2021-2022学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册3.4宇宙速度与航天 课时练习(Word版含答案)

3.4宇宙速度与航天 课时练习（解析版）
一、选择题
1．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
2．水星、金星、地球与太阳的距离依次从小到大，比较这三颗行星绕太阳公转的周期，下列说法正确的是（　　）
A．水星最大 B．金星最大
C．地球最大 D．一样大
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．如图所示，从地面上A点发射一枚中远程地对地导弹，只考虑它只在地球引力作用下沿ACB椭圆轨道飞行击中地面目标B，C为轨道的最高点，距地面高度为h。已知地球半径为R，地球质量为M，引力常量为G，导弹在A、B两处的速度大小相等、方向垂直于AB的连线。则下列结论中正确的是（ ）
A．导弹在点的加速度小于
B．导弹在A点的速率可能为7.9km/s
C．导弹在C点的速率为零
D．导弹在C点的速率一定小于7.9km/s
5．2021年6月17日，“神州十二号”载人飞船与中国太空站“天和核心舱”完成自主对接。对接前“神州十二号”在较低轨道运行，“天和核心舱”在较高轨道运行，它们都绕地球近似做匀速圆周运动，运行轨道如图所示。则（　　）
A．“神州十二号”运行的周期比“天和核心舱”更小
B．“神州十二号”运行时的线速度比“天和核心舱”更小
C．“神州十二号”运行时的向心力比“天和核心舱”更大
D．“神州十二号”和“天和核心舱”都处于超重状态
6．北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能。“北斗”系统中两颗工作卫星1和2均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径均为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置，如图所示。若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作用力。以下判断正确的是（　　）
A．两颗卫星所受的向心力大小一定相等
B．要使卫星1追上卫星2，应使卫星1加速
C．卫星1由位置A运动到位置B所需的时间可能为
D．两颗卫星所在高度处的重力加速度为
7．2022年左右，我国将建成载人空间站．空间站运行的轨道距地面的高度约，它将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地。若该空间站绕地球做匀速圆周运动，其运行周期为T，轨道半径为地球同步轨道半径的，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度大小为g，忽略地球上物体自转的影响，则地球同步卫星的轨道半径为（　　）
A． B． C． D．
8．2021年5月15日，我国自主研制的火星探测器“天问一号”着陆火星。如图所示，着陆火星前探测器成功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”，被火星捕获，进入环火星圆形轨道，准备登陆火星。关于“天问一号”探测器，下列说法正确的是（　　）
A．探测器在椭圆轨道运行时，过点的速度小于过点的速度
B．探测器由椭圆轨道进入圆形轨道应该在点加速
C．探测器在椭圆轨道和圆形轨道上正常运行时通过点的加速度相等
D．探测器在椭圆轨道运行的周期比圆形轨道的周期小
9．2021年6月17日，神舟十二号载人飞船成功与天和核心舱对接，3名航天员顺利进人天和核心舱，标志着中国人首次进人自己的空间站。空间站绕地球做圆周运动的运行周期约为1.5h，如图所示是三名宇航员站立在天和核心舱地板上的情形，则下列说法正确的是（　　）
A．神舟十二号的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．空间站绕地球做圆周运动的运行速度不小于7.9km/s
C．神舟十二号先进入天和核心舱运行轨道，与之在同一轨道运行，再从后面加速以实现与天和核心舱对接
D．宇航员静止站在天和核心舱地板上时对地板的压力为零
10．2021年7月4日早上，“神舟十二号”航天员刘伯明和汤洪波先后出舱，成为我国第二和第三个在太空中行走的航天员，这也是我国继“神舟七号’后，第二次进行太空行走任务。若地球视为质量分布均匀的球体，关于固定在舱外某位置正在作业的宇航员，下列说法正确的是（　　）
A．宇航员的加速度方向总是指向地心
B．宇航员处于平衡状态
C．宇航员相对于地球表面是静止的
D．宇航员不受地球引力
