5.3人类对太空的不懈追求
课时作业（含解析)
1．通过物理学史的学习能让我们增长见识，加深对物理学的理解，下列说法正确的是（
）
A．第谷通过长期观察建立了日心说
B．牛顿用实验测定了引力常量
C．开普勒提出了行星运动三大定律
D．卡文迪许发现了万有引力定律
2．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的说法是（ ）
A．英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量G
B．牛顿通过计算首先发现了海王星和冥王星
C．哥白尼首先提出了“地心说”
D．开普勒经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点
3．2018年2月12日13时03分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星。发射过程中“北斗”28星的某一运行轨道为椭圆轨道，周期为，如图所示。则（
）
A．“北斗”28星的发射速度小于第一宇宙速度
B．“北斗”28星在过程所用的时间小于
C．“北斗”28星在的过程中，速率逐渐变大
D．“北斗”28星在的过程中，万有引力对它先做正功后做负功
4．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是（
）
A．第一宇宙速度大小为7.9km/s
B．第一宇宙速度大小为11.2km/s
C．第一宇宙速度是最大发射速度
D．第一宇宙速度是最小运行速度
5．科幻电影《流浪地球》中讲述了人类想方设法让地球脱离太阳系的故事．地球流浪途中在接近木星时被木星吸引，当地球快要撞击木星的危险时刻，点燃木星产生强大气流推开地球拯救了地球．若逃逸前，地球、木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，且航天器在地球表面的重力为G1，在木星表面的重力为G2；地球与木星均可视为球体，其半径分别为R1、R2，则下列说法正确的是（ ）
A．地球逃逸前，发射的航天器逃出太阳系的最小速度为
B．木星与地球的第一宇宙速度之比为
C．地球与木星绕太阳公转周期之比的立方等于它们轨道半长轴之比的平方
D．地球与木星的质量之比为
6．在物理学理论建立的过程中，有许多科学家做出了巨大的贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是（ ）
A．牛顿提出了“日心说”
B．开普勒发现了万有引力定律
C．卡文迪许通过实验比较准确地测出了引力常量的数值
D．第谷通过对天体运动的长期观察，发现了行星运动三定律
7．如图所示，卫星甲、乙分别绕质量为M和2M的星球做匀速圆周运动，且它们的环绕半径相同。设甲、乙的运行周期分别为T甲和T乙，甲、乙的线速度分别为v甲和v乙，则（ ）
A．T甲>T乙
v甲>v乙
B．T甲>T乙
v甲C．T甲v甲>v乙
D．T甲v甲8．著名物理学家牛顿从苹果落地现象出发，发现了万有引力定律，从而说明学好物理要多观察，多思考.在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，为物理学的建立，做出了巨大的贡献.在对以下几位物理学家所做的科学贡献的叙述中，正确的是（ ）
A．卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，并测出了引力常量G的数值
B．地心说的代表人物是哥白尼，认为地球是宇宙的中心，其他星球都在绕地球运动
C．牛顿由于测出了引力常量而成为第一个计算出地球质量的人
D．开普勒用了20年时间研究第谷的行星观测记录，发现了行星运动的三大定律
9．假设将来一艘飞船靠近火星时，经历如图所示的变轨过程，已知万有引力常量为，则下列说法正确的是（ ）
A．飞船在轨道Ⅱ上运动到P点的速度小于在轨道Ⅰ运动到P点的速度
B．若轨道Ⅰ贴近火星表面，测出飞船在轨道Ⅰ运动的周期，就可以推知火星的密度
C．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度
D．飞船在轨道Ⅱ上运动时的周期大于在轨道Ⅰ上运动时的周期
10．如图所示，地球球心为O，半径为R，表面的重力加速度为g。一宇宙飞船绕地球无动力飞行且沿椭圆轨道运动，轨道上P点距地心最远，距离为3R。为研究方便，假设地球不自转且忽略空气阻力，则（）
A．飞船在P点的加速度一定是
B．飞船经过P点的速度一定是
C．飞船经过P点的速度小于
D．飞船经过P点时，若变轨为半径为3R的圆周运动，需要制动减速
11．星系是宇宙中的一大群________、气体、尘埃等组成的系统，宇宙中的星系大约有1000亿个以上，银河系以外的星系称为________．
12．地球和金星都是围绕太阳运动的行星，设它们绕太阳运动的轨道半径分别为r1和r2,且r1〉r2，运动的速度v1、v2，公转周期分别为T1、T2，则有v1____v2，T1____T2．（填“〉”“〈”或
“=”）
