人教版必修二7.4宇宙航行(word版含答案)
文档属性
| 名称 | 人教版必修二7.4宇宙航行(word版含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 368.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-24 22:08:56 | ||
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文档简介
人教版必修二7.4宇宙航行
一、单项选择题（共7小题）
1. 为了对大气二氧化碳进行全天时、高精度监测，我国研制的全球首颗搭载主动激光雷达的大气环境监测卫星，将于 年 月出厂待发射。与地球同步轨道卫星（图中卫星 ）不同，大气环境监测卫星（图中卫星 ）是轨道平面与赤道平面夹角接近 的卫星，一天内环绕地球飞 圈。下列说法正确的是
A. 卫星 的速度大于卫星 的速度
B. 卫星 的周期大于卫星 的周期
C. 卫星 的向心加速度小于卫星 的向心加速度
D. 卫星 所处轨道的重力加速度等于卫星 所处轨道的重力加速度
2. 年 月 日，嫦娥五号上升器携带月壤样品成功回到预定环月轨道，这是我国首次实现地外天体起飞。环月轨道可以近似为圆轨道，已知轨道半径为 ，月球质量为 ，引力常量为 。则上升器在环月轨道运行的速度为
A. B. C. D.
3. 年 月 日 时 分，长征五号遥四运载火箭将“天问一号”探测器在文昌航天发射场成功发射，开启火星探测之旅，火星是太阳系八大行星之一，属于类地行星。假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知火星到太阳的距离大于地球到太阳的距离，那么
A. 火星公转的周期小于地球公转的周期
B. 火星公转的线速度小于地球公转的线速度
C. 火星公转的角速度大于地球公转的角速度
D. 火星公转的加速度大于地球公转的加速度
4. 某公园里的过山车驶过轨道的最高点时，乘客在座椅里面头朝下，人体颠倒，若轨道半径为 ，人体重为 ，要使乘客经过轨道最高点时对座椅的压力等于自身的重力，则过山车在最高点时的速度大小为 。
A. B. C. D.
5. 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度约为 ，则该探月卫星绕月运行的速率约为
A. B. C. D.
6. 火星探测任务“天问一号”的标识如图所示。若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为 ，则火星与地球绕太阳运动的
A. 轨道周长之比为 B. 线速度大小之比为
C. 角速度大小之比为 D. 向心加速度大小之比为
7. 有 、 、 、 四颗地球卫星， 还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动， 是处于地面附近轨道的近地卫星， 是地球同步卫星， 是高空探测卫星，已知地球自转周期为 ，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则
A. 的向心加速度等于重力加速度
B. 在相同时间内 转过的弧长最长
C. 在 内转过的圆心角是
D. 的运动周期可能是
二、双项选择题（共5小题）
8. 关于笫一宇宙速度，下列说法中正确的是
A. 笫一宇宙速度的大小为
B. 它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度
C. 它是人造地球卫星进入绕地轨道的最大发射速度
D. 把人造地球卫星发射到高轨道需要的发射速度大于第一宇宙速度
9. 如图所示，在地球表面附近的 点发射卫星，当发射速度为 时卫星的轨道刚好为近地圆轨道 ，当发射速度为 时卫星恰好脱离地球的引力变为了绕太阳运动的小行星，则以下说法正确的是
