3.4 宇宙速度与航天 课时作业训练（Word版含答案）

3.4 宇宙速度与航天 课时作业训练
一、单选题
1．（2022届广东省江门市高三（下）高考模拟考试（一模）物理试题）宇宙用有一孤立星系，中心天体对周围有三颗行星，如图所示，中心天体质量大于行星质量，不考虑行星之间的万有引力，行星Ⅰ、Ⅲ为圆轨道，半径分别为，，行星Ⅱ为椭圆轨道，半长轴为a，，与行星Ⅰ轨道在B点相切，下列说法正确的是（　　）
A．行星Ⅱ与行星Ⅲ的运行周期相等 B．行星Ⅱ在P点与行星Ⅲ在D点时的加速度相同
C．行星Ⅲ的速率大于行星Ⅱ在B点的速率 D．行星Ⅰ的速率与行星Ⅱ在B点的速率相等
2．（2022·江苏省太湖高级中学高一阶段练习）一行星绕恒星做圆周运动，由天文观测可得，其运行周期为T，速度为v，引力常量为G，则不正确的是（　　）
A．恒星的质量为 B．行星的质量为
C．行星运动的轨道半径为 D．行星运动的加速度为
3．（2022·浙江·丽水第二高级中学高三阶段练习）北京时间2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心发射，与天和号核心舱顺利对接，将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入核心舱，开启为期6个月的在轨驻留工作。核心舱轨道离地面的高度约为地球半径的，运行周期约为90min，引力常量。下列说法中正确的是（　　）
A．宇航员在核心舱中处于平衡状态 B．根据题中数据可估算出地球密度
C．核心舱在轨道上飞行的速度约为7.9km/s D．神舟十三号飞船的发射速度大于11.2km/s
4．（2022·河北·高三专题练习）2021年9月7日，我国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功将高分五号02星发射升空。该卫星运行于太阳同步轨道上，该轨道平面与地球赤道平面接近垂直，轨道接近圆形，轨道高度小于1000千米。高分五号02星特殊的轨道设计，可使其每天的同一时间通过某城市上空一次。2015年发射的高分四号卫星为地球同步轨道卫星，轨道高度约为3.6万千米。关于这两颗卫星的说法错误的是（　　）
A．高分五号02星运行的线速度大于高分四号卫星的
B．高分四号卫星运行的周期是高分五号02星的整数倍
C．两卫星从相距最近到下次相距最近可能经历12小时
D．高分四号卫星可实现对全球大部分地区的观测
5．（2022·辽宁·高三阶段练习）2021年10月16日零时23分神舟十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，零时33分载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将3名航天员送入太空。如图所示，曲线Ⅰ是绕地球做匀速圆周运动的十三号载人飞船的轨道，其半径为R；曲线Ⅱ是一颗绕地球做椭圆运动的卫星的轨道，O点为地球球心，为椭圆的长轴，两轨道和地心都在同一平面内，已知载人飞船和卫星的周期相等，引力常量为G，地球质量为M，下列说法正确的是（　　）
A．椭圆轨道的长轴长度为R
B．若飞船在轨道的加速度大小为，卫星在轨道B点加速度大小为，则
C．若飞船在Ⅰ轨道的速率为，卫星在Ⅱ轨道A点的速率为，则
D．飞船与卫星在Ⅰ、Ⅱ轨道交点处受到的地球引力大小相等
6．（2022·江苏省江都中学高三开学考试）据报道，一颗来自太阳系外的彗星擦火星而过。如图所示，设火星绕太阳在圆轨道上运动，运动半径为，周期为。该彗星在穿过太阳系时由于受到太阳的引力，轨道发生弯曲，彗星与火星在圆轨道的点“擦肩而过”。已知万有引力常量，则（　　）
A．可计算出火星的质量
B．可计算出彗星经过点时受到的引力
C．可确定太阳分别对彗星和火星的引力在点产生的加速度相等
D．可确定彗星在点的速度大小为
7．（2022·广西·高三阶段练习）2021年6月17日.神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波进入天和核心舱，标志着中国人首次进入了自己的空间站。对接过程如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ，神舟十二号飞船沿着半径为r1的圆轨道I运动到Q点时，通过一系列变轨操作，沿椭圆轨道Ⅱ运动到P点与天和核心舱对接。已知神舟十二号飞船沿圆轨道I运行周期为T1，则下列说法正确的是（　　）
A．神舟十二号飞船沿轨道I运行的周期大于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期
B．神舟十二号飞船在轨道I的Q点需要加速才能进入轨道Ⅱ
C．神舟十二号飞船沿轨道Ⅱ运动到对接点P点的过程中，其速度不断增大
D．神舟十二号飞船沿轨道Ⅱ从Q到P运动时间为
8．（2022·江西九江·一模）2021年2月，我国“天问一号”火星探测器抵达环绕火星的轨道，正式开启火星探测之旅，如图“天问一号”进入火星停泊轨道2后，在近火点280千米。远火点5.9万千米，进行相关探测后再进入较低的椭圆轨道3开展科学探测。则“天问一号”（　　）
A．轨道2环绕周期比轨道3环绕周期小
B．轨道2近火点的加速度比轨道3近火点的加速度大
C．轨道2近火点的速率比轨道3近火点的速率大
D．轨道2近火点的机械能比轨道2远火点机械能大
二、多选题
