3.4人造卫星 宇宙 自主提升过关练（word版含答案）

3.4人造卫星 宇宙 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．2021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
2．北京时间2020年7月23日12时41分，我国在海南文昌发射场成功发射"天问一号"火星探测器。地球和火星绕太阳运转的轨道近似看作圆轨道，为了节约发射能量，充分利用太阳的引力，让探测器沿如图所示的椭圆轨道——霍曼转移轨道运动，椭圆轨道的近日点P与地球轨道相切、远日点Q与火星轨道相切。已知火星轨道半径约为地球轨道半径的1.5倍。下列说法正确的是（　　）
A．“天问一号”探测器在P点的发射速度应小于第二宇宙速度
B．“天问一号”探测器在Q点应加速才能进入火星轨道
C．“天问一号”探测器从P点运动到Q点大约需要11个月
D．下一次适合发射火星探测器的时间大约在2022年7月
3．2021年10月16日，神舟十三号载人飞船顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，并完成了与空间站组合体对接。已知空间站轨道离地面高度约为，地球半径约为，地球表面重力加速度为。则（　　）
A．空间站的运行速度大于
B．航天员每24小时内看到一次日出
C．空间站的加速度大于地球同步卫星的加速度
D．在空间站中，航天员处于完全失重状态，不受地球引力
4．北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行且技术成熟的卫星导航系统，目前已经实现全球的卫星导航功能。如图所示，北斗导航系统包含地球静止轨道卫星a（GEO）和中圆地球轨道卫星b（MEO）。若a、b的轨道半径之比为k，则（　　）
A．a、b两卫星运行线速度大小之比为
B．在相同时间内，a、b与地心连线扫过的面积之比为
C．a、b两卫星运行时加速度大小之比为
D．a、b两卫星运行时周期之比为
5．“神舟十二号”载人飞船于2021年6月17日，顺利发射升空开启了为期3个月的天宫空间站之旅。神舟十二号飞船经历上升、入轨交会飞行后，与已经和天舟货运船形成组合体的空间站核心舱对接，航天员进入空间站组合体，整体在距离地球表面400公里的轨道稳定运行，则下列说法正确的是（　　）
A．“神舟十二号”卫星的向心加速度大于“空间站”的向心加速度
B．发射“神舟十二号”卫星的速度小于第一宇宙速度
C．已知“神舟十二号”卫星的线速度与角速度，可以求得地球质量
D．“神舟十二号”卫星的周期大于24小时
6．地球表面处重力加速度为g，地球半径为R，若不考虑地球自转，则离地球表面高处的重力加速度为（　　）
A． B． C． D．
7．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
8．2019年Ⅰ月3日10点26分，嫦娥四号探测器在月球背面实现人类首次软着陆。预计2019年年底将发射嫦娥五号对月球土壤进行采样并返回。假设嫦娥五号返回地球的某个阶段中，在轨道半径为r1的圆形轨道Ⅰ上绕地球运行的周期为T，某时刻，该卫星在A点变轨进入椭圆轨道Ⅱ（如图），近地点B到地心的距离为r2.不计空气阻力，则（　　）
A．卫星从轨道I向轨道Ⅱ变轨需要加速
B．卫星由A到B运动的时间为
C．卫星在轨道I的A点比轨道Ⅱ上A点加速度大
D．卫星在轨道Ⅱ上的B点速度大于在轨道I上运动的速度
9．下列物体的加速度最大的是（　　）
A．加速升空阶段的火箭 B．月球上自由下落的物体
C．击发后在枪筒中的子弹 D．在地表随地球自转的物体
10．以下是书本上的用图片表示的情境，下列说法正确的是（　　）
A．图甲，斜向上喷出的水到径迹最高点时的速度为零
B．图乙，航天员在天宫二号上展示的水球对球内的气泡无浮力作用
C．图丙，一艘炮舰沿河由西向东行驶，要击中目标，射击方向应直接对准目标
D．图丁，有些火星的轨迹不是直线，说明这些微粒不是沿砂轮的切线方向飞出的
11．2021年5月15日上午，我国首次火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星，迈出了中国星际探测征程的重要一步，我国成为第三个成功着陆火星的国家。已知地球半径约为火星半径的2倍，地球密度约为火星密度的1.6倍，则地球第一宇宙速度与火星第一宇宙速度的比值约为（ ）
A． B． C． D．
