7.4宇宙航行 同步練習(xí)（含解析）

試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁人教版必修第二冊7.4宇宙航行一、單選題1．如圖所示，2021年2月我國“天問一號”火星探測器先由地火轉(zhuǎn)移軌道1進入火星停泊軌道2，進行相關(guān)探測后進入較低的軌道3開展科學(xué)探測，則探測器（

）A．在軌道2上近火點加速可進入軌道3B．在軌道2上近火點的機械能比遠火點小C．在軌道1上的運行速度不超過第二宇宙速度D．在軌道2與軌道3同一近火點的加速度相等2．近年來我國的火星探測工程和探月工程都取得了巨大進展。已知火星和月球的半徑分別為R1和R2，質(zhì)量分別為M1和M2，表面重力加速度分別為g1和g2，第一宇宙速度分別為v1和v2，其對應(yīng)的軌道周期分別為T1和T2，則（）A． B． C．T1T2=M3．如圖，質(zhì)量相等的兩顆地球衛(wèi)星A、B，沿不同的軌道繞地球做勻速圓周運動，已知軌道半徑，則它們運動的周期與和動能與大小關(guān)系分別為（）A．； B．；C．； D．；4．天鵝是由主星和伴星組成的雙星系統(tǒng)，忽略其他星球的影響，該雙星系統(tǒng)中兩星球繞連線上的某點做勻速圓周運動?，F(xiàn)測得兩星球球心之間的距離為L，運動周期為T，已知主星的質(zhì)量為伴星的k倍，引力常量為G，則（）A．主星運動的向心力大小是伴星的k倍B．主星運動的半徑是伴星的k倍C．伴星運動的線速度大小是主星的k倍D．伴星的質(zhì)量為5．2021年7月我國成功將全球首顆民用晨昏軌道氣象衛(wèi)星——“風(fēng)云三號05星”送入預(yù)定圓軌道，軌道周期約為1.7h，被命名為“黎明星”，使我國成為國際上唯一同時擁有晨昏、上午、下午三條軌道氣象衛(wèi)星組網(wǎng)觀測能力的國家。如圖所示，某時刻“黎明星”正好經(jīng)過赤道上P城市正上方，則下列說法正確的是（）A．“黎明星”做勻速圓周運動的線速度小于同步衛(wèi)星的線速度B．“黎明星”做勻速圓周運動的角速度小于同步衛(wèi)星的角速度C．“黎明星”做勻速圓周運動的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑D．該時刻后“黎明星”經(jīng)過1.7h能經(jīng)過P城市正上方6．兩顆人造衛(wèi)星a、b繞地球作勻速圓周運動，軌道半徑之比為，則a和b的運動速率和周期之比分別為（）A．， B．，C．， D．，7．有關(guān)行星和衛(wèi)星運動的描述，下列說法中正確的是（）A．所有的行星繞太陽運動的軌道都是圓B．開普勒三定律只適應(yīng)于行星，不適應(yīng)于衛(wèi)星C．地球同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期一定相同D．地球上衛(wèi)星的發(fā)射速度必須大于等于第一宇宙速度8．2019年12月27日，在海南文昌航天發(fā)射場，中國運載能力最強的長征5號運載火箭成功發(fā)射，并用超同步轉(zhuǎn)移軌道將實踐二十號衛(wèi)星入軌到地球同步軌道，變軌過程簡化如圖所示。軌道Ⅰ是超同步轉(zhuǎn)移軌道，軌道Ⅲ是地球同步軌道，軌道Ⅱ是過渡軌道（橢圓的一部分），軌道Ⅱ、軌道Ⅰ的遠地點切于M點，軌道Ⅱ的近地點與軌道Ⅲ切于N點，下列說法正確的是（）A．衛(wèi)星在軌道Ⅰ上運行時速度大小不變B．從軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ，衛(wèi)星在M點需要減速C．從軌道Ⅱ進入軌道Ⅲ，衛(wèi)星在N點需要減速D．在軌道Ⅱ上，衛(wèi)星從M點到N點受到地球的引力對衛(wèi)星做功為零9．天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了迄今離地球最近的“孿生星球”——行星，其圍繞一顆恒星轉(zhuǎn)動，周期為368天，該行星直徑約為地球的1.6倍，與恒星之間的距離與日、地距離相近。某學(xué)生查閱資料得地球的直徑大約為，地球與太陽間的距離大約為，引力常量為G，天體的運動近似為圓周運動，根據(jù)以上信息，以下說法正確的是（）A．可求出該恒星的質(zhì)量B．可求出行星的質(zhì)量C．若在該行星發(fā)射衛(wèi)星則可求出最小的發(fā)射速度D．若有一衛(wèi)星繞該行星運轉(zhuǎn)周期為T，則可求出行星的密度10．