3.4人造卫星 宇宙 达标作业（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 达标作业（解析版）
1．如图所示，发射地球同步卫星时的转移轨道为椭圆轨道，卫星从椭圆轨道的近地点P运动到远地点Q的过程中（　　）
A．机械能变小 B．线速度变小
C．加速度变大 D．卫星与地心的连线单位时间内扫过的面积变大
2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（　　）
A．人们称11.2km/s为第一宇宙速度，也叫脱离速度
B．它是人造卫星沿圆轨道绕地球飞行的最大速度
C．它是人造卫星沿圆轨道绕地球飞行的最小速度
D．它是将人造地球卫星发射升空的最大发射速度
3．关于地球同步卫星，下列说法错误的是（　　）
A．它的周期与地球自转周期相同
B．它的周期、高度、速度大小都是一定的
C．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空
D．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空
4．两颗人造卫星A、绕地球做匀速圆周运动，周期之比为，则（　　）
A．轨道半径之比 B．线速率之比
C．角速率之比 D．向心加速度之比
5．如图所示，a、b两颗卫星在同一平面内绕地球做匀速圆周运动，其中b为地球同步卫星（周期为1天），地球的质量为M，半径为R，引力常量为G。下列说法正确的是（　　）
A．地球北极附近的重力加速度大小为
B．a运行的线速度小于b运行的线速度
C．a运行的周期小于1天
D．根据开普勒第二定律可知，在相同时间内，a、b与地心连线扫过的面积相等
6．“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．
7．如图所示，卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行。a是极地轨道卫星，在地球两极上空约1000km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与a相等；c是地球同步卫星，则（　　）
A．a、b的角速度比c小
B．a、b的线速度大小相等
C．a、b的向心力一定相等
D．a、b的向心加速度比c小
8．地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的7倍，地球半径R=6 400 km，地球大气层的厚度约为地球半径的一半。研究表明，并不是所有行星都能有同步卫星，如果行星自转太快，就可能不会有同步卫星．而且卫星不能在大气层内飞行。根据上述条件，在地球质量和半径都不变的前提下，下列哪些情况中地球不会有同步卫星（重力加速度取g=10 m/s2）（　　）
A．大气层厚度不变，地球自转周期减小到小时
B．大气层厚度不变，地球自转周期减小到3小时
C．大气层厚度增加到6.6倍地球半径，地球自转周期不变
D．大气层厚度增加到2.5倍地球半径，地球自转周期减小到6小时
9．探月工程中，嫦娥三号”探测器的发射可以简化如下：卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经过P点时变轨进入距离月球表面100公里圆形轨道1，在轨道1上经过Q点时变轨进入椭圆轨道2，月球车将在M点着陆月球表面，下列说法正确的是（　　）
A．“嫦娥三号”在轨道1上的速度比月球的第一宇宙速度大
B．“嫦娥三号”在地月转移轨道上经过P点的速度比在轨道1上经过P点时大
C．“嫦娥三号”在轨道1上运动周期比在轨道2上小
D．“嫦娥三号”在轨道1上经过Q点时的加速度等于在轨道2上经过Q点时的加速度
10．如图所示，地球球心为O，半径为R，表面的重力加速度为g。一宇宙飞船绕地球无动力飞行且做椭圆轨道运动，恰好经过距地心2R的P点，为研究方便，假设地球不自转且表面无空气，则（　　）
A．飞船经过P点时，对准地心弹射出的物体一定沿PO直线落向地面
B．飞船经过P点的速度小于
C．飞船在P点的加速度一定是
D．飞船在运行过程中处于完全失重状态
