3.4人造卫星 宇宙 课时提升练（word版含答案）

3.4人造卫星 宇宙 课时提升练（解析版）
一、选择题
1．我国“嫦娥四号探月工程”实现了人类飞行器第一次在月球背面着陆，为此发射了提供通信中继服务的“鹊桥”卫星，并定点在如图所示的地月连线外侧的位置L处。“鹊桥”卫星与月球保持相对静止一起绕地球运动。“鹊桥”卫星、月球绕地球运动的加速度大小分别为a1、a2，线速度大小分别为v1、v2，周期分别为T1、T2，轨道半径分别为r1、r2，下列关系正确的是（　　）
A．T1＜T2 B．a1=a2=0 C．v1 >v2 D．
2．甲、乙两颗人造卫星均绕地球做匀速圆周运动，甲绕行的速率是乙的2倍，下列说法中正确的是（　　）
A．甲的轨道半径是乙的二分之一
B．甲的向心加速度是乙的四倍
C．甲的周期是乙的四分之一
D．甲的周期是乙的八分之一
3．2021年10月17日，“神舟十三号”载人飞船出征太空。11月7日，航天员王亚平成为中国首位进行出舱活动的女航天员。王亚平在中国空间站“天和”核心舱中一天可以看到16次日出日落。我国的北斗同步卫星也在太空为我们提供导航通信服务。下列说法正确的是（　　）
A．“神舟十三号”的发射速度为第二宇宙速度
B．“天和”核心舱围绕地球运动的速度为第一宇宙速度
C．“天和”核心舱围绕地球运动的周期是北斗同步卫星周期的
D．“天和”核心舱的向心加速度比北斗同步卫星的向心加速度大
4．下图是天问一号运行轨迹示意图，a、b是绕火星的椭圆轨道，c是绕火星的“近地”圆轨道，其搭载的“祝融号”火星车于2021年5月成功登陆火星表面，已知火星半径约为地球的，质量约为地球的，则以下说法正确的是（　　）
A．“天问一号”在c轨道上运行速率大于
B．“天问一号”在绕火星的a、b、c轨道上运行的周期关系为
C．“祝融号”火星车在地球表面所受的重力小于在火星表面所受的重力
D．火星表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的
5．2020年7月23日，在文昌发射站发射了首颗火星探测器“天问一号”，已知火星公转半径是地球公转半径的1.5倍，天问一号发射后沿霍曼转移轨道运动，可认为地球和火星在同一平面沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示。则下列说法正确的是（　　）
A．地球绕太阳运动的加速度小于火星绕太阳运动的加速度
B．探测器沿霍曼轨道飞往火星过程中做减速运动
C．火星探测器“天问一号”的发射速度v应满足
D．探测器沿霍曼转移轨道运动的周期为个月
6．2021年10月16日，“神舟十三号”飞船成功发射，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，并与“天和”核心舱顺利对接，如图所示。假设对接前它们在离地面高约为400km的同一轨道上一前一后绕地球做匀速圆周运动，则此时“神舟十三号”与“天和”核心舱（　　）
A．均处于平衡状态
B．向心加速度均小于9.8m/s2
C．运行周期均大于24h
D．“神舟十三号”若点火加速可以追上前面的“天和”核心舱
7．我国成功发射的北斗系统导航卫星中，第53、54颗导航卫星正常运行的轨道半径比值为，二者质量的比值为n，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，两卫星绕地球运动可视为匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A．若北斗导航卫星在绕地球运动的轨道上减速，卫星飞行高度将会升高
B．第53、54颗北斗导航卫星正常运行，绕地球运动的加速度大小之比为
C．第53、54颗北斗导航卫星正常运行，绕地球运动的动能之比为
D．第53、54颗北斗导航卫星正常运行，绕地球运动的角速度之比为
8．如图所示，在火星、木星轨道之间有一小行星带。假设小行星只受太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。若某颗小行星A与地球的周期分别为T、T0，公转速度分别为v、v0，则（　　）
A．T>T0，v>v0 B．T>T0，vC．Tv0