下列關(guān)于三種宇宙速度的說法中正確的是（）A．地球的第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最小運行速度B．同步衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度介于地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之間C．地球的第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度D．中國發(fā)射的嫦娥四號探測器，其發(fā)射速度大于地球的第三宇宙速度11．宇宙中存在一些質(zhì)量相等且離其他恒星較遠的四顆星組成的四星系統(tǒng)，通常可忽略其他星體對它們的引力作用．設(shè)四星系統(tǒng)中每個星體的質(zhì)量均為m，半徑均為R，四顆星穩(wěn)定分布在邊長為a的正方形的四個頂點上．已知引力常量為G.關(guān)于宇宙四星系統(tǒng)，下列說法錯誤的是（）A．四顆星圍繞正方形對角線的交點做勻速圓周運動B．四顆星的軌道半徑均為C．四顆星表面的重力加速度均為D．四顆星的周期均為12．2020年12月17日，“嫦娥五號”利用“跳躍式返回技術(shù)”做曲線運動成功減速安全著陸。虛線圓為大氣層的邊界，返回器關(guān)閉發(fā)動機后從a點進入大氣層，經(jīng)a、b、c、d、e回到地面，其中a，c，e為軌道和大氣層外邊界的交點。下列說法正確的是（）A．返回器加速度和速度方向可能相同 B．返回器速度一定發(fā)生變化C．返回器受到的力和速度方向可能相反 D．返回器在c、e兩點的速度方向可能相同13．2016年12月22日，我國成功發(fā)射了國內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星（以下簡稱“碳衛(wèi)星”）。如圖所示，設(shè)“碳衛(wèi)星”在半徑為R的圓周軌道上運行，經(jīng)過時間t，通過的弧長為s，已知引力常數(shù)為G，下列說法正確的是（）A．“碳衛(wèi)星”內(nèi)的物體處于平衡狀態(tài)B．“碳衛(wèi)星”的運行速度大于7.9km/sC．“碳衛(wèi)星”的發(fā)射速度大于11.2km/sD．可算出地球質(zhì)量為14．如圖所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球運行，在P點變軌后進入軌道2做勻速圓周運動。下列說法正確的是（）A．不論在軌道1還是軌道2運行，衛(wèi)星在P點的加速度都相同B．不論在軌道1還是軌道2運行，衛(wèi)星在P點的速度都相同C．衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度D．衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相同加速度15．若一均勻球形星體的密度為ρ，引力常量為G，則在該星體表面附近沿圓軌道繞其運動的衛(wèi)星的周期是（）A． B． C． D．二、填空題16．最近有媒體報道，竟有新疆牧民坐在家里放牛？原來他使用了北斗衛(wèi)星放牧系統(tǒng)，每頭牛的耳朵上都裝有定位芯片，手機和衛(wèi)星通過________傳遞信息就能查看牛的位置，改變了“牛羊跟著水草走，牧人跟著牛羊走”的傳統(tǒng)牧區(qū)生活。北斗系列地球同步衛(wèi)星相對地面是________的。17．（1）在地面上發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度是7.9km/s。()（2）人造地球衛(wèi)星的最小繞行速度是7.9km/s。()（3）我國向月球發(fā)射的“嫦娥二號”宇宙飛船在地面附近的發(fā)射速度要大于11.2km/s。()（4）衛(wèi)星的運行速度隨軌道半徑的增大而增大。()（5）同步衛(wèi)星可以“靜止”在北京的上空。()（6）由，高軌道衛(wèi)星運行速度小，故發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星更容易。()18．2017年，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波。兩顆中子星合并前某時刻，相距約。