第3章　万有引力定律 分层作业14　宇宙速度与航天--2025粤教版高中物理必修第二册同步练习题

中小学教育资源及组卷应用平台
2025粤教版高中物理必修第二册
分层作业14　宇宙速度与航天
A组 必备知识基础练
题组一　宇宙速度
1.物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度叫第一宇宙速度,其大小为(　　)
A.7.9 km/s B.11.2 km/s
C.16.7 km/s D.18.5 km/s
2.(多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是 (　　)
A.人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度
B.火星探测卫星的发射速度大于第三宇宙速度
C.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,成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度
D.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
题组二　解决天体运动的基本思路
3.(多选)如图所示,运行轨道在同一平面内的两颗人造卫星A、B,同方向绕地心做匀速圆周运动,此时刻A、B与地心恰在同一直线上且相距最近,已知A的周期为T,B的周期为T.下列说法正确的是 (　　)
A.A的线速度小于B的线速度
B.A的角速度小于B的角速度
C.A的重力小于B的重力
D.A的重力大于B的重力
4.(2024广东肇庆检测)2023年10月26日11时14分,“神舟十七号”载人飞船发射成功,10月26日17时46分,“神舟十七号”载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接.我国空间站在离地球表面高约400 km的轨道上运行,已知同步卫星距离地球表面的高度约为36 000 km.下列说法正确的是(　　)
A.我国空间站的运行周期为24 h
B.我国空间站运行的角速度小于地球自转的角速度
C.我国空间站运行的线速度比同步卫星的线速度大
D.我国空间站的发射速度大于第二宇宙速度,小于第三宇宙速度
题组三　人造地球卫星
5.(多选)某位同学设想了人造地球卫星轨道(卫星发动机关闭),其中可能的是(　　)
6.北斗卫星导航系统由地球静止轨道卫星和其他卫星组成,则地球静止轨道卫星(　　)
A.绕地球运行的轨道为椭圆
B.运行周期与地球自转周期相同
C.可静止在南京上空
D.运行方向与地球自转方向相反
B组 关键能力提升练
7.如图所示,甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动,下列说法正确的是(　　)
A.甲的向心加速度比乙的小
B.甲的运行周期比乙的小
C.甲的角速度比乙的大
D.甲的线速度比乙的大
8.我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行,从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹.“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步.该卫星绕地球做圆周运动,运动周期与地球自转周期相同,轨道平面与地球赤道平面成一定夹角.该卫星(　　)
A.运动速度大于第一宇宙速度
B.运动速度小于第一宇宙速度
C.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星
D.轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星
9.(2024广东惠州检测)如图所示,风云1号是极地轨道卫星,绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h,风云2号为地球静止轨道卫星,则下列说法正确的是 (　　)
A.风云1号的加速度比风云2号的加速度大
B.风云2号的轨道半径为风云1号的两倍
C.风云1号的线速度为风云2号的两倍
D.风云1号和风云2号与地心的连线每秒扫过的面积相等
10.(2024广东惠州检测)据报道,“TRAPPIST-1恒星系统”由1颗红矮星和7颗围绕它运行的行星组成,若地球半径为R,则行星的半径如下表.据推测行星g和h的密度大致相同,若行星g的第一宇宙速度为v,则行星h的第一宇宙速度约为(　　)
行星 b c d e f g h
半径 1.12R 1.10R 0.78R 0.91R 1.05R 1.15R 0.77R
A.0.5v B.0.7v
C.1.5v D.2.3v
11.已知火星半径为R,质量为M,自转的周期为T,引力常量为G,火星和地球的距离为L,地球质量为m0.
(1)求火星与地球间的万有引力的大小;
(2)求火星的第一宇宙速度v1;
(3)若将来人类发射火星的同步卫星,求火星同步卫星的轨道半径r.
C组 核心素养拔高练
12.一航天员站在某质量分布均匀的星球表面上沿竖直方向以初速度v0抛出一个小球,测得小球经时间t落回抛出点,已知该星球半径为R,引力常量为G,求:
(1)该星球表面的重力加速度;
(2)该星球的密度;
(3)该星球的“第一宇宙速度”.