9．2021年5月15日“天问一号”探测器成功在火星软着陆，“祝融号”火星车开始开展巡视探测等工作。我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。已知火星的直径约为地球的50%，质量约为地球的10%，请通过估算判断以下说法正确的是（　　）
A．火星表面的重力加速度小于
B．“祝融号”火星车在火星表面所受重力大于在地球表面所受重力
C．探测器在火星表面附近的环绕速度大于
D．火星的第一宇宙速度等于地球的第一宇宙速度
10．2021年10月16日，载有3名航天员的神舟十三号载人飞船进入太空，这将首次考核并验证航天员长期在轨驻留空间站能力。已知空间站在离地高度约为的圆形轨道飞行，则下列说法正确的是（ ）
A．载人飞船在加速升空阶段宇航员处于超重状态，宇航员所受重力比在地面时大
B．空间站中桌面上放一个相对桌子静止的玻璃杯，此时玻璃杯对桌面没有压力
C．与离地高度约为的同步卫星相比，空间站做圆周运动的加速度更小
D．宇航员在空间站外面检修时若手中的工具不小心掉落，工具将会落向地面
11．2021年6月7日，搭载神舟十二号载人飞船的运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。神舟十二号飞船入轨后，成功与天和核心舱对接，3名航天员顺利进入天和核心舱，标志着中国人首次进入自己的空间站。如图为飞船运动过程的简化示意图。飞船先进入圆轨道1做匀速圆周运动，再经椭圆轨道2，最终进入圆轨道3完成对接任务。轨道2分别与轨道1、轨道3相切于A点、B点。则飞船（　　）
A．在轨道1的运行周期大于在轨道3的运行周期
B．在轨道2运动过程中，经过A点时的速率比B点大
C．在轨道2运动过程中，经过A点时的加速度比B点小
D．从轨道2进入轨道3时需要在B点处减速
12．在星球甲和乙的表面分别用一弹簧枪竖直向上发射小球A和B，小球A和B上升的最大高度之比为2：1。已知星球甲和乙的半径之比为2：1，小球A和B的质量之比为2：1，弹簧枪每次发射过程中释放的弹性势能相同，空气阻力不计，则星球甲和乙的（　　）
A．平均密度之比为1：4
B．质量之比为1：1
C．第一宇宙速度之比为1：1
D．同步卫星的周期之比为2：1
13．北京时间2021年8月19日，我国在太原卫星发射中心用“长征四号”乙运载火箭，成功将“天绘二号”02组卫星发射升空，卫星顺利进入预定圆轨道。若在该卫星的轨道上还有其他卫星绕地球运动，则对该轨道上的所有卫星，下列物理量相同的是（　　）
A．周期 B．向心力的大小
C．动能 D．向心加速度的大小
14．2021年10月16日，神舟十三号载人飞船在酒泉成功发射，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，飞船入轨后，按照预定程序，与天和核心舱进行自主快速交会对接。对接前，神舟十三号和天和核心舱在轨运动的情形如图甲所示，对接时的情形如图乙所示，忽略一切阻力影响，则下列说法正确的是（　　）
A．图（甲），A是天和核心舱，B是神舟十三号
B．图（甲），A的加速度比B的加速度大
C．图（乙）中，对接时，神舟十三号的速度比在图（甲）中在轨运行时速度大
D．图（乙）中，对接时，神舟十三号的机械能比在图（甲）中在轨运行时机械能大
15．中国空间站“天和”核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的。已知地球表面重力加速度大小为g（忽略地球自转），地球的半径为R，则下列关于核心舱说法正确的是（　　）
A．核心舱在轨道上运行周期大于同步卫星的周期
B．核心舱在轨道上运行速度小于
C．核心舱在轨道处加速度为
D．核心舱运行周期为
二、解答题
16．地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动，其周期与地球的自转周期相同，均为T，设地球半径为R，地球表面的重力加速度为g。求：
（1）地球同步卫星运行时的角速度大小；
（2）地球同步卫星离地面的高度h。
17．2020年我国“北斗”系统实现在全球范围内提供服务。现北斗系统中有一颗地球同步卫星A，离地面的高度为5.6R0，某时刻与离地面高度为2.3R0的地球空间站B相隔最近。已知地球半径为R0，地球自转周期为T0，卫星A和空间站B的运行轨道在同一平面内且运行方向相同。求：
