7.4宇宙航行基础巩固2021—2022学年高中物理人教版(2019)必修第二册
一、选择题(共15题)
1.2018年2月12日,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星.这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星,是中国北斗三号工程第五、六颗组网卫星,其距离地表的高度为地球半径的3倍.已知地球的半径为R,地表的重力加速度为g,根据以上信息可以知道,这两颗卫星:
A.线速度为
B.角速度为
C.周期为
D.向心加速度为
2.2020年7月23日,我国首次火星探测任务“天问一号”探测器在海南文昌发射场用“长征五号”运载火箭成功发射,一步实现火星探测器的“绕、着、巡”假设该火星探测器探测火星时,经历如图所示的变轨过程。关于该探测器的下列说法正确的是( )
A.探测器在轨道Ⅱ上运动时,经过P点时的速度小于经过Q点时的速度
B.探测器在轨道Ⅱ上运动时,经过P点时的速度大于在轨道Ⅲ上运动时经过P点时的速度
C.探测器在轨道Ⅲ上运动到P点时的加速度大于探测器在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度
D.探测器在轨道I上经过P点时的速度小于探测器在轨道Ⅱ上经过P点时的速度
3.下列关于地球的卫星和空间站,说法正确的是( )
A.卫星绕地球做匀速圆周运动过程中,受到恒力的作用
B.近地卫星绕地球做匀速圆周运动的速度是所有地球卫星中最小速度
C.在空间站内,宇航员没有受到重力的作用,处于完全失重的状态
D.要成功发射卫星,发射速度至少是
4.请阅读下列材料,“天神”顺利来相会“海冬”惬意入天宫;2016年10月17日,承载着亿万国民的殷切期待的“神舟十一号”载人航天飞船在我国酒泉卫星发射中心成功发射,开始长达33天的太空飞行计划…“神舟十一号”是在经过5次变轨后,到达“天宫二号”后方约52公里左右的位置,两个8吨重的“大家伙”进入自动控制状态,在393公里轨道高度实现交会对接。11月18日13时59分,“神舟十一号”飞船返回舱开始进入大气层,速度不断增加,最终在阻力的作用下,近似做匀速运动,当距地面十公里左右的高度时,降落伞会打开,为“神舟十一号”减速,从伞舱盖打开到着陆的全程,大约12分钟,返回舱的下降速度也从每秒220米慢慢降到着陆前的每秒3米左右,最大程度来保证“神舟十一号”飞船安全着陆若“天宫二号”在轨道上做匀速圆周运动,则与地球同步卫星(轨道高度35860公里)相比,“天宫二号”具有更小的( )
A.周期 B.线速度 C.角速度 D.向心加速度
5.中国“北斗”卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统,是继美国GPS系统和俄罗斯“格洛纳斯”(GLONASS)系统之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成,其中空间端包括5颗地球同步卫星和30颗非地球同步卫星,以下说法正确的是( )
A.这5颗地球同步卫星的发射速度都大于第二宇宙速度
B.这5颗地球同步卫星的运行周期与地球自转周期不一定相等
C.这5颗地球同步卫星运动的加速度大小一定相同
D.不同国家发射的地球同步卫星必须运行在不同的轨道上
6.卫星的“星下点”是指卫星的瞬时位置和地球中心的连线与地球表面的交点,可用地理经、纬度来表示,对于位于“星下点”处的地面观察者来说,卫星就在天顶,如图所示,将“星下点”的轨迹画在地图上便是星下点轨迹图。已知某颗卫星的星下点轨迹图是一个点。地球自转的周期为T,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,卫星的运动可视为匀速圆周运动,则( )
A.该卫星为近地卫星
B.该卫星的线速度
C.该卫星的轨道半径
D.该卫星可能位于北京的正上方
7.2019年5月17日,我国成功发射第45颗北斗导航卫星,该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星),该卫星( )
A.入轨后可以位于北京正上方
B.入轨后的速度大于第一宇宙速度
C.发射速度大于第二宇宙速度
