3.4人造卫星 宇宙 课时检测（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 课时检测（解析版）
1．从申请加入国际空间站被拒，到成为全球第三个独立自主拥有全套载人航天技术的国家，中国航天人克难攻坚，成果斐然。2021年4月29日，长征运载火箭在海南文昌成功将空间站“天和”核心舱送入高度约400km的预定轨道，中国空间站在轨组装建造全面展开。今年还将发射“问天”和“梦天”两个实验舱，完成与核心舱对接，并再发射“天舟”货运飞船、“神舟”载人飞船各两艘，为空间站送去乘组和物资，最终完成中国第一座空间站“天宫”的建造。下列说法正确的是（　　）
A．卫星发射选在文昌会比在西昌更省燃料
B．空间站绕地飞行周期大于24小时
C．空间站绕地飞行速度大于第一宇宙速度
D．要实现实验舱与核心舱的对接，需要把实验舱送入核心舱轨道后再加速追上核心舱
2．当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后，下列叙述中不正确的是（　　）
A．地球球心都在卫星的轨道平面内
B．卫星运动速度不超过
C．卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧秤直接测出所受重力的大小
D．卫星运行时的向心加速度等于卫星轨道所在处的重力加速度
3．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1上绕地球E运行，在A点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A．在轨道1上，卫星在A点的速度等于在B点的速度
B．卫星在轨道2上的周期大于在轨道1上的周期
C．在轨道1和轨道2上，卫星在A点的速度大小相同
D．在轨道1和轨道2上，卫星在A点的加速度大小不同
4．我国航天员翟志刚打开神舟七号载人飞船轨道舱舱门，首度实施空间出舱活动，茫茫太空第一次留下中国人的足迹，如果轨道舱在半径为的圆形轨道运行，万有引力常量为，地球质量为，那么运行速度为（　　）
A． B． C． D．
5．《武汉晨报》2013年4月12日报道，美国近日发射了一架名为X—37B的航天飞机，被指正在跟踪中国的“天宫一号”，因为X—37B的运行轨道和轨道倾角与“天宫一号”非常接近，绕地运行轨道距地面约340~400km。如图所示，某一时刻“天宫一号”和X—37B分别在同一轨道上的A点和B点绕地球做逆时针匀速圆周运动，则（　　）
A．两个飞行器的线速度的大小和角速度的大小都相等
B．两个飞行器所受到的万有引力大小相等
C．X—37B启动发动机加速运动就能追上“天宫一号”
D．“天宫一号”的运行周期比同步卫星的运行周期大
6．2020年12月1日，嫦娥五号成功着陆月球，12月3日，嫦娥五号携带月壤从月面起飞进入预定的环月轨道，并于12月17日返回地球，这是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。下面有关探月卫星的说法正确的是（　　）
A．估测嫦娥五号进入环月轨道距月球的距离时不能将其看成质点
B．嫦娥五号在围绕月球转动时不会坠落地面，是因为嫦娥五号受到平衡力的作用
C．嫦娥五号在预定的环月轨道围绕月球做匀速圆周运动时的线速度一定小于
D．取回的月壤在地球表面受到的重力和在月球表面受到月球的引力一样大
7．火星的质量和半径分别约为地球的和，地球的第一宇宙速度为v，则火星的第一宇宙速度约为（　　）
A． B． C． D．
8．2020年11月24日，长征五号运载火箭搭载嫦娥五号探测器成功发射升空并将其送入预定轨道，11月28日，嫦娥五号进入环月轨道飞行，12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月壤着陆地球。假设嫦娥五号环绕月球飞行时，在距月球表面高度为h处，绕月球做匀速圆周运动（不计周围其他天体的影响），测出飞行周期T，已知万有引力常量G和月球半径R。则（　　）
A．嫦娥五号绕月球飞行的线速度为
B．月球表面的重力加速度
C．月球的质量为
D．月球的第一宇宙速度
9．2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式建成开通。如图是北斗卫星导航系统中三个卫星的圆轨道示意图，其中A为地球赤道同步轨道；轨道B为倾斜同步轨道，轨道半径与地球赤道同步轨道半径相同；轨道C为一颗中地球轨道。则下列说法中正确的是（　　）
A．在轨道A、B、C上运动的卫星的线速度大小关系为vA=vBB．在轨道A、B上运动的卫星需要的向心力大小一定相等
C．在轨道A、C上运动的卫星周期关系为TAD．在轨道A、B、C上运动的卫星周期的平方和轨道半径三次方的比值相等
