7.4宇宙航行 同步练习（Word版含解析）

人教版必修第二册 7.4 宇宙航行
一、单选题
1．如图所示，2021年2月我国“天问一号”火星探测器先由地火转移轨道1进入火星停泊轨道2，进行相关探测后进入较低的轨道3开展科学探测，则探测器（ ）
A．在轨道2上近火点加速可进入轨道3
B．在轨道2上近火点的机械能比远火点小
C．在轨道1上的运行速度不超过第二宇宙速度
D．在轨道2与轨道3同一近火点的加速度相等
2．近年来我国的火星探测工程和探月工程都取得了巨大进展。已知火星和月球的半径分别为R1和R2，质量分别为M1和M2，表面重力加速度分别为g1和g2，第一宇宙速度分别为v1和v2，其对应的轨道周期分别为T1和T2，则（　　）
A． B． C． D．
3．如图，质量相等的两颗地球卫星A、B，沿不同的轨道绕地球做匀速圆周运动，已知轨道半径，则它们运动的周期与和动能与大小关系分别为（　　）
A． ； B． ；
C． ； D． ；
4．天鹅是由主星和伴星组成的双星系统，忽略其他星球的影响，该双星系统中两星球绕连线上的某点做匀速圆周运动。现测得两星球球心之间的距离为L，运动周期为T，已知主星的质量为伴星的k倍，引力常量为G，则（　　）
A．主星运动的向心力大小是伴星的k倍
B．主星运动的半径是伴星的k倍
C．伴星运动的线速度大小是主星的k倍
D．伴星的质量为
5．2021年7月我国成功将全球首颗民用晨昏轨道气象卫星——“风云三号05星”送入预定圆轨道，轨道周期约为1.7h，被命名为“黎明星”，使我国成为国际上唯一同时拥有晨昏、上午、下午三条轨道气象卫星组网观测能力的国家。如图所示，某时刻“黎明星”正好经过赤道上P城市正上方，则下列说法正确的是（　　）
A．“黎明星”做匀速圆周运动的线速度小于同步卫星的线速度
B．“黎明星”做匀速圆周运动的角速度小于同步卫星的角速度
C．“黎明星”做匀速圆周运动的轨道半径小于同步卫星的轨道半径
D．该时刻后“黎明星”经过1.7h能经过P城市正上方
6．两颗人造卫星a、b绕地球作匀速圆周运动，轨道半径之比为，则a和b的运动速率和周期之比分别为（　　）
A．， B．，
C．， D．，
7．有关行星和卫星运动的描述，下列说法中正确的是（　　）
A．所有的行星绕太阳运动的轨道都是圆
B．开普勒三定律只适应于行星，不适应于卫星
C．地球同步卫星的周期与地球自转周期一定相同
D．地球上卫星的发射速度必须大于等于第一宇宙速度
8．2019年12月27日，在海南文昌航天发射场，中国运载能力最强的长征5号运载火箭成功发射，并用超同步转移轨道将实践二十号卫星入轨到地球同步轨道，变轨过程简化如图所示。轨道Ⅰ是超同步转移轨道，轨道Ⅲ是地球同步轨道，轨道Ⅱ是过渡轨道（椭圆的一部分），轨道Ⅱ、轨道Ⅰ的远地点切于M点，轨道Ⅱ的近地点与轨道Ⅲ切于N点，下列说法正确的是（　　）
A．卫星在轨道Ⅰ上运行时速度大小不变
B．从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，卫星在M点需要减速
C．从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ，卫星在N点需要减速
D．在轨道Ⅱ上，卫星从M点到N点受到地球的引力对卫星做功为零
9．天文学家发现了迄今离地球最近的“孪生星球”——行星，其围绕一颗恒星转动，周期为368天，该行星直径约为地球的1.6倍，与恒星之间的距离与日、地距离相近。某学生查阅资料得地球的直径大约为，地球与太阳间的距离大约为，引力常量为G，天体的运动近似为圆周运动，根据以上信息，以下说法正确的是（　　）
A．可求出该恒星的质量
B．可求出行星的质量
C．若在该行星发射卫星则可求出最小的发射速度
D．若有一卫星绕该行星运转周期为T，则可求出行星的密度
10．下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是（　　）
A．地球的第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最小运行速度
B．同步卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度介于地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
C．地球的第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚的最小发射速度
D．中国发射的嫦娥四号探测器，其发射速度大于地球的第三宇宙速度