13．假设未来我国空间站绕地球做匀速圆周运动时离地面的高度为同步卫星离地面高度的，已知同步卫星到地面的距离为地球半径的6倍，地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g．求
（1）同步卫星做圆周运动和空间站做圆周运动的周期之比；
（2）空间站做匀速圆周运动的角速度大小．
14．一个质量为2000
kg行星探测器从某行星表面竖直升空，发射时发动机推力恒定，发射升空后4s末，发动机突然间发生故障而关闭；如图所示为探测器从发射到落回出发点全过程的速度图象；已知该行星表面没有大气，其半径为地球半径的一半，地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为g=10m/s2。不考虑探测器总质量的变化；求：
（1）探测器落回出发点时的速度；
（2）探测器发动机正常工作时的推力；
（3）该行星的第一宇宙速度。
参考答案
1．C
【解析】
A．日心说是由哥白尼建立的，A错误；
B．卡文迪许利用扭秤实验测定了引力常量，B错误；
C．开普勒提出了行星运动三大定律，分别是：轨道定律、面积定律和周期定律，C正确；
D．牛顿发现了万有引力定律，D错误；
故选C．
2．A
【解析】
A．英国物理学家卡文迪许用扭秤实验测出引力常量G，故A正确；
B．牛顿发现了万有引力定律，牛顿没有发现海王星和冥王星，故B错误；
CD．哥白尼首先提出了“日心说”，故CD错误。
故选A。
3．B
【解析】
A、绕地球运行的卫星，其发射速度都大于第一宇宙速度，故选项A错误；
B、卫星在的过程中所用的时间是，由于卫星在的过程中，速率逐渐变小，与的路程相等，所以卫星在过程所用的时间小于，故选选项B正确；
C、根据开普勒第二定律，卫星在的过程中，卫星与地球的距离增大，速率逐渐变小，故选项C错误；
D、卫星在的过程中，万有引力方向与速度方向成钝角，万有引力对它做负功，过了点后万有引力方向与速度方向成锐角，万有引力对它做正功，故选项D错误。
4．A
【解析】
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，在地面附近发射飞行器，如果速度等于7.9km/s，飞行器恰好做匀速圆周运动，选项A正确，B错误。人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度，轨道半径越小，速度越大，故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，故D错误。而发射越高，克服地球引力做功越大，需要的初动能也越大，故第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最小发射速度，故C错误；故选A。
【点睛】
第一宇宙速度有三种说法：①它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度．②它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度．③它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度.
5．D
【解析】
A．在地球的表面发射飞出太阳系的最小发射速度，叫做第三宇宙速度v3=16.7km/s，故A错误；
B．根据重力提供向心力得，解得：地球上的第一宇宙速度，同理得：木星上的第一宇宙速度为：，故木星与地球的第一宇宙速度之比，故B错误；
C．根据开普勒第三定律得：，故，即地球与木星绕太阳公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的三次方，故C错误；
D．根据重力与万有引力相等，，解得：，同理可得木星质量：，故，故D正确；
6．C
【解析】
哥白尼提出了“日心说”，第谷通过对天体运动的长期观察，积累了大量的天文数据；开普勒在第谷天文数据的基础上，总结和归纳数据，发现行星运动的三定律，牛顿发现万有引力定律，卡文迪许通过实验比较精确地测出了“万有引力常量”，被誉为能“称出地球质量的人”，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．B
【解析】
万有引力提供向心力
解得
两卫星绕行半径相同，甲卫星的中心天体质量小，线速度小，即v甲万有引力提供向心力
解得
两卫星绕行半径相同，甲卫星的中心天体质量小，周期较大，即T甲>T乙；ACD错误，B正确。
故选B。
8．D
【解析】
A．牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量G的数值，选项A错误；
B．地心说的代表人物是托勒密，认为地球是宇宙的中心，其他星球都在绕地球运动，选项B错误；
C．卡文迪许由于测出了引力常量而成为第一个计算出地球质量的人，选项C错误；
D．开普勒用了20年时间研究第谷的行星观测记录，发现了行星运动的三大定律，选项D正确。
故选D。
9．BD
【解析】
A.
从轨道I到轨道Ⅱ要在P点点火加速，则在轨道I上P点的速度小于轨道Ⅱ上P点的速度，故A错误；
B.
