4.3人类对太空的不懈探索 课时训练（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册
4.3人类对太空的不懈探索 课时训练（解析版）
1．如图所示，宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站内会完全失重，可漂浮在空间站内，下列说法中正确的是（　　）
A．宇航员不受重力的作用
B．宇航员不受任何作用力
C．宇航员受的重力正好提供圆周运动的向心力
D．宇航员还受外力作用处于平衡状态
2．2018年11月1日，我国在西昌卫星发射中心成功发射第四十一颗北斗导航卫星，是我国北斗三号系统第十七颗组网卫星，它是地球同步卫星，设地球自转角速度一定，下面关于该卫星的说法正确的是（　　）
A．它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度
B．它沿着与赤道成一定角度的轨道运动
C．运行的轨道半径可以有不同的取值
D．如果需要可以发射到北京上空
3．2021年5月15日，“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区（如图所示），中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。已知火星质量约为地球质量的，半径约为地球半径的，则“天问一号”着陆巡视器（　　）
A．在地球上发射的速度大于
B．在地球上发射的速度介于和之间
C．在火星表面所受的重力等于在地球表面所受的重力
D．在火星表面所受的重力大于在地球表面所受的重力
4．2021年5月29日，上午10时30分，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在人民大会堂隆重举行。导航系统中第二十八、二十九颗北斗导航卫星是以“一箭双星”方式成功发射的。“北斗”28星的某一运行轨道为椭圆轨道如图所示，周期为。关于“北斗”28星，下列说法正确的是（　　）
A．其发射速度小于第一宇宙速度。
B．其在A→B→C过程中，速率逐渐变大
C．其在A→B过程所用的时间小于
D．其在B→C→D过程中，万有引力对它先做正功后做负功
5．如图所示，两颗质量相同的人造卫星a、b绕地球运动．两卫星线速度分别记为、，周期、，向心加速度、，向心力、。若将两卫星运动视为匀速圆周运动且轨道半径，则（　　）
A． B．
C． D．
6．假设在某星球上，一宇航员从距地面不太高的H处以水平速度抛出一小球，小球落地时在水平方向上发生的位移为s。已知该星球的半径为R，且可看作球体，引力常量为G。忽略小球在运动过程中受到的阻力及星球自转的影响。下列说法中正确的是（　　）
A．该星球的第一字宙速度为
B．该星球的质量为
C．该星球的平均密度为
D．距该星球表面足够高的h处的重力加速度为
7．2021年5月19日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器实现火星着陆。已知火星质量约为地球质量的，火星半径约为地球半径的。下列关于“天问一号”探测器从地球上发射、环绕火星运转时说法中正确的是（　　）
A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球的第一宇宙速度的
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球的第一宇宙速度的
8．2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。“天问一号”在火星停泊轨道运行时，近火点距离火星表面、远火点距离火星表面，则“天问一号”（　　）
A．在近火点的加速度比远火点的小
B．在近火点的运行速度比远火点的大
C．在近火点的机械能比远火点的小
D．在近火点通过减速可实现绕火星做圆周运动
9．如图甲所示，一对相互环绕旋转的超大质量不等双黑洞系统A、B，如图乙所示是其示意图，A、B在相互之间的万有引力的作用下，绕其连线上的O点做匀速圆周运动，若双黑洞A、B做圆周运动的线速度之比为l∶n，则下列说法正确的是（　　）
A．双黑洞A、B做圆周运动的角速度之比为1：1
B．双黑洞A、B做圆周运动的向心力之比为n2：1
C．双黑洞A、B做圆周运动的半径之比为1：n
D．双黑洞A、B的质量之比为mA：mB=n∶l
10．2020年诺贝尔物理学奖授予黑洞研究。黑洞是宇宙空间内存在的一种密度极大而体积较小的天体，黑洞的引力很大，连光都无法逃逸。在两个黑洞合并过程中，由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统。如图所示，黑洞A、B可视为质点，不考虑其他天体的影响，两者围绕连线上O点做匀速圆周运动，O点离黑洞B更近，黑洞A质量为m1，黑洞B质量为m2，AB间距离为L。下列说法正确的是（　　）
