3.4人造卫星宇宙 同步练习（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 同步练习（解析版）
1．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，轨道1、2相切于P点，轨道2、3相切于Q点，如图所示.则当卫星分别在1、2、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Q点的速率小于在轨道2上Q点的速率
B．卫星在轨道3上的运行速率大于轨道1上的运行速率
C．卫星在轨道1上经过P点时的加速度大于它在轨道2上经过P点时的加速度
D．卫星在轨道2上经过Q点时的加速度等于它在轨道3上经过Q点时的加速度
2．图中的圆a、b、c。其圆心均在地球的自转轴线上。b、c的圆心与地心重合，对卫星环绕地球做匀速圆周运动而言，下列说发错误的是（　　）
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．同步卫星的轨道只可能为b
3．已知某卫星在赤道上空绕地球做匀速圆周运动，卫星运动方向与地球自转方向相同，赤道上某城市的天文爱好者2016年2月3日早8时整通过观察第一次发现卫星恰好掠过其正上方，2016年2月6日早8时整第六次观察到卫星恰好掠过其正上方，则该卫星的周期为（　　）
A．6小时 B．8小时 C．9小时 D．12小时
4．发射地球同步卫星要经过三个阶段：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后使其沿椭圆轨道2运行，最后将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。当卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时，则以下说法正确的是（　　）
A．卫星在轨道3上的运行速率大于7.9km/s
B．卫星在轨道3上的机械能小于它在轨道1上的机械能
C．卫星在轨道3上的运行速率大于它在轨道1上的运行速率
D．卫星分别沿轨道1和轨道2经过Q点时的加速度相等
5．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
6．我国计划在2020年左右，由“长征五号”运载火箭发射火星探测器，直接将其送入地—火转移轨道，一次实现“环绕、着陆、巡视”3个工程目标。若地球质量约为火星质量的10倍，地球半径约为火星半径的2倍，地球的第一宇宙速度大小为v，地球表面的重力加速度为g。在把探测器发射到火星上的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．探测器的发射速度大小必须介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B．火星表面的第一宇宙速度大小是
C．探测器绕火星表面运行的速度为
D．探测器绕火星表面运行的加速度为
7．飞天揽月，奔月取壤，嫦娥五号完成了中国航天史上一次壮举。如图所示为嫦娥五号着陆月球前部分轨道的简化示意图，Ⅰ是地月转移轨道，Ⅱ、Ⅲ是绕月球运行的椭圆轨道，Ⅳ是绕月球运行的圆形轨道。P、Q分别为椭圆轨道Ⅱ的远月点和近月点。已知圆轨道Ⅳ到月球表面的高度为h，月球半径为R，月球表面的重力加速度为g，不考虑月球的自转，下列关于嫦娥五号说法正确的是（　　）
A．在Ⅳ轨道上绕月运行的速度大小为
B．在Ⅱ轨道上稳定运行时经过P点的加速度大于经过Q点的加速度
C．在Ⅲ轨道上的机械能比Ⅳ轨道上大
D．由Ⅰ轨道进入Ⅱ轨道需在P处向前喷气，由Ⅱ轨道进入Ⅲ轨道需在Q处向后喷气