在相互引力的作用下，分別圍繞其連線上的某一點做周期相同的勻速圓周運動，每秒轉(zhuǎn)動12圈。其轉(zhuǎn)速為地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的___________倍。將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，可以估算出這一時刻兩顆中子星的速率之和為___________。三、解答題19．火星的質(zhì)量大約是地球的。如圖所示，衛(wèi)星M和衛(wèi)星E分別以等大的軌道半徑繞火星和地球做勻速圓周運動。哪個衛(wèi)星的周期更短?請說明理由。20．請查閱資料，寫一篇關(guān)于人造衛(wèi)星的分類、運行軌道和主要性能、用途的小論文，并與同學(xué)交流。21．假設(shè)火星探測器距火星表面的高度為h，繞火星做勻速圓周運動的周期為T，火星的半徑為R，引力常量為G，忽略其他天體對探測器的引力作用，試求：（1）探測器的線速度的大小；（2）火星的平均密度；（3）火星的第一宇宙速度。22．人類第一次登上月球時，宇航員在月球表面做了一個實驗：將一片羽毛和一個鐵錘從同一個高度由靜止同時釋放，二者幾乎同時落地。若羽毛和鐵錘是從高度為處下落，經(jīng)時間t落到月球表面。已知引力常量為，月球的半徑為。求∶(1)月球表面的自由落體加速度大?。?2)求月球的質(zhì)量；(3)月球的“第一宇宙速度”大小。答案第=page11頁，共=sectionpages22頁答案第=page11頁，共=sectionpages22頁參考答案：1．D【詳解】A．在軌道2上近火點減速做近心運動可進入軌道3，A錯誤；B．在軌道2上運動時，只有引力做功，則機械能不變，B錯誤；C．在軌道1上的運行速度要超過第二宇宙速度小于第三宇宙速度，C錯誤；D．在軌道2與軌道3同一近火點只受萬有引力，產(chǎn)生的加速度相等，D正確。故選D。2．C【詳解】A．設(shè)在星球表面一物體的質(zhì)量是m，根據(jù)萬有引力等于重力Gmg有g(shù)那么故A錯誤；B．利用萬有引力提供向心力有G解得v那么故B錯誤；C．利用萬有引力提供向心力有Gm（）2R解得T那么故C正確；D．結(jié)合BC選項可知?M1而A選項中故D錯誤；故選C。3．A【詳解】根據(jù)萬有引力提供圓周運動向心力有可得A、B衛(wèi)星質(zhì)量相等，A的衛(wèi)星半徑較大線速度較小，故B的動能較大，A的動能較小，即知衛(wèi)星B的半徑小，故其周期小，即故A正確，BCD錯誤。故選A。4．C【詳解】A．雙星彼此間的引力提供各自運動的向心力，向心力大小相等，故A錯誤；B．設(shè)伴星質(zhì)量為m，雙星的角速度相等，由公式可得伴星運動軌跡的半徑是主星的k倍，故B錯誤；C．由公式可得伴星運動的線速度大小是主星的k倍，故C正確；D．因為聯(lián)立上述公式得故D錯誤。故選C。5．C【詳解】C．由萬有引力提供向心力，可得由“黎明星”周期1.7小時，同步衛(wèi)星周期24小時，可知“黎明星”做勻速圓周運動的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，故C正確；A．由萬有引力提供向心力，可得所以“黎明星”做勻速圓周運動的線速度大于同步衛(wèi)星的線速度，故A錯誤；B．由萬有引力提供向心力，可得所以“黎明星”做勻速圓周運動的角速度大于同步衛(wèi)星的角速度，故B錯誤；D．某時刻“黎明星”正好經(jīng)過赤道上P城市正上方，“黎明星”的周期1.7小時，由于地球的自轉(zhuǎn)，該時刻后“黎明星”不是經(jīng)過1.7h能經(jīng)過P城市正上方，故D錯誤。故選C。6．C【詳解】由合力提供向心力得聯(lián)立解得，故ABD錯誤，C正確。故選C。7．C【詳解】A.所有的行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，A錯誤；B.開普勒三定律不只適應(yīng)于行星，也適應(yīng)于衛(wèi)星，B錯誤；C.地球同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,均為24小時，C錯誤；D.第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,地球上衛(wèi)星的發(fā)射速度必須大于等于第一宇宙速度,但必須小于第二宇宙速度,D錯誤．故選D。8．C【詳解】A.