11．宇宙中存在一些质量相等且离其他恒星较远的四颗星组成的四星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用．设四星系统中每个星体的质量均为m，半径均为R，四颗星稳定分布在边长为a的正方形的四个顶点上．已知引力常量为G.关于宇宙四星系统，下列说法错误的是（　　）
A．四颗星围绕正方形对角线的交点做匀速圆周运动
B．四颗星的轨道半径均为
C．四颗星表面的重力加速度均为
D．四颗星的周期均为
12．2020年12月17日，“嫦娥五号”利用“跳跃式返回技术”做曲线运动成功减速安全着陆。虚线圆为大气层的边界，返回器关闭发动机后从a点进入大气层，经a、b、c、d、e回到地面，其中a，c，e为轨道和大气层外边界的交点。下列说法正确的是（　　）
A．返回器加速度和速度方向可能相同 B．返回器速度一定发生变化
C．返回器受到的力和速度方向可能相反 D．返回器在c、e两点的速度方向可能相同
13．2016年12月22日，我国成功发射了国内首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（以下简称“碳卫星”）。如图所示，设“碳卫星”在半径为R的圆周轨道上运行，经过时间t，通过的弧长为s，已知引力常数为G，下列说法正确的是（　　）
A．“碳卫星”内的物体处于平衡状态
B．“碳卫星”的运行速度大于7.9km/s
C．“碳卫星”的发射速度大于11.2km/s
D．可算出地球质量为
14．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　）
A．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
B．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度
D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同加速度
15．若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（　　）
A． B． C． D．
二、填空题
16．最近有媒体报道，竟有新疆牧民坐在家里放牛？原来他使用了北斗卫星放牧系统，每头牛的耳朵上都装有定位芯片，手机和卫星通过________传递信息就能查看牛的位置，改变了“牛羊跟着水草走，牧人跟着牛羊走”的传统牧区生活。北斗系列地球同步卫星相对地面是________的。
17．（1）在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9km/s。( )
（2）人造地球卫星的最小绕行速度是7.9km/s。( )
（3）我国向月球发射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2km/s。( )
（4）卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。( )
（5）同步卫星可以“静止”在北京的上空。( )
（6）由，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低轨道卫星更容易。( )
18．2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。两颗中子星合并前某时刻，相距约。在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动，每秒转动12圈。其转速为地球自转转速的___________倍。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，可以估算出这一时刻两颗中子星的速率之和为___________。
三、解答题
19．火星的质量大约是地球的。如图所示，卫星M和卫星E分别以等大的轨道半径绕火星和地球做匀速圆周运动。哪个卫星的周期更短 请说明理由。
20．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。
21．假设火星探测器距火星表面的高度为h，绕火星做匀速圆周运动的周期为T，火星的半径为R，引力常量为G，忽略其他天体对探测器的引力作用，试求：
（1）探测器的线速度的大小；
（2）火星的平均密度；
（3）火星的第一宇宙速度。
22．人类第一次登上月球时，宇航员在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放，二者几乎同时落地。若羽毛和铁锤是从高度为处下落，经时间t落到月球表面。已知引力常量为，月球的半径为。求∶
(1)月球表面的自由落体加速度大小；
(2)求月球的质量；
(3)月球的“第一宇宙速度”大小。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