10．嫦娥探月工程发射的嫦娥四号探测器，首次实现月球背面软着陆。已知引力常量为G，月球半径为R，月球表面的重力加速度大小为g，嫦娥四号将在离月球中心距离为r的轨道上运行，其绕月周期为T。根据以上信息判断下列说法正确的是（　　）
A．月球的第一宇宙速度为 B．嫦娥四号绕月运行的速度为
C．月球的平均密度为 D．月球的质量为
11．2020年11月28日20时58分，“嫦娥五号”探测器经过约112小时奔月飞行，在距月面约400公里处成功实施发动机点火，由M点顺利进入环月椭圆轨道Ⅱ，绕月三圈后进行第二次近月变轨，进入环月圆轨道Ⅰ、关于“嫦娥五号”在各个轨道上运行时，下列说法中正确的是（　　）
A．在轨道Ⅱ上M点的加速度大小大于轨道Ⅰ上F点的加速度大小
B．卫星在轨道Ⅱ上由M向N运动的过程中速率越来越小
C．卫星在轨道Ⅰ上经过M点时速率小于在轨道Ⅱ上经过M点时速率
D．在轨道Ⅱ上的运行周期小于在轨道Ⅰ的运行周期
12．如图所示，A是静止在赤道上的物体，B、C是同一平面内两颗人造卫星。B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星。则以下判断正确的是（　　）
A．卫星B的速度大小等于地球的第一宇宙速度
B．A、B的线速度大小关系为vAC．周期大小关系为TA=TCD．若卫星B要靠近C所在轨道，需要先加速
13．2020年7月31日，随着北斗三号全球卫星导航系统建成开通，“太空丝绸之路”走上服务全球造福人类的时代新舞台！北斗系统的空间段主要由地球同步轨道(GEO)卫星和中轨道(MEO)卫星等组成。如图为导航系统中的MEO卫星轨道(低于GEO卫星轨道)示意图，MEO卫星绕地球做匀速圆周运动时对地球的张角为θ，已知地球半径为R0，地球表面处的重力加速度大小为g，不考虑地球的自转，求：
(1)MEO卫星绕地球做匀速圆周运动的周期；
(2)设有GEO和MEO两卫星均在赤道平面内运行，其周期分别为T1和T2。若某时刻两者与地球球心成一直线，求三者再次位于一直线的最短时间间隔。
14．我国计划在2017年前后发射一颗返回式月球软着陆器，进行首次月球样品自动取样并安全返回地球，设想着陆器完成了对月球表面的考察任务后，由月球表面回到围绕月球做圆周运动的轨道舱，其过程如图所示，设轨道舱的质量为m，月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，轨道舱到月球中心的距离为r，引力常量为G，则试求：
（1）月球的质量；
（2）轨道舱的速度和周期。
15．2021年5月15日，天问一号探测器成功着陆火星，实现我国首次地外行星着陆。如图所示，质量约为的天问一号在火星表面着陆前的动力减速阶段可看做竖直方向的匀变速直线运动，探测器发动机打开，经速度由减至。已知火星半径约为地球半径的二分之一， 火星质量约为地球质量的十分之一，地球表面的重力加速度大小。求∶（计算结果保留两位有效数字）
（1）火星表面的重力加速度大小；
（2）动力减速阶段发动机提供的力的大小。
16．科学家于2017年首次直接探测到来自双中子星合并的引力波。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，在它们合并前的一段时间内，它们球心之间的距离为L，两中子星在相互引力的作用下，围绕二者连线上的某点O做匀速圆周运动，它们每秒钟绕O点转动n圈，已知引力常量为G。求：
（1）两颗中子星做匀速圆周运动的速率之和；
（2）两颗中子星的质量之和M。
参考答案
1．A
【详解】
A．文昌的维度低，离赤道近，发射卫星时尽量利用地球的自转线速度所需的能耗低。故A正确；
BC．空间站轨道高度约400km，远小于地球同步卫星的轨道高度，所以其飞行飞行速度小于第一宇宙速度且周期小于24小时。故BC错误；
D．对接时，需要减速降轨再加速对接，不能在轨道上直接加速。故D错误。
故选A。
2．C
【详解】
A．由于引力作为向心力，故地球球心都在卫星的轨道平面内，A正确，不符合题意；
B．为第一宇宙速度，即最大环绕速度，故卫星运动速度不超过，B正确，不符合题意；
C．卫星内的物体仍受重力作用，但作为向心力，故不可用弹簧秤直接测出所受重力的大小，C错误，符合题意；
D．由
可知，卫星运行时的向心加速度等于卫星轨道所在处的重力加速度，D正确，不符合题意。
故选C。
3．B
【详解】
在轨道1上，卫星由A点运动到B点，万有引力做正功，动能变大，速度变大，A错误；
由开普勒第三定律知卫星在轨道2上的周期较大，B正确；
卫星由轨道1变到轨道2，需要在A点加速，即在轨道1和轨道2上，卫星在A点的速度大小不相同，C错误；
由
G=ma
得
可知在轨道1和轨道2上，卫星在A点的加速度大小相等，D错误。
