3.4人造卫星 宇宙 达标练习（Word解析版）

2021-2022学年教科版（2019）必修第二册
3.4人造卫星宇宙 达标练习（解析版）
1．2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭把北斗全球导航系统最后一颗组网卫星成功定点于地球同步轨道，宣布了北斗系统全球组网成功。已知引力常量为G，地球的质量和半径分别为M和R，地球同步轨道离地高度为h，同步卫星的周期为T（近似认为），下列说法正确的（　　）
A．所有绕地球做圆周运动周期是的卫星一定是同步卫星
B．所有地球同步卫星受到的向心力大小相等
C．地球同步卫星所在轨道处的重力加速度
D．同步卫星的周期
2．2003 年10月5日，我国神舟五号宇宙飞船将中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈，历时21小时23分后安全着陆于内蒙古着陆场。若不计发射与降落时间，把飞船的运动看作绕地球做匀速圆周运动，根据以上信息，下列说法正确的是（　　）
A．神舟五号飞船飞行时距离地面的高度大于地球同步卫星距离地面的高度
B．神舟五号飞船飞行时的线速度大于地球同步卫星的线速度
C．神舟五号飞船飞行时的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度
D．神舟五号飞船飞行时的角速度小于地球同步卫星的角速度
3．美国的“大鸟”侦察卫星可以发现地面上边长仅为0.36 m的方形物体，它距离地面高度为160 km，理论和实践都表明：卫星离地面越高，它的分辨率就越低。那么分辨率低的卫星（　　）
A．向心加速度一定越大 B．角速度一定越大
C．周期一定越小 D．线速度一定越小
4．我国利用一箭双星技术一次发射两颗地球同步卫星。如图所示，所发射卫星A的质量大于B的质量，下列说法正确的是（　　）
A．它们的线速度大小与第一宇宙速度相等，均是7.9km/s
B．它们受到地球的引力大小相等
C．它们的运行周期均是1天
D．它们的角速度是的比的大
5．2019年11月5日01时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第49颗北斗导航卫星，标志着北斗三号系统3颗倾斜地球同步轨道卫星全部发射完毕。如图所示，倾斜地球同步轨道卫星的运行轨道面与地球赤道面有夹角，运行周期等于地球的自转周期。倾斜地球同步轨道卫星正常运行，则下列说法正确的是（　　）
A．此卫星相对地面静止
B．如果有人站在地球赤道的地面上，此人的向心加速度比此卫星的向心加速度大
C．此卫星的发射速度小于地球的第一宇宙速度
D．此卫星轨道正下方某处的人用望远镜观测，可能会一天看到两次此卫星
6．2021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
7．2021年5月22日，“天问一号”火星探测器所携带的“祝融号”火星车及其着陆组合体成功到达火星表面。如图是“天问一号”环绕火星变轨示意图。“天问一号”先沿轨道Ⅰ绕火星做匀速圆周运动，再在A点开始变轨后进入环绕火星的椭圆轨道Ⅱ运动。则“天问一号”（　　）
A．由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需要在A点加速
B．在轨道Ⅱ上A点的速度小于B点的速度
C．在轨道Ⅰ上的运行周期小于在轨道Ⅱ上的运行周期
D．在轨道Ⅰ上经过A点时的加速度大于在轨道Ⅱ上经过A点时的加速度
8．经长期观测人们在宇宙中已经发现了双星系统。双星系统由两颗相距较近的恒星组成，每颗恒星的直径远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体。如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L，质量之比为，则（　　）
A．、做圆周运动的向心力之比为1：1
B．、做圆周运动的角速度之比为3：5
C．、做圆周运动的半径之比为3：5
D．、做圆周运动的线速度之比为5：3
9．如图所示，A为地球表面赤道上的物体，B为一轨道在赤道平面内的实验卫星，C为在赤道上空的地球同步卫星，地球同步卫星C和实验卫星B的轨道半径之比为3∶1，两卫星的环绕方向相同，那么关于A、B、C的说法正确的是（　　）
A．B、C两颗卫星所受地球万有引力之比为9∶1
B．B卫星的公转角速度大于地面上随地球自转物体A的角速度
C．赤道上的物体、实验卫星和同步卫星的线速度大小关系满足vC>vB>vA
D．B卫星中的宇航员一天内可看到数次日出
10．美国东部时间2021年2月18日，美国“毅力”号火星车在火星成功着陆，将寻找火星上可能存在过的生命迹象。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，自转周期与地球很接近，但公转周期约为地球的两倍，下列说法正确的是（　　）