A. 轨道 对应的发射速度 为
B. 轨道 对应的发射速度 为
C. 轨道 对应的发射速度为可能为
D. 轨道 对应的发射速度为可能为
10. 北斗导航系统中有几颗卫星是地球同步卫星， 导航系统是由周期约为 的卫星群组成，则北斗导航系统的同步卫星与 导航卫星相比
A. 导航卫星的线速度大
B. 导航卫星的向心加速度小
C. 北斗导航系统的同步卫星的角速度大
D. 北斗导航系统的同步卫星的轨道半径大
11. 同步卫星与地心的距离为 ，运行速率为 ，向心加速度为 ；近地卫星运行速率为 ，向心加速度为 ，地球半径为 ，则下列比值正确的是
A. B. C. D.
12. 我国自主研发和部署的北斗卫星导航系统，由静止轨道卫星（离地面的高度约 ，相对地面静止）、中圆地球轨道卫星（离地面的高度约 ）及倾斜地球同步轨道卫星（离地面的高度约 ，轨道平面与赤道平面有一定的夹角）组成，上述卫星的轨道均视为圆轨道，下列说法正确的是
A. 中圆轨道卫星的周期大于静止轨道卫星的周期
B. 静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的周期均等于地球自转周期
C. 倾斜地球同步轨道卫星的运行速率小于中圆地球轨道卫星的运行速率
D. 静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的运行速率均大于第一宇宙速度
三、多项选择题（共1小题）
13. 关于人造卫星，下列说法中可能的是
A. 人造卫星环绕地球运行的速率是
B. 人造卫星环绕地球运行的速率是
C. 人造卫星环绕地球运行的周期是
D. 人造卫星环绕地球运行的周期是
四、解答题（共2小题）
14. 已知地球质量大约为月球质量的 倍，地球半径大约为月球半径的 倍。求：
（1）月球表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比约为多少；
（2）月球第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比约为多少
15. 如图所示， 是一颗地球同步卫星，已知地球半径为 ，地球表面处的重力加速度为 ，地球自转周期为 。
（1）设地球同步卫星对地球的张角为 ，求同步卫星的轨道半径 和 的值。
（2）要使一颗地球同步卫星能覆盖赤道上 ， 之间的区域，，则卫星可定位在轨道某段圆弧上，求该段圆弧的长度 （用 和 表示）
答案
1. A
【解析】因为地球同步卫星（卫星 ）的周期是 ，而大气环境监测卫星（卫星 ）的周期是 ，可见卫星 的周期小，角速度大，其线速度也大，满足“低轨高速小周期”的规律，故选项A正确，B错误；
因为卫星 离地球近一些，故它的向心加速度大于卫星 的向心加速度，选项C错误；由于两个卫星的半径不相同，所以卫星 所处轨道的重力加速度大于卫星 所处轨道的重力加速度，选项D错误。
2. B
3. B
4. C
【解析】由题意知 ，故速度大小 ，C 正确。
5. B
【解析】星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度
卫星所需的向心力由万有引力提供
，得
又由 、
故月球和地球上第一宇宙速度之比
故
因此 B 项正确。
6. C
【解析】A．由周长公式可得： ，
则火星公转轨道与地球公转轨道周长之比为：，
A错误，
BCD．由万有引力提供向心力，可得：
，
则有：，
，
，
即：，
，
，
BD错误，C正确，
故选C。
7. B
【解析】同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同，则知 与 的角速度相同，根据 知， 的向心加速度大。由 ，得 ，卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则同步卫星的向心加速度小于 的向心加速度，而 的向心加速度约为 ，故知 的向心加速度小于重力加速度 ，故A错误；
由 ，得 ，卫星的轨道半径越大，线速度越小，所以 的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故B正确；
是地球同步卫星，周期是 ，则 在 内转过的圆心角是 ，故C错误；
由开普勒第三定律 知，卫星的半径越大，周期越大，所以 的运动周期大于 的周期 ，故D错误。
8. A， D
