3.4人造卫星宇宙同步练习（word版含答案）

3.4人造卫星宇宙同步练习2021—2022学年高中物理教科版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．2018年12月8日2时23分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程，12月12日下午，经过约110小时的奔月飞行，嫦娥四号探测器到达月球附近“嫦娥四号”从距月面高度为100 km的环月圆轨道Ⅰ上的P点实施变轨，进入近月点为15 km的椭圆轨道Ⅱ，由近月点Q成功落月，如图所示关于“嫦娥四号”，下列说法正确的是（　　）
A．沿轨道Ⅰ运动至P时的速度小于运动至轨道Ⅱ时P点的速度
B．沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期
C．沿轨道Ⅰ运行时，在P点的加速度大于轨道Ⅱ时P点的加速度
D．在轨道Ⅱ上由P点运行到Q点的过程中，万有引力对其做正功
2．如图所示，地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动。设e、p、q的圆周运动速率分别为、、，向心加速度分别为a1、、，则（　　）
A． B．
C． D．
3．2019年5月17日23时48分，我国第45颗北斗导航卫星升空，“北斗二号”任务胜利收官。我国北斗卫星导航系统中，有5颗地球同步卫星，它们就好像静止在地球上空的某点。对于这5颗静止轨道卫星，下列说法正确的是（　　）
A．它们均位于赤道正上方
B．它们的周期小于近地卫星的周期
C．它们离地面的高度可以不同
D．它们绕地球转动的方向可以是不同的
4．如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、ω、v、S分别表示卫星的轨道半径、周期、角速度、线速度、与地心连线在单位时间内扫过的面积。下列关系式正确的有（　　）
A．ωA>ωB B．vA>vB
C．SA=SB D．
5．为探测火星，要从地球发射一颗火星探测器。已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的。下列关于火星探测器的说法正确的是（　　）
A．发射速度只要高于第一宇宙速度即可
B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C．发射速度不能低于第二宇宙速度
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的
6．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（ ）
A．第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星的最大运行速度
C．第一宇宙速度是地球同步卫星的运行速度
D．不同行星的第﹣宇宙速度是相同的
7．北京时间2019年11月5日1时43分，我国成功发射了北斗系统的第49颗卫星。据介绍，北斗系统由中圆地球轨道（）卫星、地球静止轨道（）卫星、倾斜地球同步轨道（）卫星三种卫星组成，其中（）卫星距地高度大约2.4万公里，（）卫星和（）卫星距地高度都是大约为3.6万公里，这三种卫星的轨道均为圆形。下列相关说法正确的是（　　）
A．发射地球静止轨道卫星速度应大于
B．倾斜地球同步轨道卫星可以相对静止于某个城市的正上空
C．根据题中信息和地球半径，可以估算出中圆地球轨道卫星的周期
D．中圆地球轨道卫星的加速度小于倾斜地球同步轨道卫星的加速度
8．地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做匀速圆周运动，地球和太阳中心的连线与地球和行星的连线所成夹角叫做地球对该行星的观察视角，如图中θ所示.当行星处于最大观察视角时是地球上的天文爱好者观察该行星的最佳时机.已知某行星的最大观察视角为θ0，则该行星绕太阳转动的角速度与地球绕太阳转动的角速度之比
A． B． C． D．
9．2015年3月30日21时52分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将首颗新一代北斗导航卫星发射升空，31日凌晨3时34分顺利进入圆轨道。卫星在该轨道上运动的周期与地球自转周期相同，但该轨道平面与赤道平面有一定的夹角，因此该轨道也被称为倾斜同步轨道，根据以上信息请判断下列说法中正确的是（　　）
A．该卫星做匀速圆周运动的圆心不一定是地球的球心
B．该卫星离地面的高度要小于地球同步卫星离地面的高度
C．地球对该卫星的万有引力和对地球同步卫星的万有引力大小是相等的
D．只要倾角合适，处于倾斜同步轨道上的卫星可以在每天的固定时间经过菏泽上空
10．2020年5月5日，长征五号B火箭首飞成功，新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱被送入预定轨道，中国空间站建造拉开序幕。若试验船绕地球做匀速圆周运动，它与地心的连线在单位时间内扫过的面积为S。已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，则试验船的轨道半径为（　　）
A． B．
C． D．
11．2021年6月11日，国家航天局在北京举行“天问一号”探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式，公布了由祝融号火星车拍摄的影像图，标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。已知火星直径约为地球直径的，火星质量约为地球质量的，探测器在地球表面的环绕周期约为，地球表面的重力加速度取。下列说法正确的是（　　）
A．“天问一号”的最小发射速度为
B．火星与地球的第一宇宙速度的比值为
C．火星表面的重力加速度大小为
D．“天问一号”绕火星表面运行的周期为