12．长征三号乙运载火箭将“中星”通信卫星（记为卫星Ⅰ）送入地球同步轨道上，主要为我国、东南亚、澳洲和南太平洋岛国等地区提供通信与广播业务。在同平面内的圆轨道上有一颗中轨道卫星Ⅱ，它运动的每个周期内都有一段时间（未知）无法直接接收到卫星Ⅰ发出的电磁波信号，因为其轨道上总有一段区域没有被卫星Ⅰ发出的电磁波信号覆盖到，这段区域对应的圆心角为。已知卫星Ⅰ对地球的张角为，地球自转周期为，万有引力常量为，则根据题中条件，可求出（　　）
A．地球的平均密度为 B．卫星Ⅰ、Ⅱ的角速度之比为
C．卫星Ⅱ的周期为 D．题中时间为
13．如图所示，我国发射的天问一号火星探测器经过多次减速飞行，成功着陆于火星乌托邦平原。已知火星的半径约为地球半径的，火星的质量约为地球质量的，火星绕太阳运行的轨道半径约为地球绕太阳运行轨道半径的1.5倍。下列说法正确的是（　　）
A．探测器在减速下降过程中处于失重状态
B．探测器在火星表面受到的重力约为在地球表面受到的重力的
C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
D．火星与地球相邻两次相距最近的时间间隔大于1年
14．2021年7月3日，“学而思号”高分辨遥感卫星在我国太原卫星发射中心成功发射，并成功入轨，在的高度对极地冰川、河流、农田等进行拍摄。若“学而思号”和地球同步卫星均视为绕地球做匀速圆周运动，“学而思号”相对于轨道高度的地球同步卫星（　　）
A．运行速度更大 B．运行周期更大
C．向心加速度更大 D．需要的发射速度更大
15．2021年10月16日，“神舟十三号”载人飞船成功与“天和”核心舱对接，3名航天员顺利进入“天和”核心舱。“天和”核心舱绕地球的运动可近似看成匀速圆周运动，其轨道倾角为41.581°，轨道高度约400千米。已知地球半径约为6400km，近地卫星的线速度为7.9km/s，地球表面重力加速度g取9.8m/s2。根据以上信息可估算出（　　）
A．“天和”核心舱运行的线速度大于7.9km/s
B．“天和”核心舱运行的线速度小于7.9km/s
C．“天和”核心舱轨道处的重力加速度约为7.66m/s2
D．“天和”核心舱轨道处的重力加速度约为8.68m/s2
二、解答题
16．我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形的轨道绕月飞行。设卫星距月球表面的高度为h，做匀速圆周运动的周期为T。已知月球半径为R，引力常量为G，球的体积公式。求：
（1）月球的质量M；
（2）月球表面的重力加速度g月；
（3）月球的密度ρ。
17．随着“嫦娥”系列成功奔月和回收，我国宇航员登月步伐将进一步加快。假设宇航员驾驶宇宙飞船到达月球，他在月球表面做了一个实验：在离月球表面高度为处，将一小球以初速度水平抛出，测得水平射程为。已知月球的半径为，万有引力常量为。不考虑月球自转的影响。求：
（1）月球表面的重力加速度大小；
（2）月球的质量；
（3）月球的第一宇宙速度。
参考答案
1．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。
2．B
【详解】
A．“天问一号”探测器在P点的发射，脱离地球的束缚，不脱离太阳的束缚，则发射速度因该大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度，故A错误；
B．“天问一号”探测器在Q点从霍曼转移轨道进入火星轨道，需要做离心运动，则应该加速，则“天问一号”探测器在Q点应加速才能进入火星轨道，故B正确；
C．“天问一号”探测器从P点运动到Q点所用时间为探测器在霍曼转移轨道运行周期的一半，根据开普勒第三定律
，
解得
“天问一号”探测器从P点运动到Q点大约需要，故C错误；
D．下一次适合发射火星探测器时，火星依然在地球前方，且相差的角度不变，结合图可知，地球比火星多围绕太阳转一圈，根据题意，设时间为
再根据开普勒第三定律
代入数据解得
则下一次适合发射火星探测器的时间大约在2022年9月，故D错误。
故选B。
3．C
【详解】
A．第一宇宙速度是最大的环绕速度，则空间站的运行速度小于，选项A错误；
B．空间站的高度远小于同步卫星的高度，则空间站的周期远小于24小时，则航天员看到一次日出不需要24小时，远小于24小时（实际大约90分钟），选项B错误；
C．根据
可知，空间站的高度远小于同步卫星的高度，空间站的加速度大于地球同步卫星的加速度，选项C正确；
D．在空间站中，航天员处于完全失重状态，但是仍受地球引力，选项D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．根据万有引力定律和圆周运动规律
得
，，
故A错误；
B．经过相同时间t，卫星转过的角度，卫星与地心连线扫过的面积
将周期公式带入得
故B正确；
C．由得
故C错误；
D．由得