（1）同步卫星A的线速度vA；
（2）同步卫星A和空间站B所在处的加速度大小之比aA∶aB；
（3）同步卫星A和空间站B再次相隔最近的时间t。
参考答案
1．C
【详解】
AD．鹊桥卫星在月球外侧与月球一起绕地球圆周运动，与月球保持相对静止，其周期与月球绕地周期相同，故AD错误；
B．根据
a=rω2=r
可知，鹊桥卫星的轨道半径大于月球的轨道半径，故其绕地球运动的加速度大于月球绕地球运动的加速度，故B错误；
C．据
v=rω=r
可知，鹊桥卫星的轨道半径大，线速度大，故C正确。
故选C。
2．D
【详解】
人造卫星绕地球做匀速圆周运动，由圆周运动规律和万有引力定律
可得
，，
A．甲绕行的速率是乙的2倍，由可知乙的轨道半径是甲的4倍，故A错误；
B．乙的轨道半径是甲的4倍，由可知甲的加速度是乙的16倍，故B错误；
CD．乙的半径是甲的4倍，由可知甲的周期是乙的八分之一，故C错误，D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．“神舟十三号”在地球引力范围内运动，发射速度小于第二宇宙速度，选项A错误；
B．“天和”核心舱离地面有一定的高度，环绕速度小于第一宇宙速度，选项B错误；
C．一天可以看到16次日出日落，则周期约为90分钟，“天和”核心舱绕地球做圆周运动的周期约为同步卫星周期的，选项C错误；
D．据开普勒第三定律
知“天和”核心舱离地面的高度比北斗同步卫星低，根据
解得
所以“天和”核心舱的向心加速度比北斗同步卫星的大，选项D正确。
故选D。
4．B
【详解】
A．根据万有引力提供向心力
解得
则火星的第一宇宙速度
则“天问一号”在c轨道上运行速率小于等于，故A错误；
B．根据开普勒第三定律
可知，卫星轨道的半长轴越大，周期越大，由图可知，“天问一号”在绕火星的a、b、c轨道上运行的周期关系为，故B正确；
CD．根据星球表面物体的重力等于万有引力
可知
火星表面的重力加速度约与比地球表面重力加速度的
则“祝融号”火星车在地球表面所受的重力大于在火星表面所受的重力，火星表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的，故CD错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．根据
因为地球绕太阳的公转半径小于火星绕太阳的公转半径，则地球绕太阳运动的加速度大于火星绕太阳运动的加速度，A错误；
B．探测器飞往火星过程中，引力做负功，所以速度减小，B正确；
C．火星探测器“天问一号”的发射因为要脱离地球的引力，所以发射速度v应满足，C错误；
D．火星绕太阳公转的半径为1.5R，地球公转半径为R，则探测器半长轴为1.25R，根据开普勒第三定律得
探测器沿霍曼转移轨道运动的周期个月，D错误。
故选B。
6．B
【详解】
A．“神舟十三号”与“天和”核心舱绕地球做匀速圆周运动，具有向心加速度，所以二者均不是平衡状态，故A错误；
B．在地球表面绕地球做匀速圆周运动的物体，根据万有引力提供向心力有
而对“神舟十二号”与“天和”核心舱有
由于
r＞R
所以
a＜g＝9.8m/s2
故B正确；
C．地球同步卫星的周期为24h，根据开普勒第三定律有
由于r＜r同，所以运行周期均小于24h，故C错误；
D．神舟十三号要与空间站对接，需要在低轨道加速，做离心运动，不能在同一轨道加速，故D错误。
故选B。
7．B
【详解】
A．若北斗导航卫星在绕地球运动的轨道上减速，则卫星将做向心运动，说明飞行高度降低，故A错误；
B．由公式得
则第53、54颗北斗导航卫星正常运行，绕地球运动的加速度大小之比为
故B正确；
C．由公式得
动能为
则第53、54颗北斗导航卫星正常运行，绕地球运动的动能之比为
故C错误；
D．由公式得
而第53、54颗北斗导航卫星轨道半径比值为m，所以运动的角速度之比不是1:1，故D错误。
故选B。
8．B
【详解】
由得线速度为
可以看出轨道半径越大，线速度越小，由图可知小行星群的轨道半径大于地球轨道半径，故
又由得周期为
可以看出轨道半径越大周期越大，故