A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．火星的同步卫星轨道半径约为地球同步卫星轨道半径的
C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
D．火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度
11．2021年4月29日，中国空间站“天和”核心舱由长征五号B遥二运载火箭成功送入预定轨道，并运行在高度为340km—450km的近地轨道，这是中国空间站建造阶段的首次发射，标志着中国空间站建造进入全面实施阶段。现将“天和”核心舱的运动简化为匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A．“天和”核心舱内的宇航员处于完全失重状态
B．“天和”核心舱的运行速度一定小于7.9km/s
C．“天和”核心舱的运行周期可能为60min
D．“天和”核心舱的向心加速度比地球同步卫星的向心加速度小
12．2020年6月23日上午，北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射。北斗三号共有三种卫星，中圆轨道卫星、地球静止轨道卫星和倾斜同步轨道卫星，中圆轨道卫星的轨道半径比地球静止轨道卫星的轨道半径小，若将卫星绕轨道运行近似看作匀速圆周运动，则中圆轨道卫星比地球静止轨道卫星（　　）
A．速度变化更快
B．速度变化更慢
C．与地心连线在单位时间内扫过的面积更大
D．与地心连线在单位时间内扫过的面积更小
13．侦察卫星对国家有极高的战略意义，尤其是极地侦察卫星。极地侦察卫星在通过地球两极的圆轨道上运行，由于与地球自转方向垂直，所以理论上可以观察到地球上任何一处。假如它的运行轨道距地面高度为h，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件的情况下全都拍摄下来，在卫星通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少。（设地球半径为R，地面处的重力加速度为g，地球自转的周期为T）
14．如果万有引力定律表达式中两质点之间的引力大小与其距离的次方成反比，考虑一群沿圆形轨道绕同一恒星运转的行星（行星间的引力不计），设各行星的周期与其轨道半径的平方成正比，则n值为多大？
15．2021年3月24日，记者从中国科学院上海天文台获悉，经过近两年的深入研究，科学家对人类首次“看见”的那个黑洞，成功绘制出偏振图像，已知引力常量为G。试解决如下问题：
(1)若天文学家观测到一天体绕该黑洞做半径为r、周期为T的匀速圆周运动，求黑洞的质量M；
(2)黑洞是一种密度极大、引力极大的天体，以至于光都无法逃逸（光速为c＝3×108m/s），若某黑洞的半径R约30km，质量M和半径R的关系满足，求该黑洞的表面重力加速度大小。
16．“2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，若不计发射与降落时间，飞船看作绕地球做匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度。已知地球质量，地球半径。
参考答案
1．C
【详解】
A．同步卫星一定处于赤道的正上方，故A错误；
B．由于同步卫星质量未知，根据向心力公式，向心力不一定相等，故B错误；
C． 对同步卫星根据万有引力等于重力
故C正确；
D．根据万有引力提供向心力
故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
根据
可得
可知因同步卫星的周期大于神舟五号的运动周期，可知同步卫星的运行半径大于神舟五号的运行半径，则神舟五号飞船飞行时距离地面的高度小于地球同步卫星距离地面的高度；神舟五号飞船飞行时的线速度大于地球同步卫星的线速度；神舟五号飞船飞行时的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度；神舟五号飞船飞行时的角速度大于地球同步卫星的角速度。
故选B。
3．D
【详解】
根据
可得
分辨率低的卫星离地面越高，轨道半径越大，向心加速度一定越小，角速度越小，周期越大，线速度越小。
故选D。
4．C
【详解】
A．第一宇宙速度是近地卫星的线速度，而同步卫星的高度高于近地卫星，所以其线速度小于第一宇宙速度。A错误；
B．因为两卫星距地面的高度一样，但是质量不同，根据万有引力公式可知二者受到地球的引力不相等。B错误；
