人教版2019必修第二冊(cè)高一物理同步練習(xí)7.4.1宇宙航行-宇宙速度(原卷版+解析)

宇宙航行----宇宙速度一、單選題1.“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同步衛(wèi)星是其重要組成部分。如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，可以先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道，然后經(jīng)過(guò)一系列的變軌過(guò)程，將衛(wèi)星送入同步圓軌道，點(diǎn)在軌道上，、兩點(diǎn)在軌道上。衛(wèi)星在軌道、軌道上的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星在軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為衛(wèi)星在軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為。下列關(guān)系正確的是(

)A.， B.，

C.， D.，2.“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同步衛(wèi)星是其重要組成部分。如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，可以先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)過(guò)一系列的變軌過(guò)程，將衛(wèi)星送入同步圓軌道2，A點(diǎn)在軌道1上，、B，C兩點(diǎn)在軌道2上。衛(wèi)星在軌道1軌道2上的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星在軌道1上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為衛(wèi)星在軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為。下列關(guān)系正確的是(

)A.， B.，

C.， D.，二、多選題3.某行星有兩顆衛(wèi)星、圍繞其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知兩衛(wèi)星的軌道半徑分別為，其中衛(wèi)星距行星表面高度可忽略不計(jì)，不計(jì)衛(wèi)星間的相互作用力，已知萬(wàn)有引力常量為，則下列說(shuō)法正確的是(

)A.兩顆衛(wèi)星、運(yùn)行的速度大小之比

B.兩顆衛(wèi)星、運(yùn)行的周期關(guān)系

C.由題中條件可以求出行星的質(zhì)量

D.衛(wèi)星運(yùn)行的角速度大小等于行星自轉(zhuǎn)的角速度4.年月日，我國(guó)成功將“天鏈二號(hào)星”送入地球同步軌道?！疤鞂m二號(hào)”在距地面的軌道上運(yùn)行，“天鏈二號(hào)星”可為“天宮二號(hào)”與地面測(cè)控站間數(shù)據(jù)傳輸提供中繼服務(wù)。則(

)A.“天宮二號(hào)”的速度小于第一宇宙速度

B.“天鏈二號(hào)星”能一直位于“天宮二號(hào)”的正上方

C.“天鏈二號(hào)星”能持續(xù)不斷地與“天宮二號(hào)”保持直接通訊

D.“天鏈二號(hào)星”的加速度大于赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度5.導(dǎo)航系統(tǒng)是一種利用人造衛(wèi)星對(duì)物體進(jìn)行定位測(cè)速的工具，目前世界上比較完善的導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的系統(tǒng)，中國(guó)的北斗系統(tǒng)，歐洲的伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)以及俄羅斯的系統(tǒng)，其中美國(guó)的系統(tǒng)采用的是運(yùn)行周期為小時(shí)的人造衛(wèi)星，中國(guó)的北斗系統(tǒng)一部分采用了同步衛(wèi)星，現(xiàn)有一顆北斗同步衛(wèi)星和一顆赤道平面上方的衛(wèi)星，某時(shí)刻兩者剛好均處在地面某點(diǎn)的正上方，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是(

)A.的速度比的小

B.若兩者質(zhì)量相等，則發(fā)射需要更多的能量

C.此時(shí)刻處在、連線的中點(diǎn)

D.從此時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)小時(shí)，兩者相距最遠(yuǎn)6.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼美國(guó)、俄羅斯之后全球第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括顆地球同步衛(wèi)星，關(guān)于這顆衛(wèi)星，以下說(shuō)法正確的是(

)A.這顆衛(wèi)星處于同一軌道 B.其運(yùn)行速度一定小于

C.衛(wèi)星處于平衡狀態(tài) D.衛(wèi)星可能處于北京正上方7.某國(guó)成功發(fā)射了一顆地球的衛(wèi)星，該衛(wèi)星在近地點(diǎn)高度為、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為的軌道上運(yùn)行，已知地球同步衛(wèi)星的高度約為，關(guān)于該衛(wèi)星下列表述正確的是(

)A.該衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于地球自轉(zhuǎn)周期

B.該衛(wèi)星不可能在赤道正上方

C.該衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行到近地點(diǎn)時(shí)的加速度大于在地球赤道上的物體隨地球一起自轉(zhuǎn)的向心加速度