飞船贴近火星表面飞行时，如果知道周期T，可以计算出密度，即由
，
可解得
故B正确；
C.
根据
可知，飞船在I、Ⅱ轨道上的P点加速度相等，故C错误；
D.
因为轨道Ⅱ半长轴大于轨道Ⅰ的半径，所以飞船在轨道Ⅱ上运动时的周期大于在轨道Ⅰ上运动时的周期，故D正确。
10．AC
【解析】
A.在地表：，在P点：，所以，A正确
BCD.若飞船经过P点时，变轨为半径为3R的圆周运动，需要进入高轨道，加速离心，且在半径为3R的圆周轨道有：，解得：，所以飞船在P点速度小于，BD错误，C正确
11．恒星
河外星系
【解析】
星系是宇宙中的一大群恒星、气体、尘埃等组成的系统，宇宙中的星系大约有1000亿个以上，银河系以外的星系称为河外星系．
12．<;
>;
【解析】
根据万有引力提供向心力，得，T＝2π，可知半径越大，线速度越小，周期越大，因r1＞r2，则v1＜v2，T1＞T2．
点睛：本题要知道地球和金星都是围绕太阳运动的行星，万有引力提供向心力，根据题意选择恰当的向心力的表达式计算．
13．（1）
（2）
【解析】
(1)设同步卫星做圆周运动和空间站做圆周运动的周期分别为T1和T2，则有：
其中，
解得：；
(2)由公式
得：
空间站做匀速圆周运动时：
其中
解得：.
14．（1）（2）50000N（3）4km/s
【解析】【分析】图象内“面积”表示探测器在行星表面达到的最大高度，由数学知识求解，根据牛顿第二定律求出发动机的推动力，发动机关闭后，探测器的加速度等于该行星表面的重力加速度，由知该行星的第一宇宙速度
解：(1)探测器上升高度为
探测器下降时的加速度为
探测器落回出发点时的速度
(2)探测器加速时的加速度
探测器发动机正常工作时的推力由牛顿第二定律
得
(3)由知该行星的第一宇宙速度为5.3人类对太空的不懈追求
课时作业（含解析)
1．通过物理学史的学习能让我们增长见识，加深对物理学的理解，下列说法正确的是（
）
A．第谷通过长期观察建立了日心说
B．牛顿用实验测定了引力常量
C．开普勒提出了行星运动三大定律
D．卡文迪许发现了万有引力定律
2．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的说法是（ ）
A．英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量G
B．牛顿通过计算首先发现了海王星和冥王星
C．哥白尼首先提出了“地心说”
D．开普勒经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点
3．2018年2月12日13时03分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星。发射过程中“北斗”28星的某一运行轨道为椭圆轨道，周期为，如图所示。则（
）
A．“北斗”28星的发射速度小于第一宇宙速度
B．“北斗”28星在过程所用的时间小于
C．“北斗”28星在的过程中，速率逐渐变大
D．“北斗”28星在的过程中，万有引力对它先做正功后做负功
4．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是（
）
A．第一宇宙速度大小为7.9km/s
B．第一宇宙速度大小为11.2km/s
C．第一宇宙速度是最大发射速度
D．第一宇宙速度是最小运行速度
5．科幻电影《流浪地球》中讲述了人类想方设法让地球脱离太阳系的故事．地球流浪途中在接近木星时被木星吸引，当地球快要撞击木星的危险时刻，点燃木星产生强大气流推开地球拯救了地球．若逃逸前，地球、木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，且航天器在地球表面的重力为G1，在木星表面的重力为G2；地球与木星均可视为球体，其半径分别为R1、R2，则下列说法正确的是（ ）
A．地球逃逸前，发射的航天器逃出太阳系的最小速度为
B．木星与地球的第一宇宙速度之比为
C．地球与木星绕太阳公转周期之比的立方等于它们轨道半长轴之比的平方
D．地球与木星的质量之比为
6．在物理学理论建立的过程中，有许多科学家做出了巨大的贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是（ ）
A．牛顿提出了“日心说”
B．开普勒发现了万有引力定律
C．卡文迪许通过实验比较准确地测出了引力常量的数值
D．第谷通过对天体运动的长期观察，发现了行星运动三定律
7．如图所示，卫星甲、乙分别绕质量为M和2M的星球做匀速圆周运动，且它们的环绕半径相同。设甲、乙的运行周期分别为T甲和T乙，甲、乙的线速度分别为v甲和v乙，则（ ）
A．T甲>T乙
v甲>v乙
B．T甲>T乙
v甲C．T甲v甲>v乙
D．T甲v甲8．著名物理学家牛顿从苹果落地现象出发，发现了万有引力定律，从而说明学好物理要多观察，多思考.在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，为物理学的建立，做出了巨大的贡献.在对以下几位物理学家所做的科学贡献的叙述中，正确的是（ ）