C．因为两卫星是同步卫星，所以周期与地球自转周期相同。C正确；
D．因为两卫星是同步卫星，所以其角速度与地球自转角速度相同。D错误。
故选C。
5．D
【详解】
A．倾斜地球同步轨道卫星相对地面有运动，而地球同步轨道卫星相对于地球静止，选项A错误；
B．赤道上的人的角速度与同步卫星的角速度相同，但运动半径较小，根据
a＝ω2r
可知，赤道上的人的向心加速度小于此卫星的向心加速度，选项B错误；
C．地球的第一宇宙速度是地球上发射卫星的最小速度，此卫星的发射速度大于地球的第一宇宙速度，选项C错误；
D．如题图所示，地球同步轨道与倾斜同步轨道有两个交点，交点位置正下方的人用望远镜观测，一天能看到两次此卫星，选项D正确。
故选D。
6．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。
7．B
【详解】
A．“天问一号”火星探测器由高轨道进入地轨道需要在远火星点减速，选项A错误；
B．A点为远火点，由开普勒第二定律可知，在轨道Ⅱ上A点的速度小于B点的速度，选项B正确；
C．“天问一号”在轨道Ⅰ上的运行半径大于在轨道Ⅱ上的运行半径，由开普勒第三定律可知，在轨道Ⅰ上的运行周期大于在轨道Ⅱ上的运行周期，选项C错误；
D．由可知“天问一号”在轨道Ⅰ上经过A点时的加速度等于在轨道Ⅱ上经过A点时的加速度，选项D错误。
故选B。
8．AC
【详解】
根据题意得：双星系统具有相同的角速度；根据万有引力提供向心力得
需要向心力大小相等， 解得
根据v=ωr可知，线速度之比为3：5。
故选AC。
9．BD
【详解】
A．因为B、C两颗卫星的质量未知，所以无法比较万有引力。A错误；
B．B卫星与地球同步卫星C相比，半径较小，根据
可知，B卫星的角速度大于卫星C的角速度，而卫星C的角速度与随地球自转物体A的角速度相等，所以B卫星的公转角速度大于地面上随地球自转物体A的角速度。B正确；
C．物体A与卫星C同步，所以根据可知
vC >vA
卫星C与卫星B，根据可知
vC所以三物体的线速度关系为
vB>vC>vA
C错误；
D．根据周期公式 可知，卫星B的周期小于地球自转周期，所以B卫星中的宇航员一天内可看到数次日出。D正确。
故选BD。
10．AD
【详解】
A．当发射速度大于第二宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的范围内运动，火星在太阳系内，所以火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，故A正确；
B．星球同步卫星的运行周期等于星球的自转周期，根据万有引力提供向心力，得
可知星球同步卫星的轨道半径为
因为火星的自转周期与地球接近，则火星的同步卫星轨道半径与地球同步卫星轨道半径之比为
故B错误；
C．万有引力提供向心力，则有
解得第一宇宙速度为
所以火星的第一宇宙速度为
因此火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，故C错误；
D．万有引力近似等于重力，则有
解得火星表面的重力加速度
所以火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度，故D正确；
故选AD。
11．AB
【详解】
A．“天和”核心舱内的宇航员处于完全失重状态，选项A正确；
B．7.9km/s 是所有绕地球卫星的最大运行速度，可知“天和”核心舱的运行速度一定小于7.9km/s，选项B正确；
C．若绕地球表面运行的卫星的最短周期为83min，根据开普勒第三定律可知，“天和”核心舱的运行周期肯定大于83min，选项C错误；
D．根据
可知，“天和”核心舱的运行半径小于同步卫星的轨道半径，则“天和”核心舱的向心加速度比地球同步卫星的向心加速度大，选项D错误。
故选AB。
12．AD
【详解】
AB．由
可知，轨道半径越大，加速度越小，速度变化越慢，A项正确，B项错误；
CD．由于
则卫星与行星中心的连线在单位时间内扫过的面积
则轨道半径越小，与地心连线在单位时间内扫过的面积越小，C项错误，D项正确。
故选AD。
13．
【详解】
设卫星运行周期为T1，根据万有引力提供向心力有
G=（h＋R）
物体处于地面上时有
G=m0g
解得
T1=
在一天内卫星绕地球转过的圈数为，即在一天中有次经过赤道上空，所以每次摄像机拍摄的赤道弧长为
s==T1
将T1代入，可得
14．3
【详解】
由万有引力提供向心力知
即
因T与成正比，故
15．(1)；(2)
【详解】
(1)根据
可得
(2)根据
解得
16．300km
【详解】
飞船看作绕地球做匀速圆周运动，设神舟五号绕地球飞行时轨道半径为r，由于万有引力提供向心力可得
解得
周期为T=91.64min
代入数据可得
距地面的高度神舟五号绕地球飞行时距地面的高度为