3.4人造卫星宇宙基础巩固（Word版含答案）

3.4人造卫星宇宙基础巩固2021—2022学年高中物理教科版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．我国发射的“神州六号”载人飞船，与“神州五号”飞船相比，它在更高的轨道上绕地球做匀速圆周运动，如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．“神州六号”的线速度较大
B．“神州六号”的角速度较大
C．“神州六号”的周期更长
D．“神州六号”的向心加速度较大
2．已知月球半径约为1.7×103km，月球表面的重力加速度约为1.6m/s2，则月球的第一宇宙速度约为（　　）
A．1.11km/s B．1.65km/s C．2.72km/s D．3.30km/s
3．通常我们把太阳系中行星自转一周的时间称为“一天”，绕太阳公转一周的时间称为“一年”．与地球相比较，金星“一天”的时间约是地球“一天”时间的243倍．由此可知：
A．地球的自转角速度约是金星自转角速度的243倍
B．金星的质量约是地球质量的243倍
C．金星的半径约是地球半径的243倍
D．地球表面的重力加速度约是金星表面重力加速度的243倍
4．北京时间2015年7月24日，美国宇航局宣布，可能发现了“另一个地球”——开普勒－452b。将开普勒－452b简化成如图所示的模型：MN为该星球的自转轴，A、B是该星球表面的两点，它们与地心O的连线OA、OB与MN的夹角分别为α=30°，β=60°；在A、B两点处放置质量分别为mA、mB的物体。设该星球的自转周期为T，半径为R，引力常量为G。则下列说法正确的是（　　）
A．该星球的第一宇宙速度为
B．若不考虑该星球自转，在A点用弹簧测力计称量质量为mA的物体，平衡时示数为F，则星球的质量为
C．放在A、B两点处的物体随星球自转的向心力大小的比值为
D．放在A、B两点处的物体随星球自转的向心力大小的比值为
5．人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，称为第一宇宙速度．第一宇宙速度大小是（ ）
A．7.9km/s B．11.2km/s
C．16.7km/s D．7.9m/s
6．1999年5月我国成功发射的气象卫星“风云一号”，在距地球表面高度为900km的圆形轨道上运行；2016年8月我国成功发射的“墨子号”量子科学实验卫星，在距地球表面高度为500km的圆形轨道上运行，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．“墨子号”卫星的角速度比“风云一号”的角速度小
B．“墨子号”卫星的线速度比“风云一号”的线速度小
C．“墨子号”卫星的向心加速度比“风云一号”的向心加速度大
D．“墨子号”卫星的运行周期比“风云一号”的运行周期大
7．太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备，与普通电梯类似，不同的是，它的作用并不是让乘客往返于楼层之间，而是将人和物体送入空间站。假设太空电梯竖直向上匀速运动，它从地面上带了重的植物种子，当太空电梯上升到某高度时发现种子的重力“变成”了。已知地球的半径为R，不考虑地球的自转，则此时太空电梯距地面的高度约为（　　）
A． B． C． D．
8．美国火星探测器“洞察”号于2018年11月27日成功登陆火星，已知火星与地球绕太阳公转的轨道半径之比为3︰2，火星与地球的质量之比为1︰10，火星与地球的半径之比为1︰2，则
A．火星绕太阳的公转周期小于1年
B．“洞察”号减速下降登陆火星的过程中处于失重状态
C．火星绕太阳公转的向心加速度比地球小
D．地球和太阳的连线与火星和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等
9．地球的第一宇宙速度为7．9km/s，则（ ）
A．所有发射成功的卫星的速度都维持在7．9km/s
B．所有在轨运行的卫星的速度都不会小于7．9km/s
C．第一宇宙速度的数值是由地球的质量和半径决定的
D．月球绕地球运动的速度一定比7．9km/s大
10．2020年3月9日19时55分在西昌卫星发射中心，我国利用长征三号乙运载火箭，成功发射了北斗三号GEO—2卫星。GEO—2是地球同步轨道（GEO）卫星，是北斗系统的第54颗卫星（北斗系统的倒数第二颗卫星）。下列说法中正确的是（　　）
A．人造地球卫星最大的发射速度为7.9km/s
B．GEO—2卫星所在轨道处的重力加速度可能为9.8m/s2
C．GEO—2卫星不可能定点在郑州上空
D．GEO—2卫星的线速度大于近地卫星的线速度
11．2018年12月8日2时23分，嫦娥四号探测器搭乘长征三号乙运载火箭，开始了奔月之旅，首次实现人类探测器月球背面软着陆．12月12日16时45分，号探测器成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入了近月点约100km的环月轨道，如图所示，则下列说法正确的是
A．嫦娥四号的发射速度大于第二宇宙速度
B．嫦娥四号在100km环月轨道运行通过P点时的加速度和在椭圆环月轨道运行通过P点时加速度相同
C．嫦娥四号在100km环月轨道运动的周期等于在椭圆环月轨道运动周期
D．嫦娥四号在地月转移轨道经过P点时和在100km环月轨道经过P点时的速度相同
12．下列运动状态中，物体处于平衡状态的是（ ）
A．蹦床运动员上升到最高点
B．荡秋千的小孩摆到最低点
C．与倾斜的、匀速传动的传送带保持相对静止的货物
D．宇航员乘坐神舟六号进入轨道做圆周运动时
13．“北斗来了不迷路”，从跟跑到并跑，随着中国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗、也就是第55颗组网卫星2020年6月23日成功发射，中国北斗卫星导航系统终于来到了和世界其他系统并肩前行的位置。北斗卫星导航系统空间段由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗傾斜地球同步轨道卫星。其中中地球轨道卫星离地高度约2.1万千米，静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星离地高度均约为3.6万千米。以下说法正确的是（　　）
