2019-2020学年鲁科版（2019）必修第二册 4.4人类对太空的不懈探索 达标作业（解析版)

4.4人类对太空的不懈探索达标作业（解析版)
1．2019年10月5日2时51分，我国在太原卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭，成功将“高分十号”卫星发射升空，卫星顺利进入略低于地球同步轨道的圆轨道，任务获得圆满成功。下列关于“高分十号”卫星的描述正确的是
A．“高分十号”卫星在轨运行周期可能大于24小时
B．“高分十号”卫星在轨运行速度在第一宇宙速度与第二宇宙速度之间
C．“高分十号”卫星在轨运行的机械能一定小于同步卫星的机械能
D．“高分十号”卫星在轨运行的向心加速度大于地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度
2．假设人造地球卫星做匀速圆周运动，当它的轨道半径增大到原来的2倍时（）
A．根据，卫星受到的向心力增为原来的2倍
B．根据，卫星受到的向心力减为原来的
C．根据，卫星受到的向心力减为原来的
D．根据，卫星受到的向心力保持不变
3．四颗地球卫星a、b、c、d的排列位置如图所示，其中，a是静止在地球赤道上还未发射的卫星，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，四颗卫星相比较（　 　）
A．a的向心加速度最大
B．相同时间内b转过的弧长最长
C．c相对于b静止
D．d的运动周期可能是23h
4．继“天宫”一号空间站之后，我国又发射“神州八号”无人飞船，它们的运动轨迹如图所示。假设“天宫”一号绕地球做圆周运动的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G。则下列说法正确的是（　　）
A．在远地点P处，“神州八号”的加速度与“天宫”一号相同
B．根据题中条件可以计算出地球的质量
C．根据题中条件可以计算出地球对“天宫”一号的引力大小
D．要实现“神州八号”与“天宫”一号在远地点P处对接，“神州八号”需在靠近P处点火加速
5．如图所示，a、b、c为三颗绕地球做圆周运动的人造卫星，轨迹如图。这三颗卫星的质量相同，下列说法正确的是（　　）
A．三颗卫星做圆周运动的圆心相同
B．三颗卫星受到地球的万有引力相同
C．a、b两颗卫星做圆周运动的角速度大小相等
D．a、c两颗卫星做圆周运动的周期相等
6．某国际天文研究小组观测到了一组双星系统，它们绕二者连线上的某点做匀速圆周运动，双星系统中质量较小的星体能“吸食”质量较大的星体的表面物质，达到质量转移的目的．根据大爆炸宇宙学可知，双星间的距离在缓慢增大，假设星体的轨道近似为圆，则在该过程中(　　)
A．双星做圆周运动的角速度不断减小
B．双星做圆周运动的角速度不断增大
C．质量较大的星体做圆周运动的轨道半径减小
D．质量较大的星体做圆周运动的轨道半径增大
7．2019年10月11日，中国火星探测器首次公开亮相，暂命名为“火星一号”，并计划于2020年发射。接近火星后，探测器需经历如图所示的变轨过程，轨道I为圆轨道，已知引力常量为G，则下列说法正确的是（ ）
A．探测器在轨道I上的机械能大于在轨道II上的机械能
B．探测器在轨道上运动时，运行的周期
C．探测器若从轨道II变轨到轨道I，需要在P点朝速度反向喷气
D．若轨道I贴近火星表面，并已知探测器在轨道I上运动的角速度，可以推知火星的密度
8．一颗人造地球卫星以初速度v发射后，可绕地球运动，若使发射速度增大为2v，则该卫星可能（　　）
A．绕地球做匀速圆周运动
B．绕地球运动，轨道变为椭圆
C．不绕地球运动，成为太阳的人造行星
D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙
9．“神舟十一号”飞船与“天宫二号”实施自动交会对接。交会对接前“神舟十一号”飞船先在较低的圆轨道1上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的“天宫二号”对接。如图所示，M、Q两点在轨道1上，P点在轨道2上，三点连线过地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速。则（　　）
A．“神舟十一号”须在Q点加速，才能在P点与“天宫二号”相遇
B．“神舟十一号”在M点经一次加速，即可变轨到轨道2
C．“神舟十一号”在M点变轨后的速度大于变轨前的速度
D．“神舟十一号”变轨后运行周期总大于变轨前的运行周期
10．如图所示，发射同步卫星的一般程序是：先让卫星进入一个近地的圆轨道，然后在P点变轨，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步卫星圆轨道上的Q点），到达远地点Q时再次变轨，进入同步卫星轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在同步卫星轨道上的速率为v4，三个轨道上运动的周期分别为T1、T2、T3，则下列说法正确的是（　　）
A．在P点变轨时需要加速，Q点变轨时要减速
B．在P点变轨时需要减速，Q点变轨时要加速
C．T1＜T2＜T3
D．v2＞v1＞v4＞v3
11．“嫦娥一号”探月卫星在空中的运动可简化为如图5所示的过程，卫星由地面发射后，经过发射轨道进入停泊轨道，在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道.已知卫星在停泊轨道和工作轨道运行的半径分别为R和R1，地球半径为r，月球半径为r1，地球表面重力加速度为g，月球表面重力加速度为.求：
(1)卫星在停泊轨道上运行的线速度大小；
(2)卫星在工作轨道上运行的周期.