【解析】根据万有引力提供向心力，设对绕地球表面圆周运动的卫星质量为 ，由牛顿第二定律有：，解得：，故A正确；
由上述分析可知，第一宇宙速度是人造卫星在地球表面做圆周运动的最大运行速度，故B错误；
在发射人造卫星的过程中，要克服引力和阻力做功，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，即把人造地球卫星发射到高轨道需要的发射速度大于第一宇宙速度，故C错误，D正确。
9. B， D
【解析】当卫星速度达到 ，即为第二宇宙速度，卫星就能脱离地球的束缚，变为了绕太阳运动的小行星，则 大于 ，故A错误；
第一宇宙速度是人造地球卫星运行的最大环绕速度，也是发射卫星具有的最小发射速度，当发射速度为 时卫星的轨道刚好为近地圆轨道 ，则 为 ，故B正确；
轨道 仍然围绕地球运动，没有脱离地球的束缚，所以轨道 对应的发射速度小于 ，故C错误，D正确。
10. A， D
【解析】AD．根据开普勒第三定律
可知， 导航卫星的周期小，则 导航卫星的轨道半径小，根据万有引力提供向心有
可得
可知， 导航卫星的轨道半径小，则 导航卫星的线速度大，故AD正确；
B．根据万有引力提供向心有
可得
导航卫星的轨道半径小，则 导航卫星的向心加速度大，故B错误；
C．根据万有引力提供向心有
可得
导航卫星的轨道半径小，则 导航卫星的角速度大，故C错误；故选AD。
11. A， D
【解析】根据万有引力提供向心力 ，
解得 ，
所以 ，故A正确，B错误；
根据万有引力提供向心力
，
则有：，故C错误、D正确。
12. B， C
13. A， B， D
【解析】人造地球卫星环绕地球的第一宇宙速度是 ，所以以 的速率环绕地球运动的卫星将在离地较近的轨道上运行，故A正确；，故 越大， 越小，第一宇宙速度为 ，可知，任何卫星的运行速度均小于第一宇宙速度，故B正确；
根据 ，轨道半径越大，周期越大，近地卫星的周期最小为 ，故C错误，D正确。
14. （1）
【解析】在月球表面，物体重力等于月球对物体的万有引力 ，地球表面物体重力等于地球对物体的万有引力 ，根据题意，，，
解得月球表面的重力加速度与地球表面重力加速度的比值 。
（2）
【解析】绕星球表面做匀速圆周运动的卫星的运行速度即第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力有 ，解得 ，解得月球的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比 。
15. （1） ；
【解析】设地球和同步卫星的质量分别为 ，，则有：
在地球表面有：
由几何关系得：
故有：，。
（2）
【解析】如图所示，
，故有：。
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一、单项选择题（共7小题）
1. 为了对大气二氧化碳进行全天时、高精度监测，我国研制的全球首颗搭载主动激光雷达的大气环境监测卫星，将于 年 月出厂待发射。与地球同步轨道卫星（图中卫星 ）不同，大气环境监测卫星（图中卫星 ）是轨道平面与赤道平面夹角接近 的卫星，一天内环绕地球飞 圈。下列说法正确的是
A. 卫星 的速度大于卫星 的速度
B. 卫星 的周期大于卫星 的周期
C. 卫星 的向心加速度小于卫星 的向心加速度
D. 卫星 所处轨道的重力加速度等于卫星 所处轨道的重力加速度
2. 年 月 日，嫦娥五号上升器携带月壤样品成功回到预定环月轨道，这是我国首次实现地外天体起飞。环月轨道可以近似为圆轨道，已知轨道半径为 ，月球质量为 ，引力常量为 。则上升器在环月轨道运行的速度为
A. B. C. D.
3. 年 月 日 时 分，长征五号遥四运载火箭将“天问一号”探测器在文昌航天发射场成功发射，开启火星探测之旅，火星是太阳系八大行星之一，属于类地行星。假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知火星到太阳的距离大于地球到太阳的距离，那么
A. 火星公转的周期小于地球公转的周期
B. 火星公转的线速度小于地球公转的线速度
C. 火星公转的角速度大于地球公转的角速度
D. 火星公转的加速度大于地球公转的加速度
4. 某公园里的过山车驶过轨道的最高点时，乘客在座椅里面头朝下，人体颠倒，若轨道半径为 ，人体重为 ，要使乘客经过轨道最高点时对座椅的压力等于自身的重力，则过山车在最高点时的速度大小为 。