A．在轨道2上近火点减速做近心运动可进入轨道3，A错误；
B．在轨道2上运动时，只有引力做功，则机械能不变，B错误；
C．在轨道1上的运行速度要超过第二宇宙速度小于第三宇宙速度，C错误；
D．在轨道2与轨道3同一近火点只受万有引力，产生的加速度相等，D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．设在星球表面一物体的质量是m，根据万有引力等于重力
Gmg
有
g
那么
故A错误；
B．利用万有引力提供向心力有
G
解得
v
那么
故B错误；
C．利用万有引力提供向心力有
Gm（）2R
解得
T
那么
故C正确；
D．结合BC选项可知

而A选项中
故D错误；
故选C。
3．A
【详解】
根据万有引力提供圆周运动向心力有
可得
A、B卫星质量相等，A的卫星半径较大线速度较小，故B的动能较大，A的动能较小，即
知卫星B的半径小，故其周期小，即
故A正确，BCD错误。
故选A。
4．C
【详解】
A．双星彼此间的引力提供各自运动的向心力，向心力大小相等，故A错误；
B．设伴星质量为m，双星的角速度相等，由公式
可得
伴星运动轨迹的半径是主星的k倍，故B错误；
C．由公式
可得
伴星运动的线速度大小是主星的k倍，故C正确；
D．因为
联立上述公式得
故D错误。
故选C。
5．C
【详解】
C．由万有引力提供向心力，可得
由“黎明星”周期1.7小时，同步卫星周期24小时，可知“黎明星”做匀速圆周运动的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，故C正确；
A．由万有引力提供向心力，可得
所以“黎明星”做匀速圆周运动的线速度大于同步卫星的线速度，故A错误；
B．由万有引力提供向心力，可得
所以“黎明星”做匀速圆周运动的角速度大于同步卫星的角速度，故B错误；
D．某时刻“黎明星”正好经过赤道上P城市正上方，“黎明星”的周期1.7小时，由于地球的自转，该时刻后“黎明星”不是经过1.7h能经过P城市正上方，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】
由合力提供向心力得
联立解得
，
故ABD错误，C正确。
故选C。
7．C
【详解】
A.所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，A错误；
B.开普勒三定律不只适应于行星，也适应于卫星，B错误；
C.地球同步卫星的周期与地球自转周期相同,均为24小时，C错误；
D.第一宇宙速度是最小的发射速度, 地球上卫星的发射速度必须大于等于第一宇宙速度,但必须小于第二宇宙速度,D错误．
故选D。
8．C
【详解】
A.轨道Ⅰ为椭圆轨道，根据开普勒第二定律可知，卫星在轨道Ⅰ上运行时速度大小时刻改变，当从近地点向远地点运行时速度减小，反之则增大，故A错误；
BC.从低轨道进入高轨道需要加速，反之需要减速，故从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，卫星在M点需要加速，从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ，卫星在N点需要减速，B错误，C正确；
D.轨道Ⅱ为椭圆轨道，卫星在轨道Ⅱ上从M点到N点运行过程中，引力与运动方向夹角为锐角，引力做正功，故D错误。
故选C。
9．A
【详解】
AB．根据万有引力充当向心力有
可求出中心天体的质量为
即可求出恒星质量，无法求出行星质量，故A正确，B错误；
C．最小发射速度等于第一宇宙速度
行星的质量未知，不能求卫星的最小发射速度，故C错误；
D．知道卫星的周期而不知道卫星的轨道半径，不能求出中心天体行星的质量，因此无法求出行星的密度，故D错误。
故选A。
10．C
【详解】
A．根据
可知，卫星轨道半径越大，则做圆周运动的速度越小，第一宇宙速度是指绕地面附近做圆周运动卫星的速度，则地球的第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选项A错误；
B．根据
可知，同步卫星的运行半径远大于地球的半径，可知同步卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度小于地球的第一宇宙速度，选项B错误；
C．地球的第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚的最小发射速度，选项C正确；
D．第三宇宙速度为卫星逃离太阳系的速度，所以发射嫦娥卫星的速度不能大于第三宇宙速度，故D错误；
故选C。
11．B
【详解】