故选B。
4．D
【详解】
根据万有引力提供向心力得
解得
故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．根据万有引力提供向心力，有
求得
轨道半径r相同，所以两个飞行器的线速度的大小和角速度的大小都相等，故A正确；
B．由于未知两个飞行器的质量关系，所以所受到的万有引力大小不能确定，故B错误；
C．X—37B启动发动机加速运动，将做离心运动到更高的轨道上，所以不能追上同一轨道上的“天宫一号”，故C错误；
D．根据万有引力提供向心力，可得
由于同步卫星距地球表面约为，所以“天宫一号”的运行周期比同步卫星的运行周期小，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
A．估测嫦娥五号在环月轨道距月球的距离时，嫦娥五号大小可忽略，故可以将其看成质点，A错误；
B．嫦娥五号在围绕月球转动时做的是圆周运动，合力指向圆心，不是处于平衡状态，B错误：
C．最大环绕速度等于第一宇宙速度，月球重力加速度与半径都小于地球，故月球的第一宇宙速度比地球的第一宇宙速度要小，C正确；
D．月球表面的重力加速度大小约为地球重力加速度的六分之一，故取回的月壤在地球表面受到的重力大约是在月球表面的6倍，D错误。
故选C。
7．A
【详解】
由
求得第一宇宙速度
故
所以
故A正确，BCD错误。
故选A。
8．BD
【详解】
A.嫦娥五号绕月球飞行的线速度为
故A错误；
BC.设月球的质量为M，嫦娥五号的质量为m，则根据牛顿第二定律可得
解得
设月球表面的重力加速度为g，月球表面质量为m0的物体所受重力等于万有引力，即
解得
故B正确，C错误；
D.月球的第一宇宙速度是近月卫星的环绕速度，则有
故D正确。
故选BD。
9．AD
【详解】
A．在轨道运动的卫星的线速度大小由
可得
在轨道A、B、C上运动的卫星半径rA=rB>rC，所以有vA=vBB．在轨道A、B上运动的卫星向心加速度a相同，而向心力
F=ma
由于在轨道A、B上运动的卫星的质量未知，故B错误；
C．在轨道运动的卫星周期由
得
T=2π
由于rA>rC，所以在轨道A、C上运动的卫星周期关系为TA>TC，故C错误；
D．根据开普勒第三定律
可知D正确。
故选AD。
10．AC
【详解】
A．根据第一宇宙速度的定义有
解得月球的第一宇宙速度
A正确；
B．嫦娥四号绕月球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力
可以得到嫦娥四号绕月运行的速度为
B错误；
C．根据万有引力提供向心力
公式
月球的平均密度
C正确；
D．根据
解得
D错误。
故选AC。
11．BC
【详解】
A．根据
可知，在轨道Ⅱ上M点的加速度大小等于轨道Ⅰ上F点的加速度大小，选项A错误；
B．根据开普勒第二定律可知，卫星在轨道Ⅱ上由M向N运动的过程中速率越来越小，选项B正确；
C．卫星由轨道Ⅱ到轨道Ⅰ要在M点减速做近心运动，则在轨道Ⅰ上经过M点时速率小于在轨道Ⅱ上经过M点时速率，选项C正确；
D．根据开普勒第三定律
可知，在轨道Ⅱ上的运行周期大于在轨道Ⅰ的运行周期，选项D错误。
故选BC。
12．BD
【详解】
A．第一宇宙速度为近地卫星的环绕速度，为最大环绕速度，所以B的速度小于第一宇宙速度，故A错误；
B．A、C相比较，角速度相等，由，可知，根据卫星的线速度公式
得
则
故B正确；
C．卫星C为同步地球卫星，所以TA＝TC，再根据
得：卫星的周期
可知
所以
故C错误；
D．卫星要想从低轨道到达高轨道，需要加速做离心运动，故D正确。
故选BD。
13．(1) ；(2)
【详解】
(1)在地球表面
MEO卫星绕地球做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得
由几何关系得
MEO卫星绕地球做匀速圆周运动的周期
(2)设三者在一条直线到再次位于一直线，GEO卫星运动的圆心角为θG，MEO卫星运动的圆心角为θM，若经历最短的时间间隔为t，则有
θM-θG=π
则有
最短时间间隔
14．（1）；（2），
【详解】
（1）设月球质量为M，着陆器绕月球表面做圆周运动时有
解得
（2）轨道舱距月球中心为r，绕月球做圆周运动，令周期为T，速度为v。由牛顿第二定律得
解得
周期为
15．（1）；（2）
【详解】
（1）在地球表面
在火星表面
代入数据联立解得
（2）天问一号在动力减速阶段由速度公式得
根据牛顿第二定律得
代人数据联立解得在动力减速阶段发动机提供的力的大小
16．（1）；（2）
【详解】
（1）设恒星和行星的速率分别为、，轨道半径分别为、
由可知
角速度
解得
（2）设两颗中子星的质量分别为、，由万有引力提供向心力可得
解得