11．近年来，人类发射了多枚火星探测器，对火星进行科学探究，为将来人类登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实的基础。地球和火星公转（即行星绕太阳转动）视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响。根据下表，火星和地球相比（　　）
行星 半径/m 质量/kg 轨道半径/m
地球 6.4×106 6.0×1024 1.5×1011
火星 3.4×106 6.4×1023 2.3×1011
A．火星做圆周运动的线速度较小
B．火星做圆周运动的角速度较大
C．火星做圆周运动的加速度较大
D．火星的公转周期较大
12．我国的数据中继卫星“天链一号”是地球同步卫星，它在轨运行时（　　）
A．相对地面静止，离地面的高度一定
B．相对地面静止，离地面的高度可根据需要调整为不同值
C．运行速度可能大于
D．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
13．2021年8月30日，我国首次火星探测天问一号任务“祝融号”火星车驶上火星表面满100天，累计行驶1064米，如图所示。为减小沾在火星车太阳能板上的尘土对火星车的影响，“祝融号”火星车的太阳能板不仅涂了一层防尘的涂层，并且还以像蝴蝶一样扇动翅膀。若在扇动太阳能板时，沾在太阳能板边缘、距火星地面高度为h的某块尘土无初速下落，经过时间t落在地面上。已知引力常量为G，火星可视为半径为R、质量分布均匀的球体，忽略火星大气的影响。求：
（1）火星的质量M；
（2）火星的第一宇宙速度v1。
14．下表是一些有关地球和火星的数据，利用表中的相关信息完成下列物理量的求解。（已知引力常量G）
信息序号 ① ② ③ ④ ⑤
信息内容 地球半径为R 地表重力加速度为g 地球与太阳的距离 地球的公转周期为 火星的公转周期为
（1）若选择①②，试求地球的质量；
（2）若选择③④⑤，试求火星公转的线速度。
15．某行星的自转周期为，假如用弹簧测力计在该行星的“赤道”和“两极”处测量同一物体的重力，弹簧测力计在赤道上的读数比在两极上的读数小10%。（行星视为球体，，结果保留2位有效数字）
(1)该行星的平均密度是多大？
(2)设想该行星自转角速度加快到某一值时，在“赤道”上的物体会“飘”起来，这时的自转周期是多少？
16．潮汐是一种常见的自然现象，发生在杭州湾钱塘江入海口的“钱江潮”是闻名世界的潮汐现象，在农历初一和十五前后各有一次大潮，在两次大潮之间又各有一次小潮，试把每月中出现两次大潮时地球、月球和太阳的相对位置示意图定性地画出来。试把每月中出现两次小潮时地球、月球和太阳的相对位置示意图定性地画出来。
参考答案
1．B
【详解】
从近地点向远地点运动的过程中，机械能不变，引力做负功，动能减小，速度减小，引力减小，加速度减小，根据开普勒第二定律可知，卫星与地心的连线单位时间内扫过的面积不变，B项正确。
故选B。
2．B
【详解】
人们称7.9km/s为第一宇宙速度，第一宇宙速度是人造卫星沿圆轨道绕地球飞行的最大速度， 第一宇宙速度是将人造地球卫星发射升空的最小发射速度，故选B。
3．C
【详解】
A．地球同步卫星的周期与地球自转周期相同，选项A正确；
B．根据
可知，因地球同步卫星的周期一定，则高度、速度大小都是一定的，选项B正确；
CD．我国发射的同步通讯卫星若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的，因此同步卫星必须定点在赤道上空，不可以定点在北京上空，故C错误，D正确。
此题选择错误选项，故选C。
4．A
【详解】
根据万有引力提供向心力，有
解得
依题意，可得
，，，
故选A。
5．C
【详解】
A．由于在北极附近物体不需要向心力，因此重力加速度大小为
A错误；
B．根据
可得
轨道半径越小，运行速度越大，因此a运行的线速度大于b运行的线速度，B错误；
C．根据
可得
轨道半径越小，运行周期越小，因此a运行的周期小于1天。C正确；
D．根据开普勒第二定律可知，在相同时间内，a与地心连线扫过的面积相等，b与地心连线扫过的面积相等，但两种面积并不相等，D错误。