A．卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，并测出了引力常量G的数值
B．地心说的代表人物是哥白尼，认为地球是宇宙的中心，其他星球都在绕地球运动
C．牛顿由于测出了引力常量而成为第一个计算出地球质量的人
D．开普勒用了20年时间研究第谷的行星观测记录，发现了行星运动的三大定律
9．假设将来一艘飞船靠近火星时，经历如图所示的变轨过程，已知万有引力常量为，则下列说法正确的是（ ）
A．飞船在轨道Ⅱ上运动到P点的速度小于在轨道Ⅰ运动到P点的速度
B．若轨道Ⅰ贴近火星表面，测出飞船在轨道Ⅰ运动的周期，就可以推知火星的密度
C．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度
D．飞船在轨道Ⅱ上运动时的周期大于在轨道Ⅰ上运动时的周期
10．如图所示，地球球心为O，半径为R，表面的重力加速度为g。一宇宙飞船绕地球无动力飞行且沿椭圆轨道运动，轨道上P点距地心最远，距离为3R。为研究方便，假设地球不自转且忽略空气阻力，则（）
A．飞船在P点的加速度一定是
B．飞船经过P点的速度一定是
C．飞船经过P点的速度小于
D．飞船经过P点时，若变轨为半径为3R的圆周运动，需要制动减速
11．两颗人造地球卫星，它们的质量之比，它们的轨道半径之比，那么它们所受的向心力之比
=__________；它们的角速度之比
=____________．
12．两颗人造卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，线速度大小之比为vA：vB＝2：1，则环绕的周期之比为___________．
13．如图所示，返回式月球软着陆器在完成了对月球表面的考察任务后，由月球表面回到绕月球做圆周运动的轨道舱．已知月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，轨道舱到月球中心的距离为r，引力常量为G，不考虑月球的自转．求：
（1）月球的质量M；
（2）轨道舱绕月飞行的周期T．
14．发射地球同步卫星时，先将卫星发射到距地面高度为h1的近地圆轨道上，在卫星经过A点时点火实施变轨进入椭圆轨道，最后在椭圆轨道的远地点B点再次点火将卫星送入同步轨道，如图所示．已知同步卫星的运动周期为T，地球的半径为R，地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响．求：
(1)地球的第一宇宙速度。
(2)卫星在近地点A的加速度大小。
(3)远地点B距地面的高度。
参考答案
1．C
【解析】
A．日心说是由哥白尼建立的，A错误；
B．卡文迪许利用扭秤实验测定了引力常量，B错误；
C．开普勒提出了行星运动三大定律，分别是：轨道定律、面积定律和周期定律，C正确；
D．牛顿发现了万有引力定律，D错误；
故选C．
2．A
【解析】
A．英国物理学家卡文迪许用扭秤实验测出引力常量G，故A正确；
B．牛顿发现了万有引力定律，牛顿没有发现海王星和冥王星，故B错误；
CD．哥白尼首先提出了“日心说”，故CD错误。
故选A。
3．B
【解析】
A、绕地球运行的卫星，其发射速度都大于第一宇宙速度，故选项A错误；
B、卫星在的过程中所用的时间是，由于卫星在的过程中，速率逐渐变小，与的路程相等，所以卫星在过程所用的时间小于，故选选项B正确；
C、根据开普勒第二定律，卫星在的过程中，卫星与地球的距离增大，速率逐渐变小，故选项C错误；
D、卫星在的过程中，万有引力方向与速度方向成钝角，万有引力对它做负功，过了点后万有引力方向与速度方向成锐角，万有引力对它做正功，故选项D错误。
4．A
【解析】
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，在地面附近发射飞行器，如果速度等于7.9km/s，飞行器恰好做匀速圆周运动，选项A正确，B错误。人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度，轨道半径越小，速度越大，故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，故D错误。而发射越高，克服地球引力做功越大，需要的初动能也越大，故第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最小发射速度，故C错误；故选A。
【点睛】
第一宇宙速度有三种说法：①它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度．②它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度．③它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度.