12．已知地球质量为M，万有引力常量为G。将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体。忽略地球自转影响。
（1）求地面附近的重力加速度g；
（2）求地球的第一宇宙速度v；
（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道哪些相关数据？请分析说明。
13．假设地球可视为质量均匀分布的球体。经测量，某质量为m的重物在两极的重力大小为F0、在赤道的重力大小为F，地球自转的转速为n。则离地高度等于地球半径的轨道重力加速度为__，地球的半径为__。
14．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，动能减小为原来的，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的轨道半径之比为_______，周期之比为________。
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A．万有引力提供向心力：
解得：，因为“高分十号”轨道半径略低于地球同步轨道的圆轨道，所以周期小于同步卫星的周期24小时，A错误；
B．第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最大环绕速度，所以“高分十号”卫星在轨运行速度小于第一宇宙速度，B错误；
C．“高分十号”和同步卫星的质量关系未知，所以机械能大小关系不确定，C错误；
D．高空的卫星由万有引力提供向心加速度：
可知“高分十号”卫星的向心加速度大于同步卫星的向心加速度，同步卫星和地球赤道上的物体角速度相同，根据：
可知同步卫星的向心加速度大于地球赤道上的物体的向心加速度，所以“高分十号”卫星在轨运行的向心加速度大于地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度，D正确。
故选D。
2．C
【解析】
试题分析：当轨道半径变化时，万有引力变化，卫星的角速度随着变化，所以不能根据公式F=mω2?r得卫星受的向心力增为原来的2倍，故A错误；同理，当轨道半径变化时，万有引力变化，卫星的线速度随着变化，故B错误；根据万有引力的表达式，卫星受的向心力减为原来的．故C正确；人造地球卫星的轨道半径增大到原来2倍时，重力加速度也随着变化，故D错误；故选C．
考点：万有引力定律的应用
【名师点睛】人造卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，卫星的线速度、角速度、周期都与半径有关，讨论这些物理量时要找准公式，正确使用控制变量法．
3．B
【解析】
【详解】
A、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a与c的角速度相同，根据a=ω2r知，c的向心加速度比a的向心加速度大，故A错误；
B、由，得，卫星的半径越大，角速度越小，所以b的角速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故B正确；
C、b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，c相对于地面静止，近地轨道卫星相对于地面运动，所以c相对于b运动，故C错误；
D、由开普勒第三定律知，卫星的半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期24h，故D错误；
故选B．
【点睛】
同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同，根据a=ω2r比较a与c的向心加速度大小；根据万有引力提供向心力，列出等式得出角速度与半径的关系，再分析弧长关系；根据开普勒第三定律判断d与c的周期关系，据此解答．
4．ABD
【解析】
【详解】
A．由：
知：
，
得：在远地点P处，“神州八号”的加速度和“天宫一号”加速度相同，A正确；
B．由“天宫”一号做圆周运动万有引力提供向心力可知：
，
解得：
，
所以可以计算出地球的质量，B正确；
C．没有“天宫”一号质量是不能算出万有引力，C错误；
D．“神州八号”加速做离心运动，可以进入高轨道与天宫对接，D正确。