軌道Ⅰ為橢圓軌道，根據(jù)開普勒第二定律可知，衛(wèi)星在軌道Ⅰ上運行時速度大小時刻改變，當(dāng)從近地點向遠地點運行時速度減小，反之則增大，故A錯誤；BC.從低軌道進入高軌道需要加速，反之需要減速，故從軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ，衛(wèi)星在M點需要加速，從軌道Ⅱ進入軌道Ⅲ，衛(wèi)星在N點需要減速，B錯誤，C正確；D.軌道Ⅱ為橢圓軌道，衛(wèi)星在軌道Ⅱ上從M點到N點運行過程中，引力與運動方向夾角為銳角，引力做正功，故D錯誤。故選C。9．A【詳解】AB．根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力有可求出中心天體的質(zhì)量為即可求出恒星質(zhì)量，無法求出行星質(zhì)量，故A正確，B錯誤；C．最小發(fā)射速度等于第一宇宙速度行星的質(zhì)量未知，不能求衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，故C錯誤；D．知道衛(wèi)星的周期而不知道衛(wèi)星的軌道半徑，不能求出中心天體行星的質(zhì)量，因此無法求出行星的密度，故D錯誤。故選A。10．C【詳解】A．根據(jù)可知，衛(wèi)星軌道半徑越大，則做圓周運動的速度越小，第一宇宙速度是指繞地面附近做圓周運動衛(wèi)星的速度，則地球的第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度，選項A錯誤；B．根據(jù)可知，同步衛(wèi)星的運行半徑遠大于地球的半徑，可知同步衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度小于地球的第一宇宙速度，選項B錯誤；C．地球的第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度，選項C正確；D．第三宇宙速度為衛(wèi)星逃離太陽系的速度，所以發(fā)射嫦娥衛(wèi)星的速度不能大于第三宇宙速度，故D錯誤；故選C。11．B【詳解】AB．四星系統(tǒng)中任一顆星體均在其他三顆星體的萬有引力作用下，合力方向指向?qū)蔷€的交點，圍繞正方形對角線的交點做勻速圓周運動，由幾何知識可得軌道半徑均為，故A正確，B錯誤；C．在星體表面，根據(jù)萬有引力等于重力，可得解得故C正確；D．由萬有引力定律和向心力公式得故D正確．此題選擇錯誤選項，故選B。12．B【詳解】AC．物體做曲線運動的條件是物體所受的力或者加速度方向跟速度方向不在同一直線上，故返回器加速度和速度方向不可能相同，返回器受到的力和速度方向不可能相反，AC錯誤；B．返回器做曲線運動，返回器一定要受到力的作用，返回器一定具有加速度，即返回器速度一定發(fā)生變化，B正確；D．曲線運動中各點的速度方向沿該點的切線方向，故返回器在c、e兩點的速度方向不可能相同，D錯誤；故選B。13．D【詳解】A．“碳衛(wèi)星”繞地球運行，做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，故不是平衡狀態(tài)，處于失重狀態(tài)，A錯誤；B．v＝7.9km/s為第一宇宙速度，是最大的運行速度，“碳衛(wèi)星”軌道半徑比地球半徑大，因此其運行速度應(yīng)小于7.9km/s，B錯誤；C．v＝7.9m/s為第一宇宙速度，是最小的地面發(fā)射速度，“碳衛(wèi)星”軌道半徑比地球半徑大，因此其發(fā)射速度應(yīng)大于7.9km/s，但要小于11.2km/s，C錯誤；D．“碳衛(wèi)星”的線速度v＝根據(jù)萬有引力提供向心力＝m解得地球質(zhì)量M＝＝D正確。故選D。14．A【詳解】A．不論在軌道1還是在軌道2運行，衛(wèi)星在P點所受萬有引力相同，由牛頓第二定律可知，在P點的加速度都相同，A正確；B．衛(wèi)星從軌道1變到軌道2，要點火加速，故衛(wèi)星在軌道1上P點的速度小于衛(wèi)星在軌道2上P點的速度，B錯誤；C．衛(wèi)星在軌道1上不同位置所受萬有引力不同，其加速度不相同，C錯誤；D．衛(wèi)星在軌道2上不同位置所受萬有引力大小雖然相同，但是方向不同，故加速度不同，D錯誤。故選A。15．A【詳解】根據(jù)萬有引力提供向心力球形星體的體積為球形星體的密度為聯(lián)立可得衛(wèi)星該星體表面附近沿圓軌道繞其運動的衛(wèi)星的周期故選A。16．

