4.3人类对太空的不懈探索 达标作业（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 达标作业（解析版）
1．下列关于地球同步卫星（通讯卫星）的说法中正确的是（　　）
A．为避免通讯卫星相撞，应使它们运行在不同的轨道上
B．通讯卫星定点在赤道上空某处，所有通讯卫星的周期都是24h
C．不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面
D．不同的通讯卫星运行的线速度大小是不相同的，加速度的大小也是不同的
2．2021年5月15日，我国“天问一号”火星探测器成功实现火星表面软着陆，降落在乌托邦平原南部，一次性完成“绕落巡”三大任务。已知火星与地球半径之比约为1∶2，表面重力加速度大小之比约为4∶9，则火星与地球第一宇宙速度之比约为（　　）
A．2∶3 B．：3 C．3∶2 D．3：
3．一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，下列判断正确的是（　　）
A．根据公式，如果人造地球卫星的质量不变，当轨道半径增大到原来的2倍时，人造地球卫星需要的向心力减小为原来的
B．根据公式，如果人造地球卫星的质量不变，当轨道半径增大到原来的2倍时，人造地球卫星需要的向心力增大到原来的2倍
C．根据公式，如果人造地球卫星的质量不变，当轨道半径增大到原来的2倍时，人造地球卫星需要的向心力增大到原来的2倍
D．根据公式，如果人造地球卫星的质量不变，当轨道半径增大到原来的2倍时，人造地球卫星需要的向心力减小为原来的
4．2019年12月27日，在海南文昌航天发射场，中国运载能力最强的长征5号运载火箭成功发射，将实践二十号卫星送入地球同步轨道，变轨过程简化如图所示，轨道Ⅰ是超同步转移轨道，轨道Ⅲ是地球同步轨道，轨道Ⅱ是过渡轨道（椭圆的一部分），轨道Ⅱ、轨道I的远地点切于M点，轨道Ⅱ的近地点与轨道Ⅲ切于N点，下列说法正确的是（　　）
A．卫星在轨道I上运行时速度大小不变
B．从轨道I进入轨道Ⅱ，卫星在M点需要减速
C．从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ，卫星在N点需要减速
D．卫星在轨道Ⅱ的M点的加速度大于卫星在轨道I的M点处的加速度
5．2021年1月20日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将天通一号03星发射升空，它将与天通一号01星、02星组网运行。若03星绕地球做圆周运动的轨道半径为02星的a倍，02星做圆周运动的向心加速度为01星的b倍，已知01星的运行周期为T，则03星的运行周期为（　　）
A．T B．T C．T D．T
6．由多颗星体构成的系统，叫做多星系统。有这样一种简单的四星系统：质量刚好都相同的四个星体、、、，、、分别位于等边三角形的三个顶点上，位于等边三角形的中心。在四者相互之间的万有引力作用下，静止不动，、、绕共同的圆心在等边三角形所在的平面内做相同周期的圆周运动。若四个星体的质量均为，三角形的边长为，引力常量为，则下列说法正确的是（　　）
A．、、三个星体做圆周运动的半径均为
B．、、三个星体做圆周运动的速度大小均为
C．、、三个星体做圆周运动的向心加速度大小均为
D．、、三个星体做圆周运动的周期均为
7．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3 （如图所示）。则卫星分别在1、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（　　）
A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道3上具有的机械能大于它在轨道1上具有的机械能
D．卫星在轨道3上的向心加速度大于它在轨道1上的向心加速度
8．2016年10月19日凌晨，“神舟十一号”飞船与“天宫二号”目标飞行器顺利完成自动交会对接。关于它们的交会对接，以下说法正确的是（　　）
A．飞船在同轨道上加速直到追上“天宫二号”完成对接
B．飞船从较低轨道，通过加速追上“天宫二号”完成对接
C．在同一轨道上的“天宫二号”通过减速完成与飞船的对接
D．若“神舟十一号”与“天宫二号”原来在同一轨道上运动，则不能通过直接加速或减速某飞行器的方式完成对接
9．地球可以看成质量均匀分布的球体，在地球上空有许多同步卫星，下列关于同步卫星的说法正确的是（　　）
A．它们的质量一定相等 B．它们的速度大小一定相等