D.該衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)能保持不變?nèi)?、?jì)算題8.如圖所示，“好奇號(hào)”火星探測(cè)器于年成功登陸火星表面。在登陸火星前，“好奇號(hào)”在距火星表面高度為的軌道上繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為。已知火星的半徑為，引力常量為，忽略其他天體對(duì)探測(cè)器的引力作用，求：

探測(cè)器繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度大小；

火星的質(zhì)量。9.我國(guó)發(fā)射了繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”。該衛(wèi)星在月面著陸前的軌道近似圓形，且貼近月球表面運(yùn)行。已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球半徑約為地球半徑的，地球的第一宇宙速度約為，該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速率約為多少？10.萬(wàn)有引力定律揭示了天體運(yùn)行規(guī)律與地上物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有內(nèi)在的一致性。用彈簧秤稱量一個(gè)相對(duì)于地球靜止的小物體的重量，隨稱量位置的變化可能會(huì)有不同的結(jié)果。已知地球質(zhì)量為，自轉(zhuǎn)周期為，引力常量為。將地球視為半徑為、質(zhì)量均勻分布的球體，不考慮空氣的影響。設(shè)在地球北極地面稱量時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)是。若在北極上空高出地面處稱量，彈簧秤讀數(shù)為，求比值的表達(dá)式，并就的情形算出具體數(shù)值計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字若在赤道地面稱量，彈簧秤讀數(shù)為，求比值的表達(dá)式。設(shè)想地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的圓周軌道半徑、太陽(yáng)的半徑和地球的半徑三者均減小為現(xiàn)在的，而太陽(yáng)和地球的密度均勻且不變。僅考慮太陽(yáng)和地球之間的相互作用，以現(xiàn)實(shí)地球的年為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算“設(shè)想地球”的年將變?yōu)槎嚅L(zhǎng)宇宙航行----宇宙速度一、單選題1.“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同步衛(wèi)星是其重要組成部分。如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，可以先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道，然后經(jīng)過(guò)一系列的變軌過(guò)程，將衛(wèi)星送入同步圓軌道，點(diǎn)在軌道上，、兩點(diǎn)在軌道上。衛(wèi)星在軌道、軌道上的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星在軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為衛(wèi)星在軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為。下列關(guān)系正確的是(

)A.， B.，

C.， D.，1.【答案】【解析】解：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得：，解得：，衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)的半徑小于軌道上運(yùn)動(dòng)的半徑，可知衛(wèi)星在軌道的運(yùn)行速度大于軌道的運(yùn)行速度，；

根據(jù)開(kāi)普勒第三定律可得，衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)的半徑小于軌道上運(yùn)動(dòng)的半徑，則有：，故B正確，ACD錯(cuò)誤。

故選：。

衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬(wàn)有引力提供向心力得到線速度表達(dá)式分析線速度大小，由開(kāi)普勒第三定律分析周期的大小。

本題主要是考查萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用，解答本題的關(guān)鍵是能夠根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力結(jié)合向心力公式進(jìn)行分析，掌握開(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用方法。

2.“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同步衛(wèi)星是其重要組成部分。如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，可以先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)過(guò)一系列的變軌過(guò)程，將衛(wèi)星送入同步圓軌道2，A點(diǎn)在軌道1上，、B，C兩點(diǎn)在軌道2上。衛(wèi)星在軌道1軌道2上的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星在軌道1上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為衛(wèi)星在軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為，周期為。下列關(guān)系正確的是(

)A.， B.，

C.， D.，2.【答案】【解析】解：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得：

解得：，，由于軌道的半徑比軌道的半徑小，則得：，，故B正確，ACD錯(cuò)誤。

故選：。

衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由地球的萬(wàn)有引力提供向心力，由牛頓第二定律列式分析速度和周期的大小。

本題考查萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用，關(guān)鍵要抓住萬(wàn)有引力提供向心力，列式求解出線速度和周期的表達(dá)式。二、多選題3.某行星有兩顆衛(wèi)星、圍繞其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知兩衛(wèi)星的軌道半徑分別為，其中衛(wèi)星距行星表面高度可忽略不計(jì)，不計(jì)衛(wèi)星間的相互作用力，已知萬(wàn)有引力常量為，則下列說(shuō)法正確的是(

)A.兩顆衛(wèi)星、運(yùn)行的速度大小之比

B.兩顆衛(wèi)星、運(yùn)行的周期關(guān)系

C.由題中條件可以求出行星的質(zhì)量

D.衛(wèi)星運(yùn)行的角速度大小等于行星自轉(zhuǎn)的角速度3.【答案】【解析】根據(jù)，得：，故，A正確；根據(jù)