11．近年来我国航天事业飞速发展，2020年7月23日，我国自主研发的火星探测器“天问一号”在海南文昌航天发射场由长征五号运载火箭发射升空，随后准确地进入预定地火转移轨道。如图所示为探测器经过多次变轨后登陆火星的轨迹示意图，其中轨道Ⅰ、Ⅲ为椭圆，轨道Ⅱ为圆。探测器经轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ运动后在Q点登陆火星，O点是轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的交点，轨道上的O、P、Q三点与火星中心在同一直线上，O、Q分别是椭圆轨道Ⅲ的远火星点和近火星点。已知火星的半径为R，，轨道Ⅱ上正常运行时经过O点的速度为v，关于探测器，下列说法正确的是（　　）
A．沿轨道Ⅰ运动时，探测器与Q点连线在相等时间内扫过的面积相等
B．沿轨道Ⅱ运动时，探测器经过O点的加速度大小等于
C．探测器由轨道Ⅰ到轨道Ⅱ，需在O点加速
D．沿轨道Ⅱ的运动周期大于沿轨道Ⅰ的运动周期
12．据报道，美国国家航空航天局（NASA）首次在太阳系外发现“类”行星Kepler-186f。若宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星，进行科学观测：该行星自转周期为T；字航员在该行星“北极”距该行星地面附近以速度v竖直上抛一个小球，小球经时间t返回到地面。已知该行星半径为R，引力常量为G，则下列说法正确的是（　　）
A．该行星的第一宇宙速度为
B．该行星的平均密度为
C．宇宙飞船绕该星球做圆周运动的周期不小于
D．如果该行星存在一颗同步卫星，其距行星表面高度为
13．我国空间站核心舱“天和”在离地高度约为的圆轨道上运行，目前有聂海胜等三名宇航员在轨工作。假设“天和”做匀速圆周运动，地球半径，则可知（　　）
A．“天和”核心舱内的宇航员不受地球重力作用
B．聂海胜在轨观看苏炳添东奥百米决赛比赛时间段内飞行路程可能超过
C．考虑到h远小于R，聂海胜可以记录连续两次经过北京上空的时间间隔T，利用公式估算地球密度
D．“天和”核心舱轨道平面内可能存在一颗与地球自转周期相同的地球卫星
14．宇宙中有两颗相距无限远的恒星、，半径均为，如图分别是两颗恒星周围行星的公转周期平方与公转半径三次方的图像，则（　　）
A．恒星的密度大于恒星的密度
B．恒星的质量小于恒星的质量
C．恒星的第一宇宙速度小于恒星的第一宇宙速度
D．距两恒星表面高度相同的行星，的行星向心加速度较大
二、解答题
15．假如将来的某一天你成为了一名优秀的宇航员，并成功登上了月球。当你乘宇宙飞船绕月球表面附近做匀速圆周运动时，测得宇宙飞船的周期为T；已知引力常量为G，月球半径为R，忽略月球的自转。根据以上信息，求：
（1）月球的质量；
（2）月球表面的重力加速度；
（3）月球上的第一宇宙速度。
16．2021年5月15日，“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星南部预选着陆区。着陆的最后阶段，着陆器在某一高度处悬停后关闭发动机开始自由下落，到达距火星表处的速度、方向竖直向下，落到火面时的速度。已知火星的半径，不计空气阻力，求：
（1）火星表面的重力加速度；
（2）火星的“第一宇宙速度”。
参考答案
1．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。
2．C
【详解】
根据万有引力提供向心力得
解得
可知地球的公转周期最大。故ABD错误，C正确。
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】
A．导弹在C处受到万有引力作用，则有
G = ma
解得，导弹在C点的加速度为
a = G
A错误；
B．若导弹离开A点时的速度等于第一宇宙速度，导弹将绕地球运动，而不会掉下来，B错误；
C．假设有一卫星在距地面高度为H的轨道上绕地球做匀速圆周运动，则根据万有引力提供向心力有
G = m
解得
v =
但导弹在C处做的是向心运动，则导弹在C点的速度应小于，但不等于零，C错误；
D．由选项C知，C点的速度
vC <
而第一宇宙为近地卫星的环绕速度为
v = > vC
D正确。
故选D。
5．A
【详解】
由图可知，“神州十二号”的轨道半径小于“天和核心舱”的轨道半径：
A．根据
得
可得“神州十二号”运行的周期比“天和核心舱”更小，故A正确；
B．根据
得
可得“神州十二号”运行时的线速度比“天和核心舱”更大，故B错误；
C．由于“神州十二号”的质量和“天和核心舱”的质量大小无法比较，所以无法比较“神州十二号”运行时的向心力与“天和核心舱”的向心力大小，故C错误；
D．对于两者都围绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，则“神州十二号”和“天和核心舱”都处于完全失重状态，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
A．两卫星均由万有引力提供向心力
轨道半径r相同，但卫星的质量m不一定相同，则向心力大小不一定相同；A错误；
B．若卫星加速，将做离心运动，运动半径变大且运动更慢，所以卫星1不可能追上卫星2；故B错误；
C．根据
可得，两卫星的周期
而A点到B点的圆周运动具有周期性，时间可为
(n=0,1,2,3...)