故选B。
9．A
【详解】
AB．探测器在星球表面受到重力等于万有引力
解得星球表面重力加速度
已知火星的直径约为地球的50%，质量约为地球的10%，地球的重力加速度
则火星表面的重力加速度
可得“祝融号”火星车在火星表面所受重力小于在地球表面所受重力，故A正确，B错误；
CD．探测器在星球表面，绕星球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
得第一宇宙速度
探测器在地球表面飞行的速度即第一宇宙速度为7.9km/s，则探测器在火星表面附近的环绕速度即火星表面的第一宇宙速度为
故CD错误。
故选A。
10．B
【详解】
A．设地球的半径为R，则载人飞船在加速升空有
可看出载人飞船越往上重力越小，A错误；
B．在空间站中，物体处于完全失重状态，则玻璃杯对桌面没有压力，B正确；
C．设地球的半径为R，则根据
可看出离地高度越高加速度越小，与离地高度约为36000km的同步卫星相比，空间站做圆周运动的加速度更大，C错误；
D．国际空间站绕地球做匀速圆周运动，靠地球的万有引力提供向心力做圆周运动，释放的物体受到地球的引力，也做圆周运动，D错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．根据
可得
由上式可知飞船在轨道1的运行周期小于在轨道3的运行周期，故A错误；
B．根据开普勒第二定律可知，飞船在轨道2运动过程中，经过A点时的速率比B点大，故B正确；
C．根据
可知飞船在轨道2运动过程中，经过A点时的加速度比B点大，故C错误；
D．飞船从轨道2进入轨道3时需要在B点处加速，故D错误。
故选B。
12．B
【详解】
A．根据
可得
根据
则
选项A错误；
B．根据
可得质量之比为
选项B正确；
C．第一宇宙速度
之比为
选项C错误；
D．由题中条件不能确定同步卫星的周期关系，选项D错误。
故选B。
13．AD
【详解】
根据
可知
可知该轨道上卫星的周期相同；根据
可知该轨道上卫星的向心加速度的大小相同；由于卫星的质量不一定相同，则卫星的向心力大小以及动能不一定相同。
故选AD。
14．BD
【详解】
A．对接时，神舟十三号在低轨道合适的位置加速做离心运动，到达天和核心舱所在的轨道与之对接，所以A是神舟十三号，B是天和核心舱，A错误；
B．神舟十三号和天和核心舱绕地球做圆周运动，由牛顿第二定律可知
可知加速度与轨道半径平方成反比，所以图（甲），A的加速度比B的加速度大，B正确；
C．图（乙）中，对接时，神舟十三号所在的轨道半径比在图（甲）中所在的轨道半径大，由牛顿第二定律可得
所以图（甲）中神舟十三号的运行时速度比图（乙）中神舟十三号的运行时速度大，C错误；
D．神舟十三号要从图（甲）的低轨道上升到图（乙）中的高轨道，需要点火加速，机械能增加，所以图（乙）中，对接时，神舟十三号的机械能比在图（甲）中在轨运行时机械能大，D正确。
故选BD。
15．BD
【详解】
A．设卫星运行轨道半径为r，万有引力提供向心力则有
核心舱轨道半径小于同步卫星轨道半径，故核心舱在轨道上运行周期小于同步卫星的周期，A错误；
B．是第一宇宙速度的大小，即沿地球表面最大的运行速度，故核心舱在轨道上运行速度小于，B正确；
C．地球表面重力加速度大小为g，牛顿第二定律得
牛顿第二定律求核心舱在轨道处加速度
联立解得
C错误；
D．万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律求周期
联立解得
D正确
故选BD。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）角速度大小
（2）设地球质量为M，卫星质量为m，引力常量为G，地球同步卫星的轨道半径为r，则根据万有引力定律
对于质量为m0的物体放在地球表面上，根据万有引力等于重力，则有
卫星离地面的高度
联立解得
17．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）由题可知
根据
得同步卫星的速度
（2）由题可知
根据
得
则卫星A和空间站B所在处的加速度大小之比
（3）由开普勒第三定律，得
得
设再次相隔最近所需时间为t，则
代入数据得