3.4宇宙速度与航天 自主提升过关练（word版含答案）

3.4宇宙速度与航天 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．2021年11月8日，“天问一号”环绕器成功实施近火制动，准确进入遥感使命轨道。制动前环绕器在轨道I上运动，在P点制动后进入轨道Ⅱ运动。如图所示，环绕器沿轨道I、Ⅱ运动到P点的速度大小分别为vI、vⅡ；加速度大小分别为aI、aⅡ。则（　　）
A．vI>vⅡ aI=aⅡ B．vIaⅡ
2．2021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
3．为了加快建设海洋强国，根据《中国民用空间基础设施中长期发展规划》和《海洋卫星业务发展“十三五”规划》，我国将研制和发射海洋卫星共十余颗。如图所示，海洋卫星、、是在地球赤道平面内绕地球做匀速圆周运动的三颗卫星，已知海洋卫星的周期为12h，海洋卫星、是地球同步卫星，此时海洋卫星、恰好相距最近，地球自转的自转周期为24h，则下列说法正确的是（ ）
A．海洋卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
B．海洋卫星b的机械能一定等于海洋卫星c的机械能
C．海洋卫星a在降低轨道的过程中质量保持不变，海洋卫星a的机械能将增加
D．海洋卫星a和海洋卫星b下一次相距最近经过时间可能为8h
4．如图所示，a为地球赤道上的物体，随地球表面一起转动，b为近地轨道卫星，c为同步轨道卫星，d为高空探测卫星。若a、b、c、d绕地球转动的方向相同，且均可视为匀速圆周运动。则（　　）
A．a、b、c、d中，a的加速度最大 B．a、b、c、d中，b的线速度最大
C．a、b、c、d中，c的周期最大 D．a、b、c、d中，d的角速度最大
5．2021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
6．已知“04星”绕地球做匀速圆周运动，地球相对“04星”的张角为，如图，地球的密度为，引力常量为G，则“04星”绕地球做匀速圆周运动的周期为（　　）
A． B．
C． D．
7．如图所示，在赤道发射场发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道I，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则（　　）
A．该卫星在P点的速度大于11.2km/s
B．卫星在轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/s
C．卫星在Q点需要适当加速，才能够由轨道I进入轨道Ⅱ
D．卫星在轨道Ⅱ上经过Q点时加速度大于轨道I经过Q点时的加速度。
8．2021年10月16日，“长征二号”遥十二运载火箭成功将载有三名航天员的“神舟十三号”飞船送入预定轨道，并顺利实现其与“天和”核心舱对接。下列说法正确的是（　　）
A．载人飞船加速上升过程中，三名航天员均处于失重状态
B．对接过程中，神舟飞船与“天和”核心舱均可看成质点
C．飞船环绕地球运行过程中，航天员对核心舱有压力作用
D．王亚平做“太空欢乐球”实验中，泡腾片在水球内产生的小气泡没有离开水球，是由于气泡及水球处于完全失重状态
9．据报道，“天问一号””火星探测器以及“祝融号”火星车在2021年9月份失联了一个月，失联的原因是由于太阳处在地球与火星中间，出现严重的“日凌干扰”现象，情景如图所示。已知地球、火星均沿轨道逆时针运动，地球公转周期为1年，火星公转周期为1.8年，试估算下次“日凌干扰”大约出现在（ ）
A．2024年12月 B．2023年9月 C．2023年12月 D．2022年9月
10．2021年5月30日，我国“天舟二号”货运飞船B携带物资与在固定轨道上的空间站A成功交会对接，如图所示，二者对接前分别在各自的轨道上做圆周运动。若用s、θ分别表示A、B在时间t内通过的弧长和转过的角度，则在下列图像中，可能正确的是（　　）
A． B． C．D．
11．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
