第四章 第3节人类对太空的不懈探索（Word版含答案）

2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册第四章节节练第3节人类对太空的不懈探索
一、单选题
1． 如图所示，卫星甲、乙均绕地心做匀速圆周运动，轨道平面互相垂直，乙的轨道半径是甲的倍。将两卫星和地心在同一直线且甲，乙位于地心同侧的位置称为“相遇”，则从某次“相遇”后，甲运动5圈的时间内，甲、乙卫星将“相遇”（ ）
A．2次 B．3次 C．4次 D．5次
2． 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
3． 北京时间2021年10月16日0时23分，神舟十三号载人飞船顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入空间站。飞船的某段运动可近似为如图所示的情境，圆形轨道Ⅰ为空间站运行轨道，设圆形轨道Ⅰ的半径为r，地球表面重力加速度为g，地球半径为R，地球的自转周期为，椭圆轨道Ⅱ为载人飞船运行轨道，两轨道相切于A点，椭圆轨道Ⅱ的半长轴为a，下列说法正确的是（ ）
A．载人飞船若要进入轨道Ⅰ，需要在A点减速
B．根据题中信息，可求出地球的质量
C．载人飞船在轨道Ⅰ上机械能小于在轨道Ⅱ上的机械能
D．空间站在圆轨道Ⅰ上运行的周期与载人飞船在椭圆轨道Ⅱ上运行的周期之比为
4． 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
5． 据报道，中国空间站分别在2021年7月1日和10月21日进行两次机动变轨，原因是空间站受到美国星链卫星靠近的威胁，触发了空间站的“紧急避碰”的指令，改变轨道以回避正在接近的卫星。正常运行时，星链卫星的轨道高度是在到之间，而中国空间站的在轨高度是。已知地球半径为，引力常量为。下列判断正确的是（ ）
A．中国空间站的向心力大于星链卫星的向心力
B．中国空间站的运行周期小于星链卫星的运行周期
C．中国空间站如果机动变轨到更高轨道需使空间站减速
D．由题目所给数据可以计算出地球的密度
6． 如图所示为“天问一号”火星探测器从地球奔向火星的运行轨道，探测器经地火转移轨道被火星捕获后，在火星捕获轨道围绕火星做椭圆运动，其中P点为远火点，Q点为近火点，在火星停泊轨道上进行适当的调整后运动到离轨着陆轨道。则（ ）
A．“天问一号”的发射速度应在地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，在停泊轨道上运行时的速度大于火星的第一宇宙速度
B．“天问一号”从地球无动力飞向火星的过程中，“天问一号”的势能增加，机械能增加
C．“天问一号”在捕获轨道上运行到Q点的速度一定大于其在停泊轨道上运行到Q点的速度
D．如要回收探测器，则探测器在停泊轨道上要减速才能进入地火转移轨道
7． 2021年11月11日，科学家在银河系外的一个年轻星团中发现了一个质量是太阳11倍的黑洞。该星团由数千颗恒星组成，距离大麦哲伦星云约16万光年，为银河系的邻居。黑洞是一个非常致密的天体，会形成强大的引力场，连光也无法逃脱．已知太阳质量为，光在真空中的传播速度，引力常量，第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍，忽略相对论效应及量子效应，试估算该黑洞最大半径的数量级为（ ）
A． B． C． D．
8． 2021年4月，中国空间站天和核心舱进入轨道，其轨道可视为圆轨道，绕地球运行的周期约为90分钟；6月，神舟十二号载人飞船成功对接天和核心舱，与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱组合体，若对接前后天和核心舱轨道不变。下列说法正确的是（ ）
A．空间站在轨道上运行的速度介于地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B．空间站在轨道上运行的速率大于地球同步卫星的速率
C．对接成功后，空间站由于质量增大，运行周期变大
D．对接成功后，空间站由于质量增大，运行速度变小
9． “北斗”卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统（CNSS），建成后的“北斗”卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星。对于其中的5颗同步卫星，下列说法中正确的是（ ）
A．地球对它们的吸引力一定相同 B．离地面的高度一定相同
C．运行的线速度大于第一宇宙速度 D．通过技术改进可以定点在北京上空
10．“嫦娥四号”探月飞船实现了月球背面软着陆，按计划我国还要发射“嫦娥五号”，执行月面采样返回任务。已知月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的，地球和月球的质量分别为M1和M2，月球半径为R，月球绕地球公转的轨道半径为r，引力常量为G，下列说法正确的是（ ）
A．月球的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的
B．使飞船从地球飞向月球，地球上飞船的发射速度是地球的第一宇宙速度
C．采样返回时，使飞船从月球飞向地球，月球上飞船的发射速度为