故D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．根据公式则有
可得
“神舟十二号”与“空间站”对接后处于同一轨道，所以它们的向心加速度相等，故A错误；
B．发射“神舟十二号”卫星需要达到第一宇宙速度才能围绕地球做圆周运动，故B错误；
C．根据公式
可知，如果已知 “神舟十二号”卫星的线速度与角速度，可以求得地球的质量，故C正确；
D．根据公式
地球同步卫星的轨道高度约为3.6万千米，“神舟十二号”卫星的轨道高度为400公里，远小于同步卫星的轨道高度，由上式可知其周期小于24小时，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】
地球表面万有引力近似等于重力有
同理离地球表面高处有
联立解得
故选C。
7．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。
8．D
【详解】
A．由轨道I向轨道Ⅱ变轨是由圆周运动变为向心运动需要减速。故A错误；
B．在圆形轨道Ⅰ上绕地球运行的周期为T，在轨道Ⅱ上的周期为T′，由开普勒第三定律得
由A到B时间为的一半。故B错误；
C．在同一点万有引力产生加速度，引力相同，加速度相同。故C错误；
D．卫星在轨道Ⅱ上的B点做离心运动其速度大于在本轨道上做圆周运动的速度，在本轨道上做圆周运动的速度要大于在轨道I上运动的速度。所以卫星在轨道Ⅱ上的B点速度大于在轨道I上运动的速度。故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
加速度是表示物体速度变化快慢的物理量，可知，在四个物体中，子弹速度增加最快，加速度最大，故ABD错误，C正确。
故选C。
10．B
【详解】
A．图甲，斜向上喷出的水到径迹最高点时的速度不为零，速度沿水平方向，A错误；
B．图乙，航天员在天宫二号上展示的水球因为处于完全失重状态对球内的气泡无浮力作用，B正确；
C．图丙，一艘炮舰沿河由西向东行驶，如果射击方向应直接对准目标，由于炮弹具有向东和向北两个速度，炮弹一定落在目标的东侧，C错误；
D．图丁，有些火星的轨迹不是直线，是因为微粒的重力较大，所以轨迹向下弯曲，这些微粒仍然是沿砂轮的切线方向飞出的，D错误。
故选B。
11．B
【详解】
根据万有引力提供向心力，得
则第一宇宙速度为
又由
解得
所以地球第一宇宙速度与火星第一宇宙速度的比值为
故B正确。
故选B。
12．C
【详解】
A．设卫星Ⅰ、Ⅱ的轨道半径分别为R1和R2，因卫星Ⅰ为同步卫星，则有
且有
其中R为地球的半径，联立解得
A错误；
B．设卫星Ⅰ、Ⅱ的角速度分别为和，如图所示
在三角形AOB中，有
即
根据
可得
故有
联立以上各式，有
B错误；
C．根据
可得
因卫星Ⅰ为同步卫星，则其周期为T0，设卫星Ⅱ的周期为T2，则有
整理得
C正确；
D．若卫星Ⅰ和卫星Ⅱ均不运动，卫星Ⅱ对应为圆心角为2α，则有
但卫星之间是有相对运动的，所以时间不可能为，D错误。
故选C。
13．BD
【详解】
A．探测器在减速下降的过程中，其加速度方向向上，处于超重状态，A错误；
B．探测器在地球表面有
探测器在火星表面有
又
，
解得
探测器在火星表面受到的重力约为在地球表面受到的重力的，B正确；
C．地球的第一宇宙速度满足
火星的第一宇宙速度满足
解得
C错误；
D．设地球、火星绕太阳做圆周运动的周期分别为T地、T火，根据开普勒第三定律有
又年，r火=1.5r地，解得
年
火星与地球相邻两次相距最近的时间间隔为，则有
解得
年>1年
D正确。
故选BD。
14．AC
【详解】
ABC．由地球吸引力提供向心力，可有
得
由此可知“学而思号”相对于地球同步卫星，运行速度更大、周期更小、向心加速度更大，AC正确，B错误；
D．“学而思号”运行的轨道高度较低，需要的发射速度较小，故选项D错误。
故选AC。
15．BD
【详解】
AB．根据万有引力提供向心力得
可得
因为，所以“天和”核心舱运行的线速度小于7.9km/s，故A错误，B正确；
CD．“天和”核心舱运行的向心加速度等于“天和”核心舱轨道处的重力加速度，由
得
故C错误，D正确。
故选BD。
16．（1） ；（2） ；（3）
【详解】
（1）对卫星，由万有引力提供向心力，则
得
（2）假设月球表面附近有一物体m1，其所受万有引力等于其重力，则
解得
（3）根据
求得
17．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）在月球上水平抛出小球，在竖直方向有
水平方向有
联立解得
（2）在月球表面忽略月球自转，万有引力等于重力，即
解得
（3）对贴近月球表面附近的卫星，万有引力提供向心力，则有
解得月球的第一宇宙速度