8．假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面的重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常数为G，则地球的半径为（　　）
A． B． C． D．
9．2021年5月19日，我国发布了“天问一号”探测器着陆过程两器分离和着陆后火星车拍摄的影像。着陆火星前探测器成功实施了近火星制动，如图所示是“天问一号”探测器进入环火星椭圆轨道，然后实施近火星制动，顺利完成“太空刹车”，探测器被火星捕获，进入环火星圆形轨道，最后择机着陆火星。则（　　）
A．“天问一号”探测器在环火星椭圆轨道运行时，点速度小于点速度
B．“天问一号”探测器由环火星椭圆轨道进入环火星圆形轨道应该在点加速
C．“天问一号”探测器在环火星椭圆轨道和环火星圆形轨道上通过点时的加速度相等
D．“天问一号”探测器在环火星椭圆轨道运行的周期比环火星圆形轨道的周期小
10．2020年7月23日，我国成功发射了“天问一号”火星探测器。未来，探测器到达火星附近变轨后绕火星做匀速圆周运动。若探测器在运行轨道上做圆周运动的周期为T，轨道半径为火星半径的k倍，已知火星表面的重力加速度为g，则火星的第一宇宙速度为（　　）
A． B． C． D．
11．我国“天问一号”火星探测器携带“祝融号”火星车成功发射后，首先进入地球逃逸轨道绕太阳运行，被火星捕获后进入环火轨道绕火星运行，而后通过四次近火变轨，顺利抵达近火轨道。已知“天问一号”在环火轨道和近火轨道绕火星做匀速圆周运动的半径之比为3：2，下列说法正确的是（　　）
A．“天问一号”在环火轨道和近火轨道运动的角速度之比为
B．“天问一号”在环火轨道和近火轨道运动的速度大小之比为
C．“天问一号”探测器在四次近火变轨过程中机械能保持不变
D．“天问一号”探测器的发射速度一定大于地球第一宇宙速度，小于地球第二宇宙速度
12．我国成功发射的“天舟一号”货运飞船与“天宫二号”空间实验室完成了首次交会对接，对接后形成“组合体”，其运行轨道稍低于“天宫二号”原来的轨道，若对接前、后的运动均可视为匀速圆周运动。则与“天宫二号”单独运行时相比，“组合体”正常运行时（　　）
A．线速度大小变小 B．周期变长 C．向心力变大 D．向心加速度变小
13．2013年12月2日，“嫦娥三号”探月卫星沿地月转移轨道直奔月球，在距月球表面100km的P点进行第一次变轨后被月球捕获，先进入距月球表面100km圆轨道绕月飞行，如图所示。之后“嫦娥三号”又经过一次变轨，进入近月表面15km、远月表面100km的椭圆轨道飞行，下列说法正确的是（　　）
A．“嫦娥三号”在距月球表面100 km圆轨道上运行的速度小于月球的第一宇宙速度
B．“嫦娥三号”在距月球表面100 km圆轨道上运行周期比在椭圆轨道上的周期大
C．“嫦娥三号”在圆轨道上经过P点时开动发动机加速才能进入椭圆轨道
D．“嫦娥三号”在圆轨道上经过P点时刹车减速才能进入椭圆轨道
14．我国成功发射了神舟十一号载人飞船并顺利和天宫二号对接．飞船在返回过程中先沿圆轨道2飞行，后在远地点P点火变轨，飞船由圆轨道变成图示的椭圆轨道1.下列判断正确的是（　　）
A．飞船通过P点时的加速度是唯一的
B．飞船在远地点P点火的目的是为了加速
C．飞船沿椭圆轨道1运行的周期比沿圆轨道2运行的周期小
D．飞船沿椭圆轨道1运行时，速度的大小保持不变
15．2017年9月，通过跟踪美国宇航局费米伽马射线太空望远镜绘制的神秘高能源，荷兰的低频阵列（LOFAR）射电望远镜发现了PSRJ0952－0607脉冲星，目前发现这颗脉冲星的质量约为太阳质量的1.4倍，周围有一颗伴星，伴星的物质正源源不断地被PSRJ0952－0607剥离吞噬，目前重量已经下降到不足木星的0.05。若PSRJ0952－0607和伴星可以看作是一个“双星”系统，它们都绕着同一圆心做匀速圆周运动，在伴星被剥离吞噬的过程中，它们之间的距离保持不变，则此过程中（　　）