故选ABD。
5．AC
【解析】
【详解】
A．三颗卫星做圆周运动的圆心都是地心，是相同的，A正确；
B．三颗卫星的质量相同，但轨道半径不同，所受到地球的万有引力不相同，B错误；
C．根据万有引力充当向心力，得
，
解得：
，
a、b两颗卫星的轨道半径相等，所以做圆周运动的角速度大小相等，C正确；
D．根据：
，
可得
，
a、c两颗卫星轨道半径不同，所以做圆周运动的周期不相等，D错误。
故选AC。
6．AD
【解析】
试题分析：根据双星的运动的角速度向心力大小相等有：，，联立可得：，，所以A、D正确；B、C错误．
考点：本题考查天体运动
7．BD
【解析】
【详解】
AC．探测器在轨道II上P点需要朝速度方向喷气减速降低至轨道I，所以高轨I上的机械能小于在轨道II上的机械能，AC错误；
B．根据开普勒第三定律：
图中半长轴和半径的关系，绕同一中心天体，所以，B正确；
D．若轨道I贴近火星表面，轨道半径近似为火星半径，万有引力提供向心力：
火星密度：
解得：，可以求出火星密度，D正确。
故选BD。
8．CD
【解析】
【详解】
卫星以初速度发射后能绕地球运动，可知发射速度一定大于等于第一宇宙速度7.9km/s而小于第二宇宙速度11.2km/s；当以速度发射时，发射速度一定大于等于15.8km/s且小于22.4km/s，已超过了第二宇宙速度11.2km/s，也可能超过第三宇宙速度16.7km/s，所以此卫星不再绕地球运行，可能绕太阳或太阳系其他星体运行，也可能飞到太阳系以外的宇宙。
故选CD。
9．CD
【解析】
【详解】
A．“神舟十一号”与天宫二号要实施对接，需要神舟十一号抬升轨道，即神舟十一号开动发动机加速做离心运动，使轨道高度抬长与天宫二号实现对接，故“神舟十一号”在点加速，可以在点与“天宫二号”相遇，故A错误；
B．“神舟十一号”在点经一次加速后绕椭圆轨道运动到点，再经过一次加速过程，由椭圆轨道变成圆轨道，进入轨道2，故B错误；
C．“神舟十一号”在点要加速，因此“神舟十一号”在点变轨后的速度大于变轨前的速度，故C正确；
D．卫星做匀速圆周运动时，由万有引力提供向心力，即有：
解得：
可知轨道半径越大，周期越大，所以“神舟十一号”在变轨后速度变小，周期变大，故D正确；
故选CD。
10．CD
【解析】
【详解】
AB．设三个轨道的半径（或半长轴）分别为、、，卫星在椭圆形转移轨道的近地点点时做离心运动，所受的万有引力小于所需要的向心力，即有：
而在圆轨道时万有引力等于向心力，即有：
所以有：
在点变轨需要加速；同理，由于卫星在转移轨道上点做离心运动，可知：
在点变轨也要加速，故A、B错误；
C．由于轨道半径（或半长轴），由开普勒第三定律（为常量）可得：
故C正确；
D．在圆轨道时万有引力等于向心力，即有：
人造卫星做圆周运动的线速度：
可知：
由此可知：
故选CD。
11．(1) (2)
【解析】
（1）卫星停泊轨道是绕地球运行时，根据万有引力提供向心力： 解得：卫星在停泊轨道上运行的线速度；
物体在地球表面上，有，得到黄金代换，代入解得；
（2）卫星在工作轨道是绕月球运行，根据万有引力提供向心力有，
在月球表面上，有，得，
联立解得：卫星在工作轨道上运行的周期．
12．（1）（2）（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量。
【解析】
【详解】
（1）设地球表面的物体质量为m , 有
解得
（2）设地球的近地卫星质量为m(，有
解得
（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量。 设太阳质量为M(，地球绕太阳运动的轨道半径为r、周期为T，根据可知若知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量可求得太阳的质量。
13．
【解析】
【详解】
[1]在两极有：
离地高度等于地球半径的轨道，有：
解得：
[2]在赤道，有：
解得地球的半径为：
14．1：4 1：8
【解析】
【详解】
[1]．卫星变轨后仍做匀速圆周运动，动能减小为原来的１/４，根据动能公式，所以速度大小减到原来的；人造卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，列出等式
所以变轨前后卫星的轨道半径之比为1：4[2]．根据万有引力提供向心力，列出等式得

所以周期之比为1：8.