，得：，因，故，B正確；因只知道衛(wèi)星的軌道半徑和引力常量，不知道線速度、周期、角速度等物理量，故無(wú)法求出行星的質(zhì)量，C錯(cuò)誤；由題知衛(wèi)星是靠近行星表面的衛(wèi)星，線速度最大，周期最小，即衛(wèi)星的周期小于該行星的同步衛(wèi)星的周期，故角速度大于該行星的同步衛(wèi)星的角速度，也大于該行星的自轉(zhuǎn)角速度，D錯(cuò)誤；選AB．

4.年月日，我國(guó)成功將“天鏈二號(hào)星”送入地球同步軌道。“天宮二號(hào)”在距地面的軌道上運(yùn)行，“天鏈二號(hào)星”可為“天宮二號(hào)”與地面測(cè)控站間數(shù)據(jù)傳輸提供中繼服務(wù)。則(

)A.“天宮二號(hào)”的速度小于第一宇宙速度

B.“天鏈二號(hào)星”能一直位于“天宮二號(hào)”的正上方

C.“天鏈二號(hào)星”能持續(xù)不斷地與“天宮二號(hào)”保持直接通訊

D.“天鏈二號(hào)星”的加速度大于赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度4.【答案】

【解析】選AD第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，根據(jù)可知，“天宮二號(hào)”衛(wèi)星軌道半徑大于地球半徑，所以運(yùn)行速度小于第一宇宙速度，項(xiàng)正確；根據(jù)可知，“天宮二號(hào)”的角速度大，所以“天鏈二號(hào)星”不能一直位于“天宮二號(hào)”的正上方，且會(huì)出現(xiàn)地球位于兩衛(wèi)星連線的中間時(shí)刻，此時(shí)無(wú)法直接通信，、項(xiàng)錯(cuò)誤；同步軌道上的“天鏈二號(hào)星”相對(duì)地面靜止，與赤道上物體具有相同的角速度，根據(jù)，“天鏈二號(hào)星”的軌道半徑大，所以向心加速度大，項(xiàng)正確。5.導(dǎo)航系統(tǒng)是一種利用人造衛(wèi)星對(duì)物體進(jìn)行定位測(cè)速的工具，目前世界上比較完善的導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的系統(tǒng)，中國(guó)的北斗系統(tǒng)，歐洲的伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)以及俄羅斯的系統(tǒng)，其中美國(guó)的系統(tǒng)采用的是運(yùn)行周期為小時(shí)的人造衛(wèi)星，中國(guó)的北斗系統(tǒng)一部分采用了同步衛(wèi)星，現(xiàn)有一顆北斗同步衛(wèi)星和一顆赤道平面上方的衛(wèi)星，某時(shí)刻兩者剛好均處在地面某點(diǎn)的正上方，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是(

)A.的速度比的小

B.若兩者質(zhì)量相等，則發(fā)射需要更多的能量

C.此時(shí)刻處在、連線的中點(diǎn)

D.從此時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)小時(shí)，兩者相距最遠(yuǎn)5.【答案】

【解析】選ABD利用萬(wàn)有引力定律提供向心力可知，得

，即軌道半徑越大，運(yùn)行速度越小，故的速度比的小，選項(xiàng)A正確；若、質(zhì)量相等，則在發(fā)射過(guò)程中克服引力做功多，故所需發(fā)射速度大，發(fā)射需要更多的能量，選項(xiàng)B正確；由

知周期與半徑呈非線性關(guān)系，故不在、連線的中點(diǎn)處，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；經(jīng)過(guò)小時(shí)，運(yùn)動(dòng)半周，而運(yùn)動(dòng)一周，兩者在地心異側(cè)共線，相距最遠(yuǎn)，選項(xiàng)D正確。6.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼美國(guó)、俄羅斯之后全球第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括顆地球同步衛(wèi)星，關(guān)于這顆衛(wèi)星，以下說(shuō)法正確的是(