12．我国2020年发射的火星车，2021年顺利到达了火星。下一步的目标是发射可回收火星探测器。若将来我国发射的探测器从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，整个过程中，探测器的质量可认为不变，则下列说法正确的是（　　）
A．探测器从轨道Ⅱ上转移到轨道Ⅲ上时，应在P点点火进行加速
B．探测器在轨道Ⅰ上运动的机械能等于在轨道Ⅱ上运动的机械能
C．探测器绕火星在轨道Ⅰ、轨道Ⅱ、轨道Ⅲ上运动时的周期相同
D．探测器在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度小于探测器在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度
13．2021年10月16日，搭载“神舟十三号”载人飞船的“长征二号”F遥十三运载火箭，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，飞行乘组状态良好，发射取得圆满成功，我国航天事业又向前迈进了一步。如图所示，甲、乙两颗卫星绕地球运动，卫星甲做匀速圆周运动（C为圆周上的点），其轨道半径为3R；卫星乙的轨道是椭圆，椭圆的长轴为6R，且A、B是该轨道的近地点和远地点。不计卫星间的相互作用，下列说法正确的是（　　）
A．卫星乙在A点时的速度一定大于7.9km/s
B．卫星乙在A点时的速度一定大于卫星甲在C点时的速度
C．卫星甲的转动周期比卫星乙的转动周期小
D．卫星甲的转动周期比卫星乙的转动周期大
14．2021年10月16日，神州十三号载人飞船与天和核心舱“径向”对接成功，与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱（船）组合体。组合体在距离地面约为（R为地球半径）的圆形轨道上绕地球运行，地球表面的重力加速度为g，则组合体（　　）
A．线速度小于第一宇宙速度
B．运行周期大于地球同步卫星的周期
C．向心加速度大小约为
D．运行周期约为
15．观测到宇宙中有如图所示的一个三星系统：三颗星体A、B、C始终处于一条直线上，A、C两颗星围绕中间星体B做稳定的圆周运动；AB之间和BC之间间距均为L；已知B的质量为m，A、C的质量未知。三颗星体受到其他星体的作用力忽略不计，万有引力常量G已知，则下列判断中正确的是（　　）
A．可以比较星体A、C的线速度大小关系
B．可以比较三颗星体的质量大小关系
C．可以求得星体A、C做圆周运动的周期
D．可以比较三颗星体所受合力的大小关系
二、解答题
16．我国的“风云”二号卫星是地球同步卫星。因为它与地球自转同步，所以我们看上去就像停在天空中不动一样。请运用开普勒定律，根据月球绕地球运动的相关数据，估算同步地球卫星离地面的高度。近似地把月球和“风云”二号卫星的轨道看作圆周轨道，已知月球的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为，地球半径为。计算时保留两位有效数字。
17．请查阅资料，写一篇关于人造卫星的分类、运行轨道和主要性能、用途的小论文，并与同学交流。
参考答案
1．A
【详解】
“天问一号” 在P点制动后进入轨道Ⅱ运动，故“天问一号”在轨道I上的P点速度大小大于轨道在Ⅱ运动到P点的速度，故
vI>vⅡ
“天问一号”的加速度是由万有引力产生
可知在同一P点，万有引力对“天问一号”产生的加速度相同，与卫星所在轨道无关，故
aI=aⅡ
A正确，BCD错误；
故选A。
2．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。
3．D
【详解】
A．第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，所以海洋卫星a的运行速度小于第一宇宙速度。故A错误；
B．由机械能表达式，可得
虽然两颗卫星的高度和线速度大小相等，但质量关系不明确，所以二者的机械能不一定相等。故B错误；
C．海洋卫星a在降低轨道的过程中需要外力对其做负功，所以海洋卫星a的机械能将减小。故C错误；
D．若海洋卫星a和海洋卫星b反向运行，设下一次相距最近经过时间t，则有
解得
故D正确。