A．黑洞A与B绕行的向心加速度大小相等
B．黑洞A的质量m1小于黑洞B的质量m2
C．若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的绕行周期变小
D．若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的向心加速度增大
11．2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在我国文昌航天发射场点火升空。靠近火星时需要通过变轨过程逐渐靠近火星，如图所示，已知引力常量为G，则下列说法正确的是（　　）
A．“天问一号”的发射速度必须大于第二宇宙速度
B．“天问一号”在轨道I上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能
C．“天问一号”在P点从轨道Ⅱ变轨到轨道I，需要在P点朝速度方向喷气
D．若轨道I贴近火星表面，已知“天问一号”在轨道I上运动的角速度，可以推知火星的密度
12．宇宙中有两颗孤立的中子星，它们在相互的万有引力作用下间距保持不变，并沿半径不同的同心圆轨道做匀速圆周运动。如果双星间距为L，质量分别为和，且，线速度分别为和，引力常量为G、则关于中子星做圆周运动的说法正确有（　　）
A．半径之比为1：2
B．双星的运行周期
C．向心力之比为2：1
D．线速度之比为1：2，且
13．我国的量子科学实验卫星“墨子号”于2016年8月16日在酒泉成功发射，其升空后围绕地球的运动可视为匀速圆周运动，离地面的高度为500km（如图）。已知地球的质量约为6.0×1024kg，地球的半径约为6.4×103km，求“墨子号”运动的线速度大小和周期。
14．我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后，与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体。假设组合体在距地面高为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，已知地球的半径为R，地球表面处重力加速度为g，且不考虑地球自转的影响。求
（1）组合体运动的线速度大小；
（2）组合体运动的向心加速度大小。
15．据媒体报道，“神舟九号”飞船于2012年6月24日与“天宫一号”目标飞行器展开手控交会对接。“天宫一号”目标飞行器，是我国自主研制的全新的载人飞行器，计划在轨道上的工作运行时间为2年，它可以与载人飞船进行多次对接。已知“天宫一号”飞行器质量为m，运行高度为h，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g。求：
（1）“天宫一号”受到地球的万有引力大小；
（2）“天宫一号”的运行周期。
16．假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球的半径为R，某个卫星绕地球做匀速圆周运动，该卫星运行的轨道半径为r，地球表面处的重力加速度为g，忽略地球自转的影响，引力常量为G，求：
(1)地球的密度ρ；
(2)卫星绕地球运动的周期T。
参考答案
1．C
【详解】
宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站内会完全失重，可漂浮在空间站内，是因为其重力完全来提供向心力了。故C正确；ABD错误。
故选C。
2．A
【详解】
A．地球的同步卫星与地球自转的周期相同，故它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度，选项A正确；
BD．它的轨道平面与赤道平面重合，即只能定点在赤道的上空，选项B、D错误；
根据
G=mω2r
C．可知，运行的轨道半径是固定的值，选项C错误。
故选A。
3．B
【详解】
AB．地球上发射的卫星其速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，即在地球上发射“天问一号”的速度介于7.9km/s和11.2km/s之间，故B正确，A错误；
CD．在地球表面所受的重力为
在火星表面所受的重力为
所以在火星表面所受的重力小于在地球表面所受的重力，则CD错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．由图可知“北斗”28星的轨道位于地球上空，而第一宇宙速度为地球表面运行的最小发射速度，所以“北斗”28星的发射速度大于第一宇宙速度，选项A错误；