D．采样返回时，使飞船从月球飞向地球，月球上飞船的发射速度应大于
二、多选题
11．航天员驾驶宇宙飞船进行太空探索时发现一颗星球，测得该星球的半径等于地球半径，登陆后测得该星球表面的重力加速度大小只有地球表面重力加速度大小的，不考虑星球和地球的自转，下列说法正确的是（ ）
A．在该星球表面时，航天员的质量是在地球表面时的
B．该星球质量是地球质量的
C．该星球的平均密度是地球平均密度的2倍
D．该星球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的
12．2021年4月29日，长征五号B遥二运载火箭在中国文昌航天发射场发射升空，搭载空间站天和核心舱将其送入预定轨道，为后续关键技术验证和空间站组装建造顺利实施奠定了坚实基础。现假设核心舱将通过7次变轨，最终提升到远地点距离地面几千公里的椭圆轨道，变轨示意图如图所示。此次核心舱飞行中的所有变轨都是由核心舱自主完成的，核心舱在各椭圆轨道飞行（不变轨）过程中（ ）
A．过相切点时加速度a、线速度v大小相同
B．地球位于所有椭圆轨道的焦点上
C．测定每个椭圆轨道的运动周期就可以推知对应轨道的长轴之比
D．在不同轨道上，其与地球的连线在相同时间内扫过的面积相同
13．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点火发射，一段时间后，“神舟十三号”载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。飞船入轨后，按照预定程序与“天和”核心舱和“天舟二号”“天舟三号”组合体进行自主快速交会对接。航天员进驻“天和”核心舱，开启为期6个月的在轨驻留。下列说法正确的是（ ）
A．“神舟十三号”载人飞船与火箭成功分离后，火箭立即做自由落体运动
B．“神舟十三号”载人飞船与“天和”核心舱和“天舟二号”“天舟三号”组合体对接后的运行速度小于
C．若“天和”核心舱在轨运行时受阻力作用，则其运行周期将变小
D．6个月后，返回舱返回地球，其在低轨道上的加速度小于在高轨道上的加速度
14．2021年10月16日6时56分，神舟十三号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。航天员翟志刚、王亚平、叶光富进驻天和核心舱，中国空间站开启有人长期驻留时代。“天和核心舱”在距地面高度为的轨道做匀速圆周运动，地球的半径为，地球表面的重力加速度为，引力常量为。下列说法正确的是（ ）
A．地球的质量
B．“天和核心舱”的线速度为
C．“天和核心舱”运行的周期为
D．“天和核心舱”的线速度大于第一宇宙速度（）
15．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，不考虑变轨过程卫星的质量变化，下列说法正确的是（ ）
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
C．卫星在轨道2运动时的周期比轨道1大
D．卫星在轨道2的机械能比轨道1小
三、解答题
16．类比是研究问题的常用方法，科学史上很多重大发现、发明往往发端于类比。
（1）一质量为m的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为r。将地球视为质量均匀分布的球体，已知地球质量为M，万有引力常量为G。
①求卫星的速度大小和动能；
②若质量分别为和的质点相距为时，它们之间的引力势能的表达式为，求卫星与地球组成的系统机械能。
（2）在玻尔的氢原子理论中，质量为的电子绕原子核做匀速圆周运动的轨道半径是量子化的，电子的轨道半径和动量必须满足量子化条件，式中是普朗克常量，是轨道半径，是电子在该轨道上的速度大小，是轨道量子数，可以取1、2、3等正整数。已知电子和氢原子核的电荷量均为，静电力常量为，根据上述量子化条件，类比天体系统证明电子在任意轨道运动时系统能量表达式可以写为，其中是与无关的常量。
17．为了方便研究物体与地球间的万有引力问题，通常将地球视为质量分布均匀的球体。已知地球的质量为M，半径为R，引力常量为G，不考虑空气阻力的影响。
（1）求北极点的重力加速度的大小；
（2）若“天舟号”在赤道所在平面内运行，绕地球运动的轨道可视为圆周，其轨道距地面的高度为h，求“天舟号”绕地球运行的周期；
（3）若某时刻“天舟号”通过赤道上某建筑物的正上方，求它下次通过该建筑物正上方需要的时间，设“天舟号”绕行方向与地球自转方向相同，地球自转角速度为ω0。
2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册第四章节节练第3节人类对太空的不懈探索（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B C D B B C B B B D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BD BC BC AB AC
三、解答题
16．（1）①，；②；（2）根据牛顿第二定律
结合题中给出的量子化条件
联立推得
可得电子的动能
类比卫星机械能与动能表达式关系，可得电子与氢原子核的系统能量表达式为
由此可知
其中
A是与n无关的常量。
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