A. B. C. D.
5. 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度约为 ，则该探月卫星绕月运行的速率约为
A. B. C. D.
6. 火星探测任务“天问一号”的标识如图所示。若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为 ，则火星与地球绕太阳运动的
A. 轨道周长之比为 B. 线速度大小之比为
C. 角速度大小之比为 D. 向心加速度大小之比为
7. 有 、 、 、 四颗地球卫星， 还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动， 是处于地面附近轨道的近地卫星， 是地球同步卫星， 是高空探测卫星，已知地球自转周期为 ，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则
A. 的向心加速度等于重力加速度
B. 在相同时间内 转过的弧长最长
C. 在 内转过的圆心角是
D. 的运动周期可能是
二、双项选择题（共5小题）
8. 关于笫一宇宙速度，下列说法中正确的是
A. 笫一宇宙速度的大小为
B. 它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度
C. 它是人造地球卫星进入绕地轨道的最大发射速度
D. 把人造地球卫星发射到高轨道需要的发射速度大于第一宇宙速度
9. 如图所示，在地球表面附近的 点发射卫星，当发射速度为 时卫星的轨道刚好为近地圆轨道 ，当发射速度为 时卫星恰好脱离地球的引力变为了绕太阳运动的小行星，则以下说法正确的是
A. 轨道 对应的发射速度 为
B. 轨道 对应的发射速度 为
C. 轨道 对应的发射速度为可能为
D. 轨道 对应的发射速度为可能为
10. 北斗导航系统中有几颗卫星是地球同步卫星， 导航系统是由周期约为 的卫星群组成，则北斗导航系统的同步卫星与 导航卫星相比
A. 导航卫星的线速度大
B. 导航卫星的向心加速度小
C. 北斗导航系统的同步卫星的角速度大
D. 北斗导航系统的同步卫星的轨道半径大
11. 同步卫星与地心的距离为 ，运行速率为 ，向心加速度为 ；近地卫星运行速率为 ，向心加速度为 ，地球半径为 ，则下列比值正确的是
A. B. C. D.
12. 我国自主研发和部署的北斗卫星导航系统，由静止轨道卫星（离地面的高度约 ，相对地面静止）、中圆地球轨道卫星（离地面的高度约 ）及倾斜地球同步轨道卫星（离地面的高度约 ，轨道平面与赤道平面有一定的夹角）组成，上述卫星的轨道均视为圆轨道，下列说法正确的是
A. 中圆轨道卫星的周期大于静止轨道卫星的周期
B. 静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的周期均等于地球自转周期
C. 倾斜地球同步轨道卫星的运行速率小于中圆地球轨道卫星的运行速率
D. 静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的运行速率均大于第一宇宙速度
三、多项选择题（共1小题）
13. 关于人造卫星，下列说法中可能的是
A. 人造卫星环绕地球运行的速率是
B. 人造卫星环绕地球运行的速率是
C. 人造卫星环绕地球运行的周期是
D. 人造卫星环绕地球运行的周期是
四、解答题（共2小题）
14. 已知地球质量大约为月球质量的 倍，地球半径大约为月球半径的 倍。求：
（1）月球表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比约为多少；
（2）月球第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比约为多少
15. 如图所示， 是一颗地球同步卫星，已知地球半径为 ，地球表面处的重力加速度为 ，地球自转周期为 。
（1）设地球同步卫星对地球的张角为 ，求同步卫星的轨道半径 和 的值。
（2）要使一颗地球同步卫星能覆盖赤道上 ， 之间的区域，，则卫星可定位在轨道某段圆弧上，求该段圆弧的长度 （用 和 表示）
答案
1. A
【解析】因为地球同步卫星（卫星 ）的周期是 ，而大气环境监测卫星（卫星 ）的周期是 ，可见卫星 的周期小，角速度大，其线速度也大，满足“低轨高速小周期”的规律，故选项A正确，B错误；