5．D
【解析】
A．在地球的表面发射飞出太阳系的最小发射速度，叫做第三宇宙速度v3=16.7km/s，故A错误；
B．根据重力提供向心力得，解得：地球上的第一宇宙速度，同理得：木星上的第一宇宙速度为：，故木星与地球的第一宇宙速度之比，故B错误；
C．根据开普勒第三定律得：，故，即地球与木星绕太阳公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的三次方，故C错误；
D．根据重力与万有引力相等，，解得：，同理可得木星质量：，故，故D正确；
6．C
【解析】
哥白尼提出了“日心说”，第谷通过对天体运动的长期观察，积累了大量的天文数据；开普勒在第谷天文数据的基础上，总结和归纳数据，发现行星运动的三定律，牛顿发现万有引力定律，卡文迪许通过实验比较精确地测出了“万有引力常量”，被誉为能“称出地球质量的人”，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．B
【解析】
万有引力提供向心力
解得
两卫星绕行半径相同，甲卫星的中心天体质量小，线速度小，即v甲万有引力提供向心力
解得
两卫星绕行半径相同，甲卫星的中心天体质量小，周期较大，即T甲>T乙；ACD错误，B正确。
故选B。
8．D
【解析】
A．牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量G的数值，选项A错误；
B．地心说的代表人物是托勒密，认为地球是宇宙的中心，其他星球都在绕地球运动，选项B错误；
C．卡文迪许由于测出了引力常量而成为第一个计算出地球质量的人，选项C错误；
D．开普勒用了20年时间研究第谷的行星观测记录，发现了行星运动的三大定律，选项D正确。
故选D。
9．BD
【解析】
A.
从轨道I到轨道Ⅱ要在P点点火加速，则在轨道I上P点的速度小于轨道Ⅱ上P点的速度，故A错误；
B.
飞船贴近火星表面飞行时，如果知道周期T，可以计算出密度，即由
，
可解得
故B正确；
C.
根据
可知，飞船在I、Ⅱ轨道上的P点加速度相等，故C错误；
D.
因为轨道Ⅱ半长轴大于轨道Ⅰ的半径，所以飞船在轨道Ⅱ上运动时的周期大于在轨道Ⅰ上运动时的周期，故D正确。
10．AC
【解析】
A.在地表：，在P点：，所以，A正确
BCD.若飞船经过P点时，变轨为半径为3R的圆周运动，需要进入高轨道，加速离心，且在半径为3R的圆周轨道有：，解得：，所以飞船在P点速度小于，BD错误，C正确
11．
【解析】
根据向心力公式，有、，可得
根据向心力公式和牛顿第二定律得
于是有、，可得
12．1:8
【解析】
人造卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律列式表示出线速度与轨道半径的关系，求得A、B两卫星的轨道半径之比，再由圆周运动的规律求周期之比．
【详解】
卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则得：，得卫星的轨道半径为，已知，由上式可得A、B轨道半径之比为，由周期公式，得环绕的周期之比为．
【点睛】
对于卫星问题，关键要抓住万有引力提供向心力这一基本思路，同时要明确各运动量与半径的关系，从而会判断各量的大小关系．
13．（1）（2）
【解析】
月球表面上质量为m1的物体，根据万有引力等于重力可得月球的质量；轨道舱绕月球做圆周运动，由万有引力等于向心力可得轨道舱绕月飞行的周期；
【详解】
解：(1)设月球表面上质量为m1的物体，其在月球表面有：
月球质量：
(2)轨道舱绕月球做圆周运动，设轨道舱的质量为m
由牛顿运动定律得：
解得：
14．（1）（2）（3）
【解析】（1）卫星作圆周运动向心力由重力提供即：，解得：；
（2）设地球质量为M，卫星质量为m，万有引力常量为G、卫星在近地圆轨道运动接近A点时的加速度为
在A点万有引力提供圆周运动向心力有：
又因为物体在地球表面上受到的万有引力等于重力
联立解得：
（3）设同步轨道距地面高度为
根据万有引力提供向心力有：
由②③两式解得：。
点睛：卫星问题主要抓住两点：一是地球表面重力和万有引力相等，二是卫星做圆周运动时万有引力提供圆周运动的向心力。