故选D。
4．B
【详解】
A．ac的角速度相同，则根据
可知，a的加速度小于c的加速度，则a的加速度不是最大的，选项A错误；
B．ac的角速度相同，则根据
可知，a的速度小于c的速度；根据
可知b的速度大于c、d的速度，可知b的线速度最大，选项B正确；
CD．根据开普勒第三定律可知，b、c、d中d的周期最大，而a、c周期相等，可知a、b、c、d中，d的周期最大，d的角速度最小，选项CD错误；
故选B。
5．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。
6．B
【详解】
设地球的半径为R，则卫星的轨道半径为
根据
可得“04星”绕地球做匀速圆周运动的周期为
因为
解得
故选B。
7．C
【详解】
A．是卫星脱离地球束缚的最小发射速度，由于同步卫星仍然绕地球运动，则在P点的速度小于，故A错误；
B．是卫星在地球表面飞行的环绕速度，根据万有引力提供向心力
可知
卫星在轨道Ⅱ上，半径变大，则运行速度小于，故B错误；
C．同步卫星需要加速，让卫星做离心运动，才能由轨道I进入轨道Ⅱ，故C正确；
D．根据
可知
则卫星在轨道Ⅱ上经过Q点时加速度等于轨道I经过Q点时的加速度，故D错误。
故选C。
8．D
【详解】
A．载人飞船加速上升过程中，三名航天员均处于超重状态，选项A错误；
B．对接过程中，神舟飞船与“天和”核心舱的大小不能忽略，均不可看成质点，选项B错误；
C．飞船环绕地球运行过程中，航天员处于完全失重状态，则对核心舱没有压力作用，选项C错误；
D．王亚平做“太空欢乐球”实验中，泡腾片在水球内产生的小气泡没有离开水球，是由于气泡及水球处于完全失重状态，选项D正确。
故选D。
9．C
【详解】
由图可知“日凌干扰”现象即地球、火星共线且分别在太阳两侧，且由知
故由几何关系可得下次“日凌干扰”大约需要时间满足
解得
即时间为两年零三个月，故下次“日凌干扰”大约出现在2023年12月。
故选C。
10．B
【详解】
AB．对于弧长，有
而即为图像的斜率，根据
可得
则有
由于
则
可得B图像的斜率大于A图像的斜率，A错误，B正确。
CD．根据
故图像的斜率为，而
则有
故
可得图像为直线，CD错误。
故选B。
11．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。
12．A
【详解】
A．探测器从轨道Ⅱ上转移到轨道Ⅲ上时，探测器要做离心运动，则需要增大速度，故应在P点点火进行加速，故A正确；
B．飞船在轨道Ⅰ上经过P点时，要点火加速，使其速度增大做离心运动，从而转移到轨道Ⅱ上运动，所以飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能小于轨道Ⅱ上运动的机械能，故B错误；
C．根据开普勒第三定律知，三个轨道的半长轴或半径不相等，故探测器在三个轨道上运动时的周期不相同，故C错误；
D．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时受到的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知加速度必定相等，故D错误。
故选A。
13．AB
【详解】
A卫星乙先在近地圆轨道上以7.9km/s的速度运动，在A点加速后才能做离心运动进入椭圆轨道
A正确；
B根据牛顿第二定律
解得
所以
B正确；
CD根据开普勒第三定律，半长轴相等时公转周期相等，所以卫星甲的转动周期等于乙的转动周期，CD错误。
故选AB。
14．AC
【详解】
A．根据
可知，组合体的轨道半径大于地球半径，故组合体的线速度小于第一宇宙速度，故A正确；
B．根据
可知，组合体的轨道半径小于地球半径同步卫星的轨道半径，运行周期小于地球同步卫星的周期，故B错误；
C．根据
，
联立解得
故C正确；
D．根据
，
解得
故D错误。
故选AC。
15．AD
【详解】
AC．B星处于平衡状态，有
解得
A星受到的万有引力提供向心力，有
设，解得A星或C星的线速度为
周期为
T＝4π
则星体A、C的线速度大小相等，周期相等，但具体数值无法求出，C错误，A正确；
B．三颗星球中，A、C星体的质量相等，但与B星体质量的关系无法比较，B错误；