而当n=0时
故C正确；
D．由
和黄金代换式
联立可得两颗卫星所在高度处的重力加速度为
故D错误。
故选C。
7．A
【详解】
空间站和同步卫星绕地球做匀速圆周运动都是有万有引力提供向心力，设地球质量为M，同步卫星的轨道半径为，则对空间站有
对于地球表面的物体，忽略地球自转，重力等于万有引力
联立解得
故A正确，BCD错误。
故选A。
8．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，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，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加速度，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，选项D错误。
故选C。
9．D
【详解】
A．由于神舟十二号绕地球运行，因此发射速度应大于地球的第一宇宙速度，小于地球的第二宇宙速度，A错误；
B．根据
可知轨道半径越大，运行速度越小，绕地球表面运行的卫星速度为7.9km/s，因此空间站绕地球做圆周运动的运行速度小于7.9km/s，B错误；
C．神舟十二号只能在低于核心舱运行轨道上运行，逐渐加速，使轨道半径逐渐增大，才能与核心舱对接；而若进入同一运行轨道上运行，加速运行过程中，神舟十二号会做离心运动，不能实现对接，C错误；
D．宇航员静止站在天和核心舱地板上时，处于完全失重状态，对地板的压力为零，D正确。
故选D。
10．A
【详解】
ABD．宇航员围绕地球做匀速圆周运动，不是平衡状态，宇航员受到地球的万有引力指向地心，提供向心力，所以加速度方向也指向地心，故A正确，BD错误；
C．宇航员围绕地球做匀速圆周运动的角速度不等于地球自转的角速度，故宇航员相对于地球表面不是静止的，故C错误。
故选A。
11．B
【详解】
A．由开普勒定律可知，在同一轨道上运行的探测器与天体中心连线在相等时间内扫过的面积相等，而Q点并非天体中心位置，故A错误；
B．轨道Ⅱ是圆轨道，半径为3R，经过O点的速度为v，根据圆周运动的规律可知，探测器经过O点的加速度
故B正确；
C．探测器由轨道Ⅰ到轨道Ⅱ，需在O点减速，做近心运动，故C错误；
D．轨道Ⅱ的半径小于轨道Ⅰ的半长轴，由开普勒第三定律
可知，沿轨道Ⅱ的运动周期小于沿轨道Ⅰ运动周期，故D错误。
故选B。
12．AC
【详解】
A．行星地面附近的重力加速度为
该行星的第一宇宙速度为
A正确；
B．利用
得
行星的体积为
则密度为
B错误；
C．根据
解得：
C正确；
D．利用
解得
D错误。
故选AC。
13．D
【详解】
A．“天和”核心舱内的宇航员也受到地球引力的作用，即重力的作用，故A错误；
B．由公式
得贴近地球表面飞行的卫星的线速度
天和号运行的线速度
苏炳添东奥百米决赛比赛时间约为10s，所以聂海胜在轨观看苏炳添东奥百米决赛比赛时间段内飞行路程约为，故B错误；
C．北京不在赤道上，考虑到地球的自转的因素，若聂海胜记录连续两次经过北京上空的时间间隔T，该时间一定不是在较低的轨道上的天和号做匀速圆周运动的周期，所以不能用近地轨道密度与周期关系的公式估算地球的密度，故C错误；
D．由题可知，“天和”核心舱的轨道半径和地球同步卫星的轨道半径不同，由
可知在“天和”核心舱轨道平面内可能存在一颗与地球自转周期相同的地球卫星，故D正确。
故选D。
14．BC
【详解】
B．根据公式
得
越大，越大，由题图可以看出的质量大于的质量，故B正确；
A．两颗恒星的半径相等，则它们的体积相等，根据
所以质量大的密度大，故A错误；
C．根据万有引力提供向心力，则
所以
由于恒星的质量小于恒星的质量，所以恒星的第一宇宙速度小于恒星的第一宇宙速度，故C正确；
D．距两恒星表面高度相同的行星，它们的轨道半径相等，它们的向心加速度
所以的行星向心加速度较小，故D错误。
故选BC。
15．(1) ；(2) ；(3)
【详解】
(1)根据
可得月球的质量
(2) 忽略月球的自转时，有
可得月球表面的重力加速度
(3)由
可得月球上的第一宇宙速度
16．（1）；（2）
【详解】
设火星表面重力加速度为g，由运动学公式
解得
（2）由公式
联立解得