AB．四星系统中任一颗星体均在其他三颗星体的万有引力作用下，合力方向指向对角线的交点，围绕正方形对角线的交点做匀速圆周运动，由几何知识可得轨道半径均为，故A正确，B错误；
C．在星体表面，根据万有引力等于重力，可得
解得
故C正确；
D．由万有引力定律和向心力公式得
故D正确．
此题选择错误选项，故选B。
12．B
【详解】
AC．物体做曲线运动的条件是物体所受的力或者加速度方向跟速度方向不在同一直线上，故返回器加速度和速度方向不可能相同，返回器受到的力和速度方向不可能相反，AC错误；
B．返回器做曲线运动，返回器一定要受到力的作用，返回器一定具有加速度，即返回器速度一定发生变化，B正确；
D．曲线运动中各点的速度方向沿该点的切线方向，故返回器在c、e两点的速度方向不可能相同，D错误；
故选B。
13．D
【详解】
A．“碳卫星”绕地球运行，做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，故不是平衡状态，处于失重状态，A错误；
B．v＝7.9km/s为第一宇宙速度，是最大的运行速度，“碳卫星”轨道半径比地球半径大，因此其运行速度应小于7.9km/s，B错误；
C．v＝7.9m/s为第一宇宙速度，是最小的地面发射速度，“碳卫星”轨道半径比地球半径大，因此其发射速度应大于7.9km/s，但要小于11.2km/s，C错误；
D．“碳卫星”的线速度
v＝
根据万有引力提供向心力
＝m
解得地球质量
M＝＝
D正确。
故选D。
14．A
【详解】
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点所受万有引力相同，由牛顿第二定律可知，在P点的加速度都相同，A正确；
B．卫星从轨道1变到轨道2，要点火加速，故卫星在轨道1上P点的速度小于卫星在轨道2上P点的速度，B错误；
C．卫星在轨道1上不同位置所受万有引力不同，其加速度不相同，C错误；
D．卫星在轨道2上不同位置所受万有引力大小虽然相同，但是方向不同，故加速度不同，D错误。
故选A。
15．A
【详解】
根据万有引力提供向心力
球形星体的体积为
球形星体的密度为
联立可得卫星该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期
故选A。
16． 电磁波 静止
【详解】
[1]手机和卫星之间是通过电磁波传递信息的。
[2]北斗系列地球同步卫星与地球周期、角速度相同，相对位置不发生改变，则相对地面时静止的。
17． √ × × × × ×
【详解】
（1）（2）（6）[1][2][6]在地面发射人造卫星到近地轨道，发射速度为7.9km/s，即第一宇宙速度，称为最小发射速度或最大环绕速度，同时发射也是最容易的。
（3）[3]在地面发射卫星脱离地球束缚，最小发射速度为11.2km/s，即第二宇宙速度。但是月球所在位置仍在地球引力作用之内，且因月球引力作用，发射速度应在7.9km/s~11.2km/s之间。
（4）[4] 根据牛顿第二定律
得
可知，轨道半径越大，线速度越小。
（5）[5] 同步卫星相对地面静止，必须在赤道正上方固定轨道，而北京所在位置在北半球，所以，同步卫星不可能相对北京静止。
18．
【详解】
[1]地球的转速为24h转一周，则中子星的转速是地球自转转速倍数为
[2]根据v=rω可知
v1=r1ω
v2=r2ω
解得
v1+v2=（r1+r2）ω=Lω=2πnL=2π×12×4×105m/s=3.0144×107m/s
19．见解析
【详解】
根据
解得
卫星M和卫星E分别以等大的轨道半径绕火星和地球做匀速圆周运动。火星质量小，故卫星M周期长。
20．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：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
21．（1）；（2）；（3）。
【详解】
（1）探测器做匀速圆周运动，轨道半径为
则其线速度为
（2）设火星的质量为M，其平均密度为，探测器的质量为m，则探测器所受万有引力提供向心力，有
且
联立解得火星的平均密度为
（3）设火星的第一宇宙速度为，由
解得
22．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)月球表面附近的物体做自由落体运动，由
得月球表面的自由落体加速度大小。
(2)若不考虑月球自转的影响，则
月球的质量。
(3)质量为的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动
月球的“第一宇宙速度”大小
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页