A．PSRJ0952－0607与伴星之间的万有引力大小不断增大
B．伴星的轨道半径不断减小
C．伴星运行的线速度不断增大
D．伴星运行的角速度保持不变
16．若我国的“天问一号”探测器在离火星表面高度为h的空中沿圆员形轨道绕火星飞行，周期为T，若火星半径为r，引力常量为G，求：
(1)火星的质量；
(2)火星表面的重力加速度；
(3)火星的第一宇宙速度。
17．我国在 2018 年 12 月 8 日发射的“嫦娥四号”测控器在被月球捕获、落月过程中，其中一阶段在绕月的圆轨道上做匀速圆周运动，若“嫦娥四号”在环月圆轨道绕行 n 圈所用时间为 t，如图所示。已知月球半径为 R，月球表面处重力加速度为 g 月，引力常量为 G。试求：
（1）月球的质量 M；
（2）“嫦娥四号”环绕月球的轨道半径 r。
参考答案
1．D
【详解】
A．卫星在轨道2上经过Q点时必须要加速才能进入轨道3，可知卫星在轨道2上经过Q点时的速率小于它在轨道3上经过Q点时的速率，选项A错误；
B．根据
可知，卫星在圆轨道3上运行的速率小于在圆轨道1上运行的速率，选项B错误；
CD．根据
可知，卫星在轨道1上经过P点时的加速度等于它在轨道2上经过P点时的加速度；在轨道2上经过Q点时的加速度等于它在轨道3上经过Q点时的加速度，选项C错误，D正确。
故选D。
2．A
【详解】
同步卫星处于赤道正上方，则同步卫星的轨道只可能为b，由于是万有引力提高向心力，则卫星均是以地球中心为圆心进行圆周运动，故A错误，符合题意，BCD正确，不符合题意。
故选A。
3．C
【详解】
设该卫星的周期为T，地球自转周期T0=24小时，从2月3日早8时到2月6日早8时时间共3天，t=72小时，根据题意可得
解得
T=9小时
故选C。
4．D
【详解】
AC．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M，有
解得
轨道3半径比轨道1半径大，所以卫星在轨道3上的运行速率小于它在轨道1上的运行速率，卫星在轨道1上线速度是7.9km/ s，卫星在轨道3上的运行速率小于7.9km/s，故AC错误；
B．卫星从轨道1到轨道3需要克服引力做较多的功，故在轨道3上机械能较大，故B错误；
D．根据牛顿第二定律和万有引力定律
解得
所以卫星在轨道2上经过Q点的加速度等于在轨道1上经过Q点的加速度，故D正确。
故选D。
5．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。
6．B
【详解】
A．探测器要脱离地球的吸引，则发射速度大小必须大于第二宇宙速度，故A错误；
BC．地球半径约为火星半径的2倍，地球质量约为火星质量的10倍，根据公式
地球和火星的第一宇宙速度之比为
即火星表面的第一宇宙速度大小是，探测器绕火星表面运行的速度为，故B正确，C错误；
D．地球半径约为火星半径的2倍，地球质量约为火星质量的10倍，根据公式
重力加速度之比为
探测器绕火星表面运行的加速度为
故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．不考虑月球的自转，在月球表面的物体受到的重力等于万有引力
嫦娥五号在Ⅳ轨道上绕月运行时由引力作为向心力可得
联立可得在Ⅳ轨道上绕月运行的速度大小为
A错误；
B．在Ⅱ轨道上稳定运行时据牛顿第二定律可得
解得
经过P点时r较大，加速度a较小，B错误；
C．从Ⅲ轨道进入Ⅳ轨道应在Q点减速，机械能减小，故在Ⅲ轨道上的机械能比Ⅳ轨道上大，C正确；
D．由Ⅰ轨道进入Ⅱ轨道需在P处进行减速，应向前喷气，由Ⅱ轨道进入Ⅲ轨道需在Q处进行减速，应向前喷气，D错误。
故选C。
8．A
【详解】
在地球两极
在赤道上
解得