9．（2022·全国·高三专题练习）2020年11月24日我国发射的“嫦娥五号”卫星进入月球环绕轨道后，轨道半径为r，绕月周期为T。已知月球半径为R，引力常量为G，据以上信息可得出（　　）
A．月球的质量为
B．月球的平均密度为
C．月球表面的重力加速度为
D．月球的第一宇宙速度为
10．（2022·贵州·贵阳市第八中学模拟预测）2021年5月15日中国首次火星探测任务“天问一号”探测器的着陆巡视器在火星乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆，在火星上首次留下中国印迹，迈出了中国星际探测征程的重要一步。“天问一号”探测器需要通过徵曼转移轨道从地球发射到火星，地球轨道和火星轨道近似看成圆形轨道，衢曼转移轨道是一个在近日点M和远日点P分别与地球轨道、火星轨道相切的椭圆轨道（如图所示），在近日点短暂点火后“天向一号”进入霍曼转移轨道，接着“天问一号”沿着这个轨道运行直至抵达远日点，然后再次点火进入火星轨道。已知引力常量为G，太阳质量为m，地球轨道和火星轨道半径分别为r和R，地球、火星、“天向一号”运行方向都为逆时针方向。若只考虑太阳对“天问一号”的作用力，下列说法正确的是（　　）
A．两次点火喷射方向都与速度方向相反
B．“天问-号”运行中，在霍曼转移轨道上P点的加速度比在火星轨道上P点的加速度小
C．两次点火之间的时间间隔为
D．“天问一号”在地球轨道上的角速度小于在火星轨道上的角速度
11．（2022·湖南·高二开学考试）经科学家探测，宇宙深处某些未知星域可能存在具有生命的行星。假设未来某宇航员先后登陆甲、乙两颗行星。经测量发现行星甲的半径是行星乙半径的4倍，行星甲表面重力加速度约为行星乙表面重力加速度的6倍，甲、乙两行星均为质量分布均匀的球体，则下列说法正确的是（　　）
A．行星甲的密度与行星乙的密度之比为
B．行星甲的质量与行星乙的质量之比为
C．行星甲的第一宇宙速度与行星乙的第一宇宙速度之比为
D．同一物体在行星甲表面受到的引力与它在行星乙表面受到的引力之比为
三、填空题
12．（2022·上海·模拟预测）国际空间站的轨道距地面319.6～346.9 km，中国天宫空间站的轨道距地面约400 km，若将这两个轨道近似视为圆轨道。设国际空间站和天宫空间站运行的周期分别为T1、T2，运行速率分别为v1、v2，则T1________T2、v1___________v2（均选填“大于”或“小于”）。
13．（2020·湖南隆回·高一期末）在牛顿发现了万有引力定律100多年以后，_______在实验室里测出了引力常量G，并利用其测出的G，估算出了地球的质量，因此该科学家被称为第一个能称量地球质量的人；如果地球半径为R，重力加速度为g，引力常量为G，则地球质量M=_______。
14．（2020·宁夏大学附属中学高一期中）我国先后发射的“风云一号”和“风云二号”气象卫星，运行轨道不同，前者采用“极地圆形轨道”，轨道平面与赤道平面垂直，通过地球两极，每12小时巡视地球一周，每天只能对同一地区进行两次观测；后者采用“地球同步轨道”，轨道平面在赤道平面内 ，能对同一地区进行连续观测。两种不同轨道的气象卫星在运行与观测时，“风云一号”卫星的轨道半径________（填“大于”、“小于”或“等于”）“风云二号”卫星的轨道半径，“风云一号”卫星运行的向心加速度______（填“大于”、“小于”或“等于”）“风云二号”卫星运行的向心加速度。
四、解答题
15．（2022·新疆乌鲁木齐·一模）如图所示，我国北斗导航系统中，卫星A与卫星B在同一轨道平面内均绕地心O做逆时针方向的匀速圆周运动。若卫星A的运动周期为T，卫星B的轨道半径为卫星A轨道半径的2倍。从某次卫星A、B距离最近时开始计时，求O、A、B三者间第一次和第二次构成直角三角形分别经历的时间。
16．（2021·江苏·海安县实验中学高三阶段练习）2016年9月15日“天宫二号”空间实验室由长征二号FT2火箭发射升空，这意味着中国成功发射了真正意义上的空间实验室，即实现了载人航天工程“三步走”战略的第二步，10月19日凌晨神舟十一号载人飞船与“天宫二号实施自动交会对接，近似把对接后一起运行看做以速度v绕地球的匀速圆周运动，运行轨道距地面高度为h，地球的半径为R。求：
（1）“天宫二号”在轨道上运行的周期；
（2）地球表面上的重力加速度的计算表达式。
17．（2021·全国·高三专题练习）侦察卫星对国家有极高的战略意义，尤其是极地侦察卫星。极地侦察卫星在通过地球两极的圆轨道上运行，由于与地球自转方向垂直，所以理论上可以观察到地球上任何一处。假如它的运行轨道距地面高度为h，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件的情况下全都拍摄下来，在卫星通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少。（设地球半径为R，地面处的重力加速度为g，地球自转的周期为T）
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参考答案：
1．A
2．B
3．B
4．D
5．C
6．C
7．B
8．C
9．AC
10．AC
11．AD
12． 小于 大于
13． 卡文迪许
14． 小于 大于
15．；
16．(1)；(2)
17．
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