D．由上述分析可知，B星所受合力为零，A、C星体所受合力大小相等，不为零，D正确。
故选AD。
16．3.7×104km
【详解】
根据开普勒第三定律可知
则
同步地球卫星离地面的高度
17．见解析
【详解】
自从牛顿发现万有引力定律，并设想在高山上水平抛出物体，当速度大到一定程度时，物体就不会落回地面，成为一颗人造卫星，300多年过去后，他的这一理论得到了证实，在地球上方发射了各种各样的人造卫星。
一、人造卫星的分类。
1、按用途分：科学探测和研究的科学卫星，包括空间物理探测卫星和天文卫星等；试验卫星，包括进行航天新技术试验或者是为应用类卫星进行试验的卫星；应用卫星，包括通信卫星、气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星、导航卫星等，
2、按轨道的高低分：低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道、大椭圆轨道和极地轨道7大类。
3、按运行轨道划分：
顺行轨道：顺行轨道的特点是轨道倾角即轨道平面与地球赤道平面的夹角小于90度。卫星地面较近，高度仅为数百公里，故又将其称为近地轨道。我国用长征一、二号、风暴一号两种运载火箭发射的8颗科学技术试验卫星，17颗返回式遥感卫星，神州号试验飞船，都是用顺行轨道。
逆行轨道：逆行轨道的特征是轨道倾角大于90度。欲把卫星送入这种轨道运行，运载火箭需要朝西南方向发射。不仅无法利用地球自转的部分速度，而且还要付出额外能量克服地球自转。因此，除了太阳同步轨道外，一般都不利用这类轨道。
赤道轨道：赤道轨道的特点是轨道倾角为0度，卫星在赤道上空运行。这种轨道有无数条，但其中的一条地球静止同步轨道具有特殊的重要地位。世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上。我国用长征三号火箭先后发射了1颗试验卫星、5颗东方红二号系列通信卫星、2颗风云二号气象卫星、用长征三号甲火箭发射了1颗实践四号探测卫星、2两颗东方红三号通信卫星、1颗中星22号通信卫星都在这一轨道上。
极地轨道：就卫星轨道类型来说，还有一种轨道倾角为90度的极地轨道。它是因轨道平面通过地球南北两极而得名。在这种轨道上运行的卫星可以飞经地球上任何地区上空。我国长征二号丙改进型火箭以1箭双星的方式6次从太原起飞，把12颗美国依星送入太空，就属于这种发射方式。
二、主要用途。
1、通信卫星，通信卫星的种类有很多，按轨道分由静止轨道通信卫星，非静止轨道通信卫星；第3颗地球同步卫星实现全球通信以来，我们可以在家中欣赏到精彩的现场直播跟踪与数据中断卫星海事卫星和军用通信卫星等。
2、导航全球定位系统
“全球定位系统"叹称“导航”是一个由24颗卫星组成的星座，它可以对地球上任何地点进行精确定位。用户可用一个很小很小的接收器接收到4颗GPS卫星上的信号并计算出位置数据，军用水平距离和高度精度均为5米，民用平均为15米
3、全球导航卫星系统：前苏联/俄罗斯开发的军用全球卫星导航系统和定位系统，其作用和美国的到航星全球定位系统相同。
4、气象卫星；气象卫星可分为太阳同步轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星。太阳同步轨道气象卫星每天对地球表面巡查两遍。可以获得全球气象数据。地球静止轨道气象卫星可以对全球1/3的地区连续进行气象观测，实时将气象资料传回地面。人造卫星的种类和用途人造卫星的分类及主要用途
5、资源卫星：资源卫星是勘测和研究地球资源的卫星，它能看透地层发现人们肉眼看不到的地下宝藏，历史古迹，地层结构，能普查农作物，森林，海洋，空气等资源。能预报和鉴别农作物的收成，考察和预报各种自然灾害。
6、返回式遥感卫星：返回式卫星是低轨道卫星，主要是三大用途：一时对地观测，获取遥感信息；二是进行微重力实验；三是为载人航作返回的技术储备。
7、侦察卫星：侦察卫星是用于搜集和截获军事情报的人造地球卫星，卫星侦察的优点，是侦察范围广，速度快，可不受国界限制定期或连续地监视某个地区，对于增强国家的军事实力和综合国力具有重要意义。侦察卫星按照所执行的任务和所采用的侦察手段来加以区别，一般分为照相侦察卫星，电子侦察卫星，还海洋监视卫星和预警卫星