故选A。
9．C
【详解】
A．根据开普勒第二定律可知近火星点速度大，远火星点速度小，则点速度大于点速度选项A错误；
B．由环火星椭圆轨道进入环火星圆形轨道应该在点减速，因要由离心运动变为圆周运动，速度要变小，选项B错误﹔
C．在同一点万有引力产生的加速度均为，则椭圆轨道和环火星圆形轨道上通过点时的加速度相等，选项C正确；
D．由开普勒第三定律
可知轨道半径大的周期大，则椭圆轨道运行的周期比环火星圆形轨道的周期大，选项D错误；
故选C。
10．A
【详解】
由已知可得
因此
联立可得
故选A。
11．A
【详解】
由万有引力提供向心力得
得
、
A．由公式可知，“天问一号”在环火轨道和近火轨道运动的角速度之比为，故A正确；
B．由公式可知，“天问一号”在环火轨道和近火轨道运动的速度大小之比为，故B错误；
C．“天问一号”探测器在四次近火变轨过程中要向前喷气使探测器减速，此过程中外界对其做负功，机械能减小，故C错误；
D．“天问一号”探测器脱离地球的引力且仍然在太阳系内，则“天问一号”探测器的发射速度一定大于地球第二宇宙速度，小于地球第三宇宙速度，故D错误。
故选A。
12．C
【详解】
A．根据
解得
可知轨道半径越小，运动的线速度越大，因此“组合体”正常运行时，线速度大小变大，A错误；
B．根据
解得
可知轨道半径越小，运动的周期越短，因此“组合体”正常运行时，运行周期变短，B错误；
C．根据
对接后，由于“组合体”质量m变大，轨道半径变小，因此向心力变大，C正确；
D．根据
解得
对接后，由于“组合体”轨道半径变小，因此向心加速度变大，D错误。
故选C。
13．ABD
【详解】
A．月球第一宇宙速度是近月轨道卫星运行速度，根据
则
可知卫星轨道高度大，运行速度小，故A正确；
B．“嫦娥三号”在圆轨道上的半径大于卫星在椭圆轨道上的半长轴，根据开普勒第三定律
知“嫦娥三号”在圆轨道上的周期大于在椭圆轨道上运行的周期，故B正确；
CD．“嫦娥三号”在圆轨道上要进入椭圆轨道要做近心运动，在圆轨道上满足
在椭圆轨道上经过P点时将开始做近心运动满足
同在P点万有引力大小相等，故在椭圆轨道上的运行速率小于圆轨道上的运行速率，即在经过P点时刹车减速才能进入椭圆轨道，所以C错误，D正确。
故选ABD。
14．AC
【详解】
A．飞船在椭圆轨道1上P点和圆轨道2上P点时所受的万有引力相等，根据牛顿第二定律可得
故加速度相等，即是唯一的，A错误；
B．飞船从远地点P向近轨道运行，飞船做近心运动，点火的目的是减速，B错误；
C．根据开普勒第三定律可得
因为飞船沿椭圆轨道1运行的半长轴比沿圆轨道2运行的半径小，故飞船沿椭圆轨道1运行的周期比沿圆轨道2运行的周期小，C正确；
D．根据开普勒第二定律可知，飞船沿椭圆轨道1运行时，速度的大小会发生变化，D错误。
故选AC。
15．CD
【详解】
A．由万有引力公式
由题意可知，M>m，且M增加，m减小，故PSRJ0952－0607与伴星之间的万有引力大小不断减小，A错误；
B．由于双星角速度相等，由引力作为向心力可得
可得
又满足
可解得
由于双星质量之和不变，脉冲星质量M不断增大，故伴星轨道半径r2不断增大，B错误；
C．由
可知，随着轨道半径不断增大，伴星运行的线速度不断增大，C正确；
D．联立B解析中的方程
可解得
由题意可知，双星的质量之和(M+m)及距离L不变，故伴星运行的角速度保持不变，D正确。
故选CD。
16．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)探测器围绕火星做圆周运动时，有
解得
(2)根据万有引力等于重力得：
解得
(3)在火星表面，根据万有引力提供向心力得：
解得
17．（1）；（2）
【详解】
（1）月球表面处引力等于重力
得
（2）“嫦娥四号”做匀速圆周运动， 有
周期
解得