4.3人类对太空的不懈探索 同步练习（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 同步练习（解析版）
1．2017年11月15日，我国第二代极轨气象卫星“风云三号D”成功发射，顺利进入预定轨道。极轨气象卫星围绕地球南北两极运行，其轨道在地球上空650～1500km之间，低于地球静止轨道卫星（高度约为36000km），可以实现全球观测。有关“风云三号D”，下列说法中正确的是（　　）
A．“风云三号D”轨道平面为赤道平面
B．“风云三号D”的发射速度可能小于7.9km/s
C．“风云三号D”的周期小于地球静止轨道卫星的周期
D．“风云三号D”的加速度小于地球静止轨道卫星的加速度
2．2021年4月29日11时许，我国成功发射空间站“天和”核心舱，它在高度至的近地轨道运行，受高空大气等因素影响会有轨道衰减现象，假设一段时间后轨道半径衰减为原轨道半径的98%，则衰减后的（　　）
A．向心加速度约为原来的0.98倍 B．周期约为原来的1.02倍
C．动能约为原来的1.02倍 D．速度约为原来的0.98倍
3．我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为（　　）
A．0.4km/s B．1.8km/s C．11km/s D．36km/s
4．已知靠近地面运转的人造卫星，每天转n圈，如果发射一颗同步卫星，它离地面的高度与地球半径的比值为（　　）
A．n B．n2 C．－1 D．－1
5．“天问一号”绕火星做匀速圆周运动，在t时间内通过的路程为s，与火星中心的连线转过的圆心为θ（θ<2π）。已知火星的半径为R，则火星表面的重力加速度大小为（　　）
A． B． C． D．
6．北京时间2012年10月25日23时33分，我国成功将第16颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道．这是一颗地球静止轨道卫星（即地球同步卫星），它将与先期发射的北斗导航卫星组网运行，形成区域服务能力．则对于其中已在轨运行的同步卫星，下面说法中正确的是（　　）
A．它们的运行速度都小于7.9km/s，且大小都相等
B．它们运行周期的大小可能不同
C．它们离地心的距离可能不同
D．它们的向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
7．“天琴计划”是中国科学院发起的一个科研计划，旨在探测引力波。发射微重力技术实验卫星“太极一号”是该计划的一部分，现已成功完成。“太极一号”卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为地球半径的n倍，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度大小为g，则“太极一号”卫星的运行周期为（　　）
A． B．
C． D．
8．据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点的“天链一号01星”，下列说法正确的是（　　）
A．运行速度大于近地卫星的运行速度
B．运行速度大于静止在赤道上物体的线速度
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球运动的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
9．2021年2月11日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器顺利进入环火星轨道，成为我国第一颗人造火星卫星，探测器紧贴火星表面环绕火星飞行一周的时间为T，已知火星表面的重力加速度是为，为地球表面的重力加速度，万有引力常量为，则下列说法正确（　　）
A．火星的半径大小为
B．火星的半径大小为
C．火星的质量为
D．火星的第一宇宙速度为
10．2020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
11．我国发射的“天问一号”火星探测器于2021年2月中旬到达火星附近，通过制动减速被火星引力捕获，进入环绕火星的轨道飞行。探测器接近火星后，需经历如图所示的变轨过程，轨道Ⅰ为圆轨道，已知引力常量为G，则下列说法正确的是（　　）
A．探测器在轨道Ⅲ上时越靠近火星，线速度越小
B．3个轨道中，探测器在轨道I运行时的周期最短
C．探测器若从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ，需要在P点减速
D．探测器在轨道Ⅰ上运动时的机械能等于在轨道Ⅱ运动时的机械能
12．关于人造地球卫星的运行速度和发射速度，以下说法中正确的是（　　）
A．低轨道卫星的运行速度大，发射速度也大
B．低轨道卫星的运行速度大，但发射速度小
C．高轨道卫星的运行速度小，发射速度也小
D．高轨道卫星的运行速度小，但发射速度大
13．近年来我国探月工程取得重大进展，设想几年后我国宇航员登上月球，在月球表面h高处静止释放小球，经时间t落地，已知月球的半径为R，引力常量为G。忽略月球自转，求：
(1)月球表面的重力加速度g；
(2)月球的质量M；
(3)月球的第一宇宙速度v。
14．我国计划在2030年之前制造出可水平起飞、水平着陆并且可以多次重复使用的航天飞机。假设一航天员乘坐航天飞机着陆某星球后，由该星球表面以大小为v0的速度竖直向上抛出一物体，经时间t后物体落回抛出点。已知该星球的半径为R，该星球没有大气层，也不自转，万有引力常量为G。求：