)A.這顆衛(wèi)星處于同一軌道 B.其運(yùn)行速度一定小于

C.衛(wèi)星處于平衡狀態(tài) D.衛(wèi)星可能處于北京正上方6.【答案】

【解析】同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相同，根據(jù)，因?yàn)橐欢?，所以必須固定，故A正確；第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，也是最大的圓周運(yùn)動(dòng)的環(huán)繞速度．而同步衛(wèi)星的軌道半徑要大于近地衛(wèi)星的軌道半徑，所以它們運(yùn)行的線速度一定小于，故B正確；衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，處于變速運(yùn)動(dòng)，不是平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；因?yàn)橥叫l(wèi)星要和地球自轉(zhuǎn)同步，所以運(yùn)行軌道就在赤道所在平面內(nèi)，不能在北京上空，故D錯(cuò)誤．

7.某國(guó)成功發(fā)射了一顆地球的衛(wèi)星，該衛(wèi)星在近地點(diǎn)高度為、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為的軌道上運(yùn)行，已知地球同步衛(wèi)星的高度約為，關(guān)于該衛(wèi)星下列表述正確的是(

)A.該衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于地球自轉(zhuǎn)周期

B.該衛(wèi)星不可能在赤道正上方

C.該衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行到近地點(diǎn)時(shí)的加速度大于在地球赤道上的物體隨地球一起自轉(zhuǎn)的向心加速度

D.該衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)能保持不變7.【答案】

【解析】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過(guò)程中萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，根據(jù)可得，故軌道半徑越大，周期越大，根據(jù)題意該衛(wèi)星的軌道半徑小于同步衛(wèi)星軌道半徑，所以該衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期小于同步衛(wèi)星周期，即小于地球自轉(zhuǎn)周期，A正確；因?yàn)椴皇峭叫l(wèi)星，所以可以定軌在赤道正上方，B錯(cuò)誤；根據(jù)，得故可知該衛(wèi)星的向心加速度大于同步衛(wèi)星的向心加速度；而同步衛(wèi)星的角速度與站在地球赤道上的人的角速度相等，根據(jù)知，同步衛(wèi)星的向心加速度大于站在地球赤道上的人的向心加速度，所以向心加速度大于站在地球赤道上的人隨地球一起自轉(zhuǎn)的向心加速度，C正確。過(guò)程中萬(wàn)有引力做功，所以動(dòng)能變化，D錯(cuò)誤．三、計(jì)算題8.如圖所示，“好奇號(hào)”火星探測(cè)器于年成功登陸火星表面。在登陸火星前，“好奇號(hào)”在距火星表面高度為的軌道上繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為。已知火星的半徑為，引力常量為，忽略其他天體對(duì)探測(cè)器的引力作用，求：

探測(cè)器繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度大小；

火星的質(zhì)量。8.【答案】解：探測(cè)器繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，

根據(jù)線速度和周期的關(guān)系，得。

設(shè)火星質(zhì)量為，探測(cè)器質(zhì)量為，

根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力可知，

，得。9.我國(guó)發(fā)射了繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”。該衛(wèi)星在月面著陸前的軌道近似圓形，且貼近月球表面運(yùn)行。已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球半徑約為地球半徑的，地球的第一宇宙速度約為，該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速率約為多少？9.【答案】解：由可得，

由可得，

得

則

10.萬(wàn)有引力定律揭示了天體運(yùn)行規(guī)律與地上物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有內(nèi)在的一致性。用彈簧秤稱量一個(gè)相對(duì)于地球靜止的小物體的重量，隨稱量位置的變化可能會(huì)有不同的結(jié)果。已知地球質(zhì)量為，自轉(zhuǎn)周期為，引力常量為。將地球視為半徑為、質(zhì)量均勻分布的球體，不考慮空氣的影響。設(shè)在地球北極地面稱量時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)是。若在北極上空高出地面處稱量，彈簧秤讀數(shù)為，求比值的表達(dá)式，并就的情形算出具體數(shù)值計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字若在赤道地面稱量，彈簧秤讀數(shù)為，求比值的表達(dá)式。設(shè)想地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的圓周軌道半徑、太陽(yáng)的半徑和地球的半徑三者均減小為現(xiàn)在的，而太陽(yáng)和地球的密度均勻且不變。僅考慮太陽(yáng)和地球之間的相互作用，以現(xiàn)實(shí)地球的年為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算“設(shè)想地球”的年將變?yōu)槎嚅L(zhǎng)10.【答案】解：在地球北極點(diǎn)不考慮地球自轉(zhuǎn)，則秤所稱得的重力則為其萬(wàn)有引力，于是

由公式可以得出：

即

當(dāng)在赤道上稱重的時(shí)候，萬(wàn)有引力會(huì)提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，于是

由和可得：設(shè)太陽(yáng)質(zhì)量為，太