D.若发射到近地圆轨道所需能量较少
8.假设宇宙中有两颗相距无限远的行星A和B,自身球体半径分别为RA和RB。两颗行星各自周围的卫星的轨道半径的三次方(r3)与运行公转周期的平方(T2)的关系如图所示,T0为卫星环绕各自行星表面运行的周期。则( )
A.行星A的质量小于行星B的质量
B.行星A的密度小于行星B的密度
C.行星A的第一宇宙速度大于行星B的第一宇宙速度
D.当两行星周围的卫星的运动轨道半径相同时,行星A的卫星的向心加速度小于行星B的卫星的向心加速度
9.赤道平面内的某卫星自西向东飞行绕地球做圆周运动,该卫星离地高度为h,赤道上某人通过观测,前后两次出现在人的正上方最小时间隔为t,已知地球的自转周期为T0,地球的质量为M,引力常量为G,由此可知( )
A.地球的半径为 B.地球的半径为
C.该卫星的运行周期为 D.该卫星运行周期为
10.“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中,发现A、B两颗天体各有一颗靠近表面飞行的卫星,并测得两颗卫星的周期相等,以下判断正确的是( )
A.天体A、B表面的重力加速度一定相等 B.两颗卫星的线速度一定相等
C.天体A、B的质量一定相等 D.天体A、B的密度一定相等
11.2016年12月17日是我国发射“悟空”探测卫星二周年纪念日,一年来的观测使人类对暗物质的研究又进了一步.宇宙空间中两颗质量相等的星球绕其连线中心转动时,理论计算的周期与实际观测周期不符,且;因此,科学家认为,在两星球之间存在暗物质.假设以两星球球心连线为直径的球体空间中均匀分布着暗物质,两星球的质量均为m;那么,暗物质质量为
A.
B.
C.
D.
12.木星至少有16颗卫星,1610年1月7日伽利略用望远镜发现了其中的4颗.这4颗卫星被命名为木卫1、木卫2、木卫3和木卫4.他的这个发现对于打破“地心说”提供了重要的依据.若将木卫1、木卫2绕木星的运动看做匀速圆周运动,已知木卫2的轨道半径大于木卫1的轨道半径,则它们绕木星运行时
A.木卫2的周期大于木卫1的周期
B.木卫2的线速度大于木卫1的线速度
C.木卫2的角速度大于木卫1的角速度
D.木卫2的向心加速度大于木卫1的向心加速度
13.极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极(轨道可视为圆轨道).如图所示,若某极地卫星从北纬30°A点的正上方按图示方向第一次运行至南纬60°B点(图中未画出)的正上方,所用时间为6h.则下列说法正确的是
A.该卫星的加速度为9.8m/s2 B.该卫星的轨道高度约为36000km
C.该卫星的轨道与A、B两点共面 D.该卫星每隔12h经过A点的正上方一次
14.2014年10月24日,“嫦娥五号”探路兵发射升空,为计划于2017年左右发射的“嫦娥五号”探路,并在8天后以“跳跃式返回技术”成功返回地面.“跳跃式返回技术”指航天器在关闭发动机后进入大气层,依靠大气升力再次冲出大气层,降低速度后再进入大气层,如图所示,虚线为大气层的边界.已知地球半径为R,地心到d点的距离为r,地球表面重力加速度为g.下列说法正确的是( )
A.“嫦娥五号”探路兵在b点处于完全失重状态
B.“嫦娥五号”探路兵在d点的加速度小于
C.“嫦娥五号”探路兵在d点的速率小于
D.“嫦娥五号”探路兵在c点的速率大于在e点的速率
15.2019年2月15日,一群中国学生拍摄的地月同框照,被外媒评价为迄今为止最好的地月合影之一。如图所示,把地球和月球看做绕同一圆心做匀速圆周运动的双星系统,质量分别为M、m,相距为L,周期为T,若有间距也为L的双星P、Q,P、Q的质量分别为2M、2m,则( )
A.地、月运动的轨道半径之比为 B.地、月运动的加速度之比为
C.P运动的速率与地球的相等 D.P、Q运动的周期均为
二、填空题(共4题)
16.质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行,其运动视为匀速圆周运动.已知月球质量为M,月球半径为R,月球表面重力加速度为g,引力常量为G,不考虑月球自转的影响,则航天器的线速度v=________,角速度ω= ________,运行周期T=________,向心加速度a=________.