12．2019年4月20日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第44颗北斗导航卫星，拉开了今年北斗全球高密度组网的序幕．北斗系统主要由离地面高度约为（为地球半径）同步轨道卫星和离地面高度约为的中圆轨道卫星组成，设表面重力加速度为，忽略地球自转．则
A．这两种卫星速度都大于
B．中圆轨道卫星的运行周期大于24小时
C．中圆轨道卫星的向心加速度约为
D．根据可知，若卫星从中圆轨道变轨到同步轨道，需向前方喷气减速
13．2020年11月24日4时30分，长征五号遥五运载火箭在中国海南文昌航天发射场成功发射，飞行约2200s后，顺利将探月工程“嫦娥五号”探测器送入预定轨道，开启中国首次地外天体采样返回之旅。如图所示为“嫦娥五号”运行的示意图，“嫦娥五号”首先进入近地圆轨道I，在P点进入椭圆轨道Ⅱ，到达远地点Q后进入地月转移轨道，到达月球附近后，经过一系列变轨进入环月轨道。近地圆轨道I的半径为r1，“嫦娥五号”在该轨道上的运行周期为T1；椭圆轨道Ⅱ的半长轴为a，“嫦娥五号”在该轨道上的运行周期为T2；环月轨道Ⅲ的半径为r3，“嫦娥五号”在该轨道上的运行周期为T3。地球半径为R，地球表面重力加速度为g。“嫦娥五号”在轨道I、Ⅱ上运行时月球引力的影响不计，忽略地球自转，忽略太阳引力的影响。下列说法正确的是（　　）
A．
B．“嫦娥五号”在轨道I的运行速度等于
C．“嫦娥五号”在轨道Ⅱ上运行时，在Q点的速度小于在P点的速度
D．“嫦娥五号”在轨道I上P点的加速度小于在轨道Ⅱ上P点的加速度
14． 2016年2月11日，美国科学家宣布探测到引力波，证实了爱因斯坦100年前的预言，弥补了爱因斯坦广义相对论中最后一块缺失的“拼图”，其实，孤立的恒星与一颗行星组成的系统就是一个双星系统．如图所示，恒星a、恒星b在万有引力作用下，绕连线上一点O以相同的周期做匀速圆周运动，现测得行星b圆周运动的半径为，运动周期为T，a、b的距离为l，已知万有引力常量为G，则（　　）
A．恒星a的质量为
B．恒星a与行星b的总质量为
C．恒星a与行星b的质量之比为
D．恒星a的运动可以等效于静止在O点，质量为的天体做半径为的圆周运动
15．根据现代广义相对论，黑洞是宇宙空间内存在的一种密度极大体积极小的天体，黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速，若某刚好成为黑洞的天体半径R约为30km，已知光速，逃逸速度是第一宇宙速度的倍，则该黑洞表面的重力加速度约为（ ）
A． B．
C． D．
二、填空题（共4题）
16．已知地球的质量为M，万有引力恒量为G，地球半径为R，用以上各量表示，在地球表面附近运行的人造地球卫星的第一宇宙速度v= ___
17．在天体运动中，将两颗彼此距离较近的行星称为双星，由于两星间的引力而使它们在运动中距离保持不变，已知两个行星的质量分别为M1和M2，相距为L，求M1和M2的半径之比为__________，它们的角速度为___________。
18．(1)两个行星质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，则它们与太阳间的万有引力之比为________．它们的公转周期之比________．
(2)航天器绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体对支持面几乎没有压力，所以在这种环境中已经无法用天平称量物体的质量．假设某同学在这种环境中设计了如图所示的装置(图中O为光滑小孔)来间接测量物体的质量:给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动．设航天器中具有测量长度和时间的基本测量工具．
①实验时需要测量的物理量是：____________．（说明各物理量对应的字母）
②待测物体质量的表达式为m= _______(用所测物理量字母表示)．
19．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）
20．已知地球半径R=6.4×106m，地面附近重力加速度g=9.8m/s2，一颗卫星在离地面高为h=3.4×106m的圆形轨道上做匀速圆周运动.
求：（1）卫星运动的线速度.
（2）卫星的周期.
21．若登月宇航员进行以下测量：
①当飞船沿贴近月球表面的圆形轨道环绕时，测得环绕周期为；
②登月舱在月球表面着陆后，宇航员在距月球地面高处让一小球自由下落，测得小球经过时间后落地，已知万有引力常量，远小于月球半径，试根据以上测得的量，求：
（1）月球表面的重力加速度的大小；
（2）月球的半径。
22．天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星．双星系统在银河系中很普遍．利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量．已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T，两颗恒星之间的距离为r.
(1)试推算这个双星系统的总质量．
(2)为研究此双星系统，发射微型飞行器A 和B 分别绕恒星A和B运动，成为恒星的卫星．已知A 贴近A的表面做匀速圆周运动的周期为T1，A的半径为R1； B 距B表面的高度为h，测得在该处做圆周运动的周期为T2，B的半径为R2．分别写出A和B的密度表达式．(万有引力常量为G)
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？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
2．B
3．A
4．D
5．C
6．A
7．C
8．A
9．D
10．B
11．C
12．C
13．C
14．B
15．A
16．
17．
18． 弹簧测力计示数F、圆周运动的半径R、圆周运动的周期T
19． 是 8 0.8 1∶20 ∶5
20．（1）6.4×103m/s （2）9.62×103s
21．（1）；（2）
22．（1） （2），
23．（1）；（2）；（3）变小
答案第1页，共2页