的运行周期为T。若恒星A的质量为m,恒星B的质量为2m,引力常量为G,则恒星A与O点间的距离为()A.32GmT292B.39GmT2322C.3GmT21082D.327GmT2423.(2022河北保定七校联合一模)设想在赤道上建造如图甲所示的“太空电梯”,航天员可通过竖直的电梯直通太空站,图乙中r为航天员到地心的距离,R为地球半径,曲线A为地球引力对航天员产生的加速度大小与r的关系;直线B为航天员由于地球自转而产生的向心加速度大小与r的关系。关于相对地面静止在不同高度的航天员,下列说法正确的有()A.随着r
3、增大,航天员的线速度减小B.航天员在r=R处的线速度等于第一宇宙速度C.图中r0作为地球同步卫星的轨道半径D.随着r增大,航天员感受到“重力”也增大4.(2022山东潍坊模拟)北斗卫星导航系统由地球同步静止轨道卫星a、与地球自转周期相同的倾斜地球同步轨道卫星b以及比它们轨道低一些的中轨道卫星c组成,它们均为圆轨道卫星。若中轨道卫星与地球同步静止轨道卫星运动轨迹在同一平面内,下列说法正确的是()A.卫星b运行的线速度大于卫星c的线速度B.卫星a与卫星b一定具有相同的机械能C.可以发射一颗地球同步静止轨道卫星,每天同一时间经过北京上空同一位置D.若卫星b与卫星c的周期之比为31,某时刻两者相距最近
4、,则约12小时后,两者再次相距最近5.(2022广东潮州二模)为适应太空环境,去太空旅行的航天员都要穿航天服。航天服是一套生命系统,为航天员提供合适的温度、氧气和气压,让航天员在太空中如同在地面上一样。假如在地面上航天服内气压为1.0105 Pa,气体体积为2 L,到达太空后由于外部气压低,航天服急剧膨胀,内部气体体积变为4 L。已知航天服内气体的温度不变,气体可视为理想气体,将航天服视为封闭系统。(1)求此时航天服内的气体压强;(2)航天服内气体体积4 L不变,向航天服内充气,使航天服内的气压恢复到9104 Pa,则需补充1.0105 Pa的等温气体多少升?6.(2022广东潮州模拟)假设航
5、天员登上某一星球,该星球的半径R=4 500 km,在该星球表面有一倾角为30的固定斜面,一质量为1 kg的小物块在力F的作用下由静止开始沿斜面向上运动,力F始终与斜面平行。已知小物块和斜面间的动摩擦因数=33,力F随时间变化的规律如图所示(取沿斜面向上为正方向),2 s末小物块的速度恰好为0,引力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2。(1)求该星球表面的重力加速度。(2)求该星球的平均密度。(3)若在该星球表面上水平抛出一个物体,使该物体不再落回该星球表面,则物体至少需要多大的初速度?答案：1.C解析 根据动能定理有qU=12mv2,解得v=2qUm,对t时间内喷射出的氙离子,根据动量
6、定理有Mv=Ft,其中M=Nmt,联立有F=Nmv=Nm2qUm=N2qUm,故选C。2.A解析 双星系统两个恒星的角速度相同,周期相同,设恒星A和恒星B的轨道半径分别为rA和rB,对A根据万有引力提供向心力得Gm2mL2=m42T2rA,对B根据万有引力提供向心力得Gm2mL2=2m42T2rB,又L=rA+rB,联立解得rA=32GmT292,A正确。3.C解析 航天员的线速度v=r,地球自转角速度不变,随着r增大线速度v增大,A错误;航天员在地面上并非卫星,除了受到万有引力还受到地面的支持力,故速度远小于第一宇宙速度,B错误;当r=r0时,引力加速度正好等于航天员做圆周运动的向心加速度,
7、即万有引力提供做圆周运动的向心力,所以航天员相当于卫星,此时航天员的角速度跟地球的自转角速度一致,可以看做是地球的同步卫星,C正确;根据重力和万有引力相等可得GMmr2=mg,随着r增大,其重力mg越来越小,D错误。4.D解析 设地球质量为m0,质量为m的卫星绕地球做半径为r、线速度大小为v的匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有Gm0mr2=mv2r,解得v=Gm0r,因为卫星b的轨道半径比卫星c的轨道半径大,根据上式可知卫星b运行的线速度小于卫星c的线速度,A错误;卫星a与卫星b轨道高度相同,周期相同,线速度相同,但二者质量不一定相同,所以机械能不一定相同,B错误;人造卫星的轨道平面一定过地心,
8、否则无法在万有引力作用下绕地球做匀速圆周运动,而同步静止轨道卫星相对地面静止,与地球自转周期相同,所以其轨道平面一定和赤道平面重合,即同步静止轨道卫星需要在赤道上空做匀速圆周运动,不可能每天同一时间经过北京上空同一位置,C错误;由题意可知卫星b的周期为24 h,卫星c的周期为8 h,某时刻两者相距最近,设经过时间t后二者再次相距最近,则tTc-tTb=1,解得t=12 h,D正确。5.答案 (1)5104 Pa(2)1.6 L解析 (1)航天服内气体经历等温过程p1=1.0105 PaV1=2 LV2=4 L由玻意耳定律p1V1=p2V2得p2=5104 Pa。(2)设需要补充的气体体积为V,
9、将补充的气体与原航天服内气体视为一个整体,充气后的气压p3=9.0104 Pa由玻意耳定律p2V2+p1V=p3V2得V=1.6 L。6.答案 (1)8 m/s2(2)6.4103 kg/m3(3)6.0 km/s解析 (1)假设该星球表面的重力加速度为g,小物块在力F1=20 N作用的过程中,有F1-mgsin -mgcos =ma1小物块1 s末的速度v=a1t1小物块在力F2=-4 N作用的过程中,有F2-mgsin -mgcos =ma2且有0=v+a2t2联立解得g=8 m/s2。(2)由Gm星mR2=mg星球体积V=43R3星球的平均密度=m星V=3g4GR代入数据得=6.4103 kg/m3。(3)要使抛出的物体不再落回该星球表面,物体的最小初速度v1要满足mg=m v12R