17.甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动,则两颗星运动的角速度之比为___________,向心加速度之比为_________。
18.欧洲开发的全球卫星定位系统“伽利略计划”进入部署和使用阶段.“伽利略计划”将发射30颗卫星,全球卫星定位系统采用的是“移动卫星”,它与电视转播用的“地球同步卫星”不同.同步卫星的轨道平面与地球赤道平面重合,离地面的高度只能为一确定的值,移动卫星的轨道离地面的高度可以改变,相应转动周期也可以不同.设某移动卫星通过地球的南、北两极的圆形轨道运行,离地面的高度为h.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,则该移动卫星连续两次通过地球赤道上空的时间间隔为_____________.
19.宇宙中两颗靠得比较近的恒星,只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转,称之为双星系统.在浩瀚的银河系中,多数恒星都是双星系统.设某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动,如图所示,若AO>OB,则
(1)星球A的质量一定_________B的质量(选填:大于、小于、等于)
(2)星球A的角速度一定________B的角速度(选填:大于、小于、等于)
(3)双星的总质量一定,双星间距离越大,其转动周期__________(选填:越大、越小、不变)
20.在一个未知星球上用如图(a)所示装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出作平抛运动。现对此运动采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球在作平抛运动过程中的多张照片,经合成后,照片如(a)图所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s,照片大小如图中坐标所示,又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4,则:
(1)由以上信息,可知a点___________(填“是”或“不是”)小球的抛出点;
(2)由以上及图信息,可以推算出该星球表面的重力加速度为________m/s2
(3)由以上及图信息可以算出小球平抛的初速度是_______________m/s;
(4)由以上及图信息可以算出小球在b点时的速度是______________m/s。
(5)若已知该星球的半径与地球半径之比为R星∶R地=1∶4,则该星球的质量与地球质量之比M星∶M地=_______,第一宇宙速度之比v星∶v地=__________。(g地取10m/s2)
三、综合题(共4题)
21.已知近地轨道卫星的线速度约为8 km/s,周期T0约为85分钟。现有某一人造地球卫星距离地面的高度为3R(R为地球的半径)。求:该人造地球卫星的线速度v和周期T。
22.有一探测卫星在地球赤道正上方绕地球做匀速圆周运动,已知地球质量为M,地球半径为R,万有引力常量为G,探测卫星绕地球运动的周期为T,求:
(1)探测卫星绕地球做匀速圆周运动时的轨道半径;
(2)探测卫星绕地球做匀速圆周运动时的速度大小;
(3)在距地球表面高度恰好等于地球半径时,探测卫星上的观测仪器某一时刻能观测到的地球表面赤道的最大弧长(此探测器观测不受日照影响,不考虑空气对光的折射).
23.“神舟”七号飞船的成功发射为我国在2010年实现探月计划——“嫦娥工程”获得了宝贵的经验,假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为,飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运行,到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B再次点火进入月球近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动,万有引力常量为G,求:
(1)飞船在轨道Ⅲ上的运行速率;
(2)飞船在轨道Ⅰ绕月球运行一周所需的时间.
(3)飞船在A点处点火后瞬间与点火前相比,速度是变大还是变小?
参考答案
1.B
2.D
3.D
4.A
5.C
6.C
7.D
8.C
9.D
10.D
11.A
12.A
13.B
14.C
15.D
16.
17.
18.
19.小于 等于 越大
20.是 8 0.8 1∶20 ∶5
21.4km/s ,min
22.(1)(2) (3)
23.(1);(2);(3)变小