A．倾斜地球同步轨道卫星和静止轨道卫星线速度相同
B．地球赤道上的随地球一起自转的石块线速度比中地球轨道卫星线速度要大
C．中地球轨道卫星的运行周期小于地球自转周期
D．静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星的发射速度一定要超过7.9km/s，中地球轨道卫星的发射速度可以小于7.9km/s
14．2020年底发射的“嫦娥五号”将执行月球采样返回任务。如图所示，“嫦娥五号”登陆月球前在圆形轨道Ⅰ上运动到达轨道的P点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点Q时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月做圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A．飞船在轨道Ⅰ上运行的周期小于轨道III上运行的周期
B．飞船在轨道I的运行速率大于轨道III上的运行速率
C．飞船在轨道Ⅰ上经过P点的加速度等于在轨道Ⅱ上经过P点的加速度
D．飞船在轨道ⅠI上经过Q点的运行速率小于飞船在轨道III上经过Q点的运行速率
15．研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化．若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为（ ）
A．T B．T C．T D．T
二、填空题（共4题）
16．如图所示，人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动，当卫星运动到轨道上远地点P时，速度大小为v，P点距离地球球心的距离为r，当卫星从近地点运动到P点的过程中，卫星的引力势能_______（选填“变大、“不变”或“变小”）；卫星在P点的加速度a________（选填“大于”“等于”或“小于”）。
17．A为地球赤道上的物体，随地球自转的速度为v1，B为近地卫星，在地球表面附近绕地球运行，速度为v2，C为地球同步卫星，距地面高度为地球半径的5倍，绕地球运行的速度为v3，则v1∶v2∶v3＝________.
18．某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆．该卫星到地心的距离从r1慢慢减小到r2，用v1、v2和a1、a2分别表示卫星在这两个轨道上的运行速率和向心加速度，则运行速率v1_____v2，向心加速度a1_____a2（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
19．在月球上的宇航员，若已知引力常量G和月球半径R，且手头有一个已知质量为m的钩码，试设计实验测量月球的质量。
（1）需要使用的测量工具是___________（选填：弹簧测力计、刻度尺或秒表），测量的物理量及符号为___________；
（2）月球质量的表达式为m月=___________（利用已知量和测量量的符号表示）。
三、综合题（共4题）
20．如图所示，A是地球的同步卫星．另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h．已知地球质量为M,地球半径为R，地球自转周期为T0，万有引力常量为G，O为地球中心．
(1)求卫星B的运行周期；
(2)求卫星B的线速度大小；
(3)将卫星B的周期记为T（以方便计算），如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？（结果用T和T0表示）
21．2011年，我国长征三号运载火箭，成功将“天链一号02星”送入地球同步转移轨道。“天链一号02星”又称跟踪和数据中继卫星，是航天器太空运行的数据“中转站”，用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。
(1)已知地球半径r=6400km，重力加速度g=10m/s2，地球自转周期T=24h，请你估算“天链一号02星”的轨道半径为多少？（结果保留一位有效数字）
(2)某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号，需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器，如果航天器与“天链一号02星”处于同轨道最远可通信距离的情况下，航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是多少？已知地球半径为r，地球同步卫星轨道半径为R，无线电波的传播速度为光速c。
22．中国计划已经实现返回式月球软着陆器对月球进行科学探测，如图所示，发射一颗运动半径为的绕月卫星，登月着陆器从绕月卫星出发（不影响绕月卫星运动），沿椭圆轨道降落到月球的表面上，与月球表面经多次碰撞和弹跳才停下来。假设着陆器第一次弹起的最大高度为，水平速度为，第二次着陆时速度为，已知月球半径为，着陆器质量为，不计一切阻力和月球的自转。求：
（1）月球表面的重力加速度。
（2）在月球表面发射一颗月球卫星的最小发射速度是多大？
（3）设想软着陆器完成了对月球的科学考察任务后，再返回绕月卫星，返回与卫星对接时，二者具有相同的速度，着陆器在返回过程中需克服月球引力做功，则着陆器的电池应提供给着陆器多少能量，才能使着陆器安全返回到绕月卫星。
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．C
2．B
3．A
4．C
5．A
6．C
7．B
8．C
9．C
10．C
11．B
12．C
13．C
14．C
15．B
16．变大 大于
17．
18．小于 小于
19．弹簧测力计（刻度尺和秒表） 测出钩码重力F（弹簧测力计示数）；钩码从空中适当高处由静止释放，测出其下落高度h和下落时间t） （或）
20．(1) (2) (3)
21．(1)；(2)
22．（1）；（2）；（3）
23．（1）；（2）；（3）变小