故选C。
6．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。
7．B
【详解】
A．卫星绕地球做匀速圆周运动，地球的引力提供向心力有
解得
因为a、b的轨道半径小于c的轨道半径，所以a、b的角速度比c大，A错误；
B．卫星绕地球做匀速圆周运动，地球的引力提供向心力有
解得
因为a、b的轨道半径相等，所以线速度大小相等，B正确；
C．由牛顿第二定律可知
解得
由上式可知，a、b两卫星的向心加速度大小相等，可两卫星的质量未知，向心力大小不能比较，C错误；
D．因为a、b的轨道半径小于c的轨道半径，由
可知a、b的向心加速度比c大，D错误。
故选B。
8．CD
【详解】
根据万有引力提供卫星的向心力可得：
解得卫星的周期
对地球同步卫星有 r=7R，所以
AB．若大气层厚度不变，卫星的最小轨道半径
其对应的地球同步卫星的最小周期为
所以大气层厚度不变，要保留同步卫星的话，地球自转周期最多减小到2.4小时，才能保留同步卫星，故A B错误；
C．大气层厚度增加到6.6倍地球半径，即轨道半径为
r′=R+6.6R=7.6R＞7R
若地球自转周期不变，此时地球同步卫星处在大气层内部，不能存留，故C正确；
D．大气层厚度增加到2.5倍地球半径，此时地球同步卫星的轨道半径最小为
r″=R+2.5R=3.5R
其对应的地球同步卫星的最小周期为
地球自转周期做多减小到8小时，才能保留同步卫星，故D正确。
故选CD。
9．BD
【详解】
A．月球的第一宇宙速度是卫星贴近月球表面做匀速圆周运动的速度，“嫦娥三号”在轨道1上的半径大于月球半径，根据
得线速度
可知“嫦娥三号”在轨道1上的运动速度比月球的第一宇宙速度小，故A错误；
B．“嫦娥三号”在地月转移轨道上经P点进入轨道1，需减速，所以在地月转移轨道上经过P点的速度比在轨道1上经过P点时大，故B正确；
C．根据开普勒第三定律得卫星在轨道2上运动轨道的半长轴比在轨道1上轨道半径小，所以卫星在轨道1上运动周期比在轨道2上大，故C错误；
D．“嫦娥三号”无论在哪个轨道上经过Q点时的加速度都为该点的万有引力加速度，所以万有引力在此产生的加速度相等，故D正确。
故选BD。
10．CD
【详解】
A．飞船上对准地心弹射出的物体具有2个速度，合速度方向并不指向地心，选项A错误；
B．若飞船运行轨迹为圆轨道，由
和
得
v＝
因不清楚飞船在P点到底是加速离心变到圆轨道还是减速近心变到圆轨道，因此不清楚飞船在P点的速度和的关系，选项B错误；
C．由
和
得
选项C正确；
D．飞船运行中只受万有引力，所以处于完全失重状态，选项D正确。
故选CD。
11．AD
【详解】
火星和地球均绕太阳做圆周运动，根据
得
因轨道半径，则可知火星做圆周运动的线速度较小，角速度较小，加速度较小，公转周期较大，故选AD。
12．AD
【详解】
AB．同步卫星相对地面静止，因为周期等于地球自转周期，根据
可知离地面的高度一定，选项A正确，B错误；
C．根据
因运行半径大于地球的半径，可知运行速度小于，选项C错误；
D．根据
可知，同步卫星的轨道半径远小于月球绕地球运动的轨道半径，可知绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大，选项D正确。
故选AD。
13．（1） ；（2）
【详解】
（1）对尘土由自由落体公式有
解得
在火星表面有
联立解得
（2）在火星表面有
或
解得火星的第一宇宙速度
14．（1）；（2）
【详解】
（1）根据地表附近的物体万有引力等于重力可知
选①②中的R和g，地球的质量为
（2）若选择③④⑤，火星围绕太阳转，地球围绕太阳转，中心天体相同，根据开普勒第三定律有
火星公转的线速度
15．(1)；(2)1.9h
【详解】
(1)放在行星两极处的物体，其万有引力等于重力
用弹簧测力计在该行星的“赤道”和“两极”处测量同一物体的重力，弹簧测力计在赤道上的读数比在两极上的读数小10%，该差值等于赤道上物体的向心力
可得该行星的质量
该行星的密度
代入数据解得
(2)当物体“飘”起来时有
联立解得
16．
【详解】
略