分层作业14　宇宙速度与航天
1.A
2.CD　解析 根据v=可知,卫星的轨道半径r越大,即距离地面越远,卫星的环绕速度越小,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D正确;由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径,故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度,选项A错误;火星探测卫星仍在太阳系内,所以其发射速度小于第三宇宙速度,选项B错误;第二宇宙速度是在地面附近使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造行星的最小发射速度,选项C正确.
3.AB　解析 根据万有引力提供向心力可得G=m=mω2r,解得v=,ω=,即轨道半径越大,线速度、角速度就越小,所以卫星A的线速度和角速度都较小,故A、B正确;由于不知道卫星A、B的质量关系,所以无法判断两颗卫星的重力大小关系,故C、D错误.
4.C　解析 卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力可得=mr=mω2r=m,可知T=,ω=,v=,由于空间站的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,则空间站的运行周期小于24 h;空间站的角速度大于同步卫星的角速度,即大于地球自转角速度;空间站的线速度大于地球同步卫星的线速度,故A、B错误,C正确.空间站的发射速度大于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度,故D错误.
5.ABC　解析 人造地球卫星靠万有引力提供向心力,做匀速圆周运动,万有引力的方向指向地心,所以圆周运动的圆心是地心,故选项A、B、C正确.
6.B　解析 地球静止轨道卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道,故A错误;地球静止轨道卫星运行周期与地球自转一周的时间相等,即24小时,故B正确;地球静止轨道卫星静止在赤道上空某处,南京不在赤道上,所以不可静止在南京上空,故C错误;地球静止轨道卫星的运行方向与地球自转方向相同,故D错误.
7.A　解析 根据卫星运动的向心力由万有引力提供,有G=ma=mr=mrω2=m,由a=,可知甲的向心加速度小于乙的向心加速度,故A正确;T=,由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量,故甲的周期大于乙的周期,故B错误;ω=,由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量,故甲的角速度小于乙的角速度,故C错误;v=,由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量,故甲的线速度小于乙的线速度,故D错误.
8.B　解析 第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度,是环绕地球做圆周运动的所有卫星的最大环绕速度,该卫星的运转半径远大于地球的半径,可知运行线速度小于第一宇宙速度,A错误,B正确;根据G=mr可知,r=,因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同,等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周期,可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径,C、D错误.
9.A　解析 由T=2π可知,风云1号的轨道半径小,则由a=可知,风云1号的加速度比风云2号的加速度大,A正确;由开普勒第三定律可知,故B错误;由v=可知,,故C错误;由开普勒第二定律可知,风云1号与地心的连线在每秒内扫过的面积相等,风云2号与地心的连线在每秒内扫过的面积相等,但前后两者不相等,D错误.
10.B　解析 设行星的半径为R',在行星表面有=mg',可得行星的质量为M=,行星的体积为V=πR'3,可得行星的密度为ρ=.由于行星g和h的密度大致相同,可得星h和g表面的重力加速度之比为,根据万有引力提供向心力有G=m,可得行星的第一宇宙速度为v1=,即行星h和g的第一宇宙速度之比为≈0.7,其中行星g的第一宇宙速度为v,则行星h的第一宇宙速度约为vh1=0.7v,故选B.
11.解析 (1)根据万有引力定律,火星与地球间的万有引力的大小为F引=G.
(2)火星的第一宇宙速度即火星表面轨道卫星运行的线速度,设该卫星质量为m,则有=m
解得火星的第一宇宙速度为v1=.
(3)火星同步卫星的周期与火星自转的周期相等,则有=mr
解得火星同步卫星的轨道半径为r=.
答案 (1)G　(2)　(3)
12.解析 (1)根据竖直上抛运动规律可知,小球运动时间t=
可得星球表面重力加速度g=.
(2)星球表面的小球所受重力等于星球对小球的万有引力,设小球质量为m,则有mg=
得M=
因为V=
则有ρ=.
(3)重力提供向心力,故mg=m
该星球的“第一宇宙速度”v=.
答案 (1)　(2)　(3)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)