電磁波

靜止【詳解】[1]手機和衛(wèi)星之間是通過電磁波傳遞信息的。[2]北斗系列地球同步衛(wèi)星與地球周期、角速度相同，相對位置不發(fā)生改變，則相對地面時靜止的。17．

√

×

×

×

×

×【詳解】（1）（2）（6）[1][2][6]在地面發(fā)射人造衛(wèi)星到近地軌道，發(fā)射速度為7.9km/s，即第一宇宙速度，稱為最小發(fā)射速度或最大環(huán)繞速度，同時發(fā)射也是最容易的。（3）[3]在地面發(fā)射衛(wèi)星脫離地球束縛，最小發(fā)射速度為11.2km/s，即第二宇宙速度。但是月球所在位置仍在地球引力作用之內(nèi)，且因月球引力作用，發(fā)射速度應(yīng)在7.9km/s~11.2km/s之間。（4）[4]根據(jù)牛頓第二定律得可知，軌道半徑越大，線速度越小。（5）[5]同步衛(wèi)星相對地面靜止，必須在赤道正上方固定軌道，而北京所在位置在北半球，所以，同步衛(wèi)星不可能相對北京靜止。18．

【詳解】[1]地球的轉(zhuǎn)速為24h轉(zhuǎn)一周，則中子星的轉(zhuǎn)速是地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速倍數(shù)為[2]根據(jù)v=rω可知v1=r1ωv2=r2ω解得v1+v2=（r1+r2）ω=Lω=2πnL=2π×12×4×105m/s=3.0144×107m/s19．見解析【詳解】根據(jù)解得衛(wèi)星M和衛(wèi)星E分別以等大的軌道半徑繞火星和地球做勻速圓周運動?；鹦琴|(zhì)量小，故衛(wèi)星M周期長。20．見解析【詳解】自從牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，并設(shè)想在高山上水平拋出物體，當(dāng)速度大到一定程度時，物體就不會落回地面，成為一顆人造衛(wèi)星，300多年過去后，他的這一理論得到了證實，在地球上方發(fā)射了各種各樣的人造衛(wèi)星。一、人造衛(wèi)星的分類。1、按用途分：科學(xué)探測和研究的科學(xué)衛(wèi)星，包括空間物理探測衛(wèi)星和天文衛(wèi)星等；試驗衛(wèi)星，包括進行航天新技術(shù)試驗或者是為應(yīng)用類衛(wèi)星進行試驗的衛(wèi)星；應(yīng)用衛(wèi)星，包括通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星等，2、按軌道的高低分：低軌道、中高軌道、地球同步軌道、地球靜止軌道、太陽同步軌道、大橢圓軌道和極地軌道7大類。3、按運行軌道劃分：順行軌道：順行軌道的特點是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小于90度。衛(wèi)星地面較近，高度僅為數(shù)百公里，故又將其稱為近地軌道。我國用長征一、二號、風(fēng)暴一號兩種運載火箭發(fā)射的8顆科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星，17顆返回式遙感衛(wèi)星，神州號試驗飛船，都是用順行軌道。逆行軌道：逆行軌道的特征是軌道傾角大于90度。欲把衛(wèi)星送入這種軌道運行，運載火箭需要朝西南方向發(fā)射。不僅無法利用地球自轉(zhuǎn)的部分速度，而且還要付出額外能量克服地球自轉(zhuǎn)。因此，除了太陽同步軌道外，一般都不利用這類軌道。赤道軌道：赤道軌道的特點是軌道傾角為0度，衛(wèi)星在赤道上空運行。這種軌道有無數(shù)條，但其中的一條地球靜止同步軌道具有特殊的重要地位。世界上主要的通信衛(wèi)星都分布在這條軌道上。我國用長征三號火箭先后發(fā)射了1顆試驗衛(wèi)星、5顆東方紅二號系列通信衛(wèi)星、2顆風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星、用長征三號甲火箭發(fā)射了1顆實踐四號探測衛(wèi)星、2兩顆東方紅三號通信衛(wèi)星、1顆中星22號通信衛(wèi)星都在這一軌道上。極地軌道：就衛(wèi)星軌道類型來說，還有一種軌道傾角為90度的極地軌道。它是因軌道平面通過地球南北兩極而得名。在這種軌道上運行的衛(wèi)星可以飛經(jīng)地球上任何地區(qū)上空。我國長征二號丙改進型火箭以1箭雙星的方式6次從太原起飛，把12顆美國依星送入太空，就屬于這種發(fā)射方式。二、主要用途。1、通信衛(wèi)星，通信衛(wèi)星的種類有很多，按軌道分由靜止軌道通信衛(wèi)星，非靜止軌道通信衛(wèi)星；第3顆地球同步衛(wèi)星實現(xiàn)全球通信以來，我們可以在家中欣賞到精彩的現(xiàn)場直播跟蹤與數(shù)據(jù)中斷衛(wèi)星海事衛(wèi)星和軍用通信衛(wèi)星等。2、導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)“全球定位系統(tǒng)"嘆稱“導(dǎo)航”是一個由24顆衛(wèi)星