B．A为近地点，根据开普勒第二定律可知A点的速率最大，B点的速率最小，所以其在A→B→C过程中，速率逐渐变小，选项B错误；
C．由于在A→B过程的速率大于B→C过程的速率，因此在A→B过程所用的时间小于，选项C正确；
D．在B→C→D过程中，万有引力对它先做负功后做正功，选项D错误。
故选C。
5．B
【详解】
A．根据
解得
因为
则
A错误；
B．根据
解得
因为
则
B正确；
C．根据
解得
因为
则
C错误；
D．万有引力提供向心力，则
因为
则
D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．根据平抛运动有
对于近地卫星，有
解得
A错误；
B．在星球表面有
解得
B错误；
C．该星球的平均密度为
C正确；
D．距该星球表面足够高的h处有
解得
D错误。
故选C。
7．D
【详解】
AB．火星探测器要脱离地球的引力，但是没有脱离太阳的引力，则发射速度要大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，选项AB错误；
CD．由
得
已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的，可得火星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比为
故C错误，D正确。
故选D。
8．BD
【详解】
A．根据
在近火点的加速度比远火点的大，故A错误；
B．根据开普勒第二定律可知，在近火点的运行速度比远火点的大，故B正确；
C．探测器在运行过程中，只有万有引力做功，其机械能守恒，故C错误；
D．在近火点通过减速，可使探测器做近心运动，可实现绕火星做圆周运动，故D正确；
故选BD。
9．ACD
【详解】
A．一对相互环绕旋转的超大质量不等的双黑洞系统，在相互之间的万有引力的作用下，绕其连线上的O点做匀速圆周运动，绕它们连线上某点做匀速圆周运动，具有相同的角速度，ω1：ω2=1：1，故A正确；
B．两者间万有引力提供向心力，故双黑洞A、B做圆周运动的向心力之比为1：1，故B错误；
C．根据，双黑洞A、B做圆周运动的线速度之比为l∶n，所以双黑洞A、B做圆周运动的半径之比为1：n，故C正确；
D．根据
结合C得分析可知，双黑洞A、B的质量之比为mA：mB=n∶l，故D正确。
故选ACD。
10．BCD
【详解】
A．A和B连线始终在同一条直线上，所以角速度相同，根据，当角速度大小相同时，r越大，a越大，故A错误；
B．对A和B来说万有引力大小相同，所以
即半径与质量成反比，半径大的质量小，故B正确；
C．由题意可知
、
联立解得
若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的绕行周期变小，故C正确；
D．由可知，若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的绕行周期变小，所以角速度增大，向心加速度增大，故D正确。
故选BCD。
11．ACD
【详解】
A．“天问一号”要脱离地球引力的束缚而飞向火星，其发射速度至少要达到地球的逃逸速度，即第二宇宙速度，故A正确；
B．轨道高度越大，需要的发射速度就越大，所以“天问一号”在轨道I上的机械能小于在轨道Ⅱ上的机械能，故B错误；
C．“天问一号”在P点从轨道Ⅱ变轨到轨道I时需要在P点进行减速，所以要朝速度方向喷气，故C正确；
D．由万有引力提供向心力可得
整理后可得
即可以推知火星的密度，故D正确。
故选ACD。
12．ABD
【详解】
设行星转动的角速度为ω，周期为T，如图：
根据万有引力提供向心力可得
对星球m1，有
对星球m2，有
两式相除得
选项A正确；
B．由可得
代入、可得圆周运动的角速度
因为可得
选项B正确；
C．根据万有引力提供向心力可得
对星球m1，有
对星球m2，有
两式相除得
选项C错误；
D．据可得
选项D正确。
故选ABD。
13．；5.7×103s
【详解】
由题意可知，“墨子号”距地面高度h=5.0×105m，地球半径R=6.4×106m，地球质量M=6.0×1024kg。设m为“墨子号”的质量，r为地球球心到“墨子号”的距离。由
其中
r=R+h
可得
周期
s =5.7×103s
14．（1）；（2）
【详解】
（1）依题意得
万有引力提供组合体做圆周运动所需的向心力
联立解得
（2）由牛顿第二定律得
解得
15．（1）；（2）。
【详解】
（1）由万有引力定律可知，地球对“天宫一号”的引力为
又因为
联立解得：；
（2）运行时因向心力由万有引力提供，有
解得：。
16．(1)；(2)
【详解】
（1）根据
解得
地球的体积
则地球的密度
（2）根据
解得