C．它们的向心加速度大小一定相等 D．它们离地心的距离一定不相等
10．如图所示的圆a、b、c，其圆心均在地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合，圆b的平面与地球自转轴垂直。对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言（　　）
A．卫星的轨道可能为a
B．卫星的轨道可能为b
C．卫星的轨道可能为c
D．同步卫星的轨道一定为与b在同一平面内的b的同心圆
11．关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确的是（　　）
A．它是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度
B．它是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小运行速度
C．它是能使卫星绕地球运行的最小发射速度
D．它是能使卫星绕地球运行的最大发射速度
12．2020年7月23日，中国首个火星探测器“天问一号”在海南文昌卫星发射中心发射升空。该探测器经过几个月的“长途跋涉”于2021年除夕夜前后成功被火星捕获，然后进行多次变轨，开始在距火星表面高度为h的圆轨道上做匀速圆周运动，已于2021年5月22日着陆，开展巡视等任务。若已知火星的半径R、火星表面的重力加速度g、万有引力常量G及高度h的值，根据以上信息，可求出的物理量是（　　）
A．火星的质量
B．“天问一号”探测器的质量
C．“天问一号”探测器在此轨道上运行的线速度
D．“天问一号”探测器在此轨道上运行的周期
13．月球半径是地球的n倍，质量是地球的k倍；
(1)月球表面的自由落体加速度是多大？
(2)月球的“第一宇宙速度”是多大？（已知：g地=10m/s2，地球第一宇宙速度约为8km/s）
14．2007年10月24日中国第一颗绕月探测卫星——嫦娥一号发射成功并进入预定轨道。假设嫦娥一号卫星绕月球做圆周运动，月球绕地球也做圆周运动。已知卫星绕月球运行的周期为，地球表面的重力加速度为，地球的半径为，月球绕地球运行的周期为，引力常量为，（月球和地球均看作球体）求：
（1）月球的平均密度；
（2）月心到地心间的距离。
15．一颗在赤道上空飞行的人造地球卫星，其离地高度为2R（R为地球半径）。已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，万有引力常量为G，求：
（1）地球的质量M；
（2）该卫星的运行周期T。
16．通信卫星是卫星通信系统的空间部分，通常采用同步轨道卫星作为通信卫星。若某星球半径为R，两极处地表重力加速度为g，要仅使用3颗同步卫星实现全球通信，则该星球自转角速度应满足什么条件？（忽略卫星间的引力）
参考答案
1．B
【详解】
ABC．由
可知，地球同步卫星相对地球静止，运行周期为24h，故均处于赤道上空的固定高度处，在同一平面，AC错误，B正确；
D．由
可知，若不同的卫星运动的轨道半径相同，则线速度、向心加速度的大小均相同，D错误。
故选B。
2．B
【详解】
根据
可得
故选B。
3．A
【详解】
A．根据公式
如果人造地球卫星的质量不变，当轨道半径增大到原来的2倍时，人造地球卫星需要的向心力
A正确；
B．根据
解得
即轨道半径发生变化时，角速度发生变化，所以根据公式
人造地球卫星的质量不变，轨道半径增大到原来的2倍时，计算不出人造地球卫星需要的向心力增大到原来的2倍，B错误；
C．根据
解得
即轨道半径发生变化时，周期发生变化，所以根据公式
人造地球卫星的质量不变，轨道半径增大到原来的2倍时，计算不出人造地球卫星需要的向心力增大到原来的2倍，C错误；
D．根据
解得
即轨道半径发生变化时，线速度发生变化，根据公式
人造地球卫星的质量不变，轨道半径增大到原来的2倍时，计算不出人造地球卫星需要的向心力增大到原来的倍，D错误。
故选A。
4．C
【详解】
A．根据开普勒第二定律，卫星在轨道I上运行时远地点最慢，近地点最快，A错误；
B．卫星在M点需要加速做离心运动，才能从轨道I进入轨道Ⅱ，B错误；
C．卫星在N点需要减速做向心运动，才能从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ，C正确；
D．根据牛顿第二定律
根据万有引力定律
解得
卫星在轨道Ⅱ的M点的加速度等于卫星在轨道I的M点处的加速度，D错误。
故选C。
5．C