因为卫星 离地球近一些，故它的向心加速度大于卫星 的向心加速度，选项C错误；由于两个卫星的半径不相同，所以卫星 所处轨道的重力加速度大于卫星 所处轨道的重力加速度，选项D错误。
2. B
3. B
4. C
【解析】由题意知 ，故速度大小 ，C 正确。
5. B
【解析】星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度
卫星所需的向心力由万有引力提供
，得
又由 、
故月球和地球上第一宇宙速度之比
故
因此 B 项正确。
6. C
【解析】A．由周长公式可得： ，
则火星公转轨道与地球公转轨道周长之比为：，
A错误，
BCD．由万有引力提供向心力，可得：
，
则有：，
，
，
即：，
，
，
BD错误，C正确，
故选C。
7. B
【解析】同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同，则知 与 的角速度相同，根据 知， 的向心加速度大。由 ，得 ，卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则同步卫星的向心加速度小于 的向心加速度，而 的向心加速度约为 ，故知 的向心加速度小于重力加速度 ，故A错误；
由 ，得 ，卫星的轨道半径越大，线速度越小，所以 的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故B正确；
是地球同步卫星，周期是 ，则 在 内转过的圆心角是 ，故C错误；
由开普勒第三定律 知，卫星的半径越大，周期越大，所以 的运动周期大于 的周期 ，故D错误。
8. A， D
【解析】根据万有引力提供向心力，设对绕地球表面圆周运动的卫星质量为 ，由牛顿第二定律有：，解得：，故A正确；
由上述分析可知，第一宇宙速度是人造卫星在地球表面做圆周运动的最大运行速度，故B错误；
在发射人造卫星的过程中，要克服引力和阻力做功，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，即把人造地球卫星发射到高轨道需要的发射速度大于第一宇宙速度，故C错误，D正确。
9. B， D
【解析】当卫星速度达到 ，即为第二宇宙速度，卫星就能脱离地球的束缚，变为了绕太阳运动的小行星，则 大于 ，故A错误；
第一宇宙速度是人造地球卫星运行的最大环绕速度，也是发射卫星具有的最小发射速度，当发射速度为 时卫星的轨道刚好为近地圆轨道 ，则 为 ，故B正确；
轨道 仍然围绕地球运动，没有脱离地球的束缚，所以轨道 对应的发射速度小于 ，故C错误，D正确。
10. A， D
【解析】AD．根据开普勒第三定律
可知， 导航卫星的周期小，则 导航卫星的轨道半径小，根据万有引力提供向心有
可得
可知， 导航卫星的轨道半径小，则 导航卫星的线速度大，故AD正确；
B．根据万有引力提供向心有
可得
导航卫星的轨道半径小，则 导航卫星的向心加速度大，故B错误；
C．根据万有引力提供向心有
可得
导航卫星的轨道半径小，则 导航卫星的角速度大，故C错误；故选AD。
11. A， D
【解析】根据万有引力提供向心力 ，
解得 ，
所以 ，故A正确，B错误；
根据万有引力提供向心力
，
则有：，故C错误、D正确。
12. B， C
13. A， B， D
【解析】人造地球卫星环绕地球的第一宇宙速度是 ，所以以 的速率环绕地球运动的卫星将在离地较近的轨道上运行，故A正确；，故 越大， 越小，第一宇宙速度为 ，可知，任何卫星的运行速度均小于第一宇宙速度，故B正确；
根据 ，轨道半径越大，周期越大，近地卫星的周期最小为 ，故C错误，D正确。
14. （1）
【解析】在月球表面，物体重力等于月球对物体的万有引力 ，地球表面物体重力等于地球对物体的万有引力 ，根据题意，，，
解得月球表面的重力加速度与地球表面重力加速度的比值 。
（2）
【解析】绕星球表面做匀速圆周运动的卫星的运行速度即第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力有 ，解得 ，解得月球的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比 。
15. （1） ；
【解析】设地球和同步卫星的质量分别为 ，，则有：
在地球表面有：
由几何关系得：
故有：，。
（2）
【解析】如图所示，
，故有：。
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