(1)该星球的平均密度；
(2)该星球的第一宇宙速度大小。
15．2005年10月12日15时54分45秒，“神舟”六号飞船推进舱发动机点火，飞船开始变轨，飞船近地点距离不断抬高，变轨后飞船轨道接近圆形，飞船将在这一圆形轨道上飞行直至返回。已知飞船在这一圆形轨道上转一圈用时间为T，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g。试求：
（1）地球的质量；
（2）题中圆形轨道离地面的高度。（用题目中的已知量表示）
16．2020年4月24日，中国行星探测任务被命名为“天问系列”，首次火星探测任务被命名为“天间一号”。假如某志愿者登上火星后将一小球从高为h的地方由静止释放，不计空气阻力，测得经过时间t小球落在火星表面，已知火星的半径为R，引力常量为G，不考虑火星自转，求：
（1）火星的质量；
（2）火星的第一宇宙速度；
参考答案
1．C
【详解】
A．极轨气象卫星围绕地球南北两极运行，轨道平面与赤道平面垂直，A错误；
B．7.9km/s为地球第一宇宙速度，即卫星的最小发射速度，故“风云三号D”的发射速度大于7.9km/s，B错误；
CD．由引力作为向心力可得
整理得
，
由题意可知，“风云三号D”的轨道半径较小，故运行周期较小，向心加速度较大，C正确，D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．根据牛顿第二定律得
所以向心加速度约为原来的1.04倍。A错误；
B．根据开普勒第三定律得
B错误；
C．根据牛顿第二定律得
所以动能之比为
C正确；
D．根据选项C可知，速度之比为
D错误。
故选C。
3．B
【详解】
地球上第一宇宙速度为
探月卫星所受万有引力等于向心力
解得
因而
所以
故选B。
4．D
【详解】
设该卫星离地面的高度为h，地球半径为R
近地卫星的周期为
同步地球卫星的周期为
则
对于近地卫星有
对于地球同步卫星有
联立解得
故选D。
5．C
【详解】
由题意知
则“天问一号”绕火星做匀速圆周运动的向心加速度
圆周运动的轨道半径
由
得到
故选C。
6．A
【详解】
A．根据万有引力提供向心力
得
因为第一宇宙速度的轨道半径等于地球半径，同步卫星的轨道半径都比地球半径大且相等，所以它们的运行速度都小于7.9km/s，且大小都相等，故A正确；
B．地球静止轨道卫星的周期等于地球的自转周期，为1天，故B错误；
C．地球同步卫星，距离地球的高度约为36000km，高度一定，相对地面静止，故C错误；
D．根据向心加速度
地球静止轨道卫星与静止在赤道上物体具有相同的周期，所以它们的向心加速度大于静止在赤道上物体的向心加速度，故D错误。
故选A。
7．A
【详解】
根据万有引力提供向心力有
在地球表面有
联立解得
所以A正确；BCD错误；
故选A。
8．BC
【详解】
A．同步卫星高度远大于近地卫星的高度，则同步卫星的运行速度小于近地卫星的运行速度，选项A错误；
B．同步卫星与地球有相同的周期和角速度，则根据
可知，同步卫星的运行速度大于静止在赤道上物体的线速度，选项B正确；
C．根据
可得
可知，同步卫星绕地球运行的角速度比月球绕地球运动的角速度大，选项C正确；
D．根据
可知，同步卫星的向心加速度比静止在赤道上物体的向心加速度大，选项D错误。
故选BC。
9．AD
【详解】
ABC．在火星表面有，万有引力等于火星上的重力，即
探测器紧贴火星表面环绕火星飞行，万有引力等于向心力，即
联立解得，火星的半径为
火星的质量为
故A正确，BC错误；
D．根据线速度与周期关系可得，火星的第一宇宙速度为
故D正确。
故选AD。
10．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。
11．BC
【详解】
A．由开普勒第二定律可知，离中心天体越近，探测器速度越大，选项A错误；
B．由开普勒第三定律可知，轨道半径越小，探测器周期越小，选项B正确；
C．探测器从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ做近心运动，需要在P点减速，选项C正确；
D．探测器在一个轨道上运动时，机械能守恒。探测器在轨道Ⅱ时运动到P点的速度大于在轨道I时运动到P点的速度，即在轨道Ⅱ时运动到P点动能较大，但二者引力势能相等，即探测器在轨道Ⅱ的机械能大于在轨道Ⅰ的机械能，选项D错误。
故选BC。
12．BD
【详解】
人造卫星发射速度大，其做离心运动距离越远，等稳定后运行轨道半径越大，由
得
故发射速度大，运转轨道半径大，运行线速度小。发射速度小，运转轨道半径小，运行线速度大。
故选BD。
13．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)小球从月球表面h高处静止释放，做匀加速直线运动，则有
解得：
(2)对月球表面物体，由万有引力定律得
把g代入解得：
(3)对于近月球卫星有
（或）
代入相关量，解得：
即月球的第一宇宙速度为：
14．(1) ；(2)
【详解】
(1)根据物体做竖直上抛运动的速度时间关系可知
t＝
所以星球表面的重力加速度
g＝
星球表面重力与万有引力相等，即
mg＝
解得
由
解得
(2)近地卫星的轨道半径为R，由万有引力提供圆周运动向心力有
联立解得该星球的第一宇宙速度
15．（1）；（2）
【详解】
（1）根据
解得
（2）根据
解得
16．（1）；（2）
【详解】
（1）据小球的自由落体运动可得
在火星表面，物体m的重力等于万有引力
联立解得火星的质量为
（2）在火星表面的近地卫星运行速度即为第一宇宙速度，满足
解得