【详解】
由公式
得
由开普勒第三定律
可得
得
T
故C项正确，ABD错误。
故选C。
6．C
【详解】
A．A、B、C三个星体绕中心D做圆周运动，由几何关系可知，半径为，故A错误；
B．以A为研究对象，此时受到的向心力为其余三颗行星对A的万有引力的合力
解得
此时，由万有引力提供向心力可知
解得
故B错误；
C．以A为研究对象，由万有引力提供向心力可知
解得
故C正确；
D．以A为研究对象，由万有引力提供向心力可知
解得
故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．根据
解得
卫星在轨道3上的半径大于在轨道1上的半径，所以卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率，A错误；
B．根据
解得
卫星在轨道3上的半径大于在轨道1上的半径，所以卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，B错误；
C．卫星发射至近地圆轨道1，然后在Q点经点火加速，使其沿椭圆轨道2运行，所以轨道2上的机械能大于轨道1的机械能，沿椭圆轨道2运行，最后在P点再次点火加速，将卫星送入同步圆轨道3，则轨道3的机械能大于轨道2的机械能，则故在轨道3上机械能较大，C正确；
D．根据
解得
卫星在轨道3上的半径大于在轨道1上的半径，所以卫星在轨道3上的向心加速度小于它在轨道1上的向心加速度，D错误。
故选C。
8．BD
【详解】
“神舟十一号”飞船与“天宫二号”目标飞行器正确对接的方法是处于较低轨道的“神舟十一号”飞船在适当位置通过适当加速，恰好提升到“天宫二号”目标飞行器所在高度并与之交会对接。若“神舟十一号”与“天宫二号”原来在同一轨道上运动，后面的飞行器加速会上升到较高轨道，前面的飞行器减速会下降到较低的轨道，都不会完成交会对接。故AC错误；BD正确。
故选BD。
9．BC
【详解】
A．它们的质量不一定相等，选项A错误；
BCD．同步卫星的周期等于地球自转的周期，根据
可知，同步卫星的运转半径相同，离地心的距离一定相等，根据
可知它们的速度大小一定相等；根据
可知，它们的向心加速度大小一定相等，选项BC正确，D错误。
故选BC。
10．BCD
【详解】
ABC．卫星在运动过程中所需要的向心力由地球的万有引力提供，故地球必定在卫星轨道的中心，即地心为卫星做匀速圆周运动的圆心，因此轨道a是不可能的；而轨道b、c均是可能的轨道。选项A错误，BC正确；
D．同步卫星由于其周期和地球的自转周期相同，相对于地球静止，其轨道一定在赤道的上空，一定与轨道b共面．选项D正确。
故选BCD
11．AC
【详解】
地球的第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度，也是发射卫星的最小速度，即是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度，也是能使卫星绕地球运行的最小发射速度，故AC正确，BD错误。
故选AC。
12．ACD
【详解】
A．根据
解得
A正确；
B．无法求出“天问一号”探测器的质量，B错误；
C. 根据牛顿第二定律
解得
C正确；
D．根据牛顿第二定律
解得
D正确。
故选ACD。
13．(1) ；(2)
【详解】
(1)设地球的质量为，则月球的质量为，地球半径为，则月球半径为；
当物体在地球表面时，万有引力提供重力，则有
①
当物体在月球表面时，万有引力提供重力，则有
②
联立①②可得： ；
(2)卫星在地球表面附近时，万有引力提供向心力，则有
③
卫星在地球表面附近时，万有引力提供向心力，则有
④
联立③④可得：
14．（1）；（2）
【详解】
（1）设月球的半径为，月球的质量为，卫星的质量为，卫星在月球表面飞行，万有引力提供向心力
得
月球的体积
根据密度的定义式
得
（2）设地球的质量为，月球的质量为，月球绕地球运行的周期为，由万有引力提供向心力有
地球表面物体的重力近似等于万有引力，则
解得
15．（1）；（2）
【详解】
（1）不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受重力等于地球对物体引力有
解得
（2）对卫星运用万有引力定律和牛顿运动定律可得
在地球物体
联立解得
16．
【详解】
要仅使用3颗同步卫星实现全球通信，任意两颗卫星连线与星球相切，设卫星轨道半径r
对两极处分析可得
依题意, 忽略卫星间的引力，根据牛顿第二定律
解得
则自转角速度应满足条件为