2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册同步练习：7.4宇宙航行 Word版含答案

7.4宇宙航行
一、单选题
1．在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动的三颗卫星A、B、C，它们的轨道半径分别为r1、r2、r3，且r1>r2>r3，其中B为地球同步卫星。若三颗卫星在运动过程中受到的向心力大小相等，则（　　）
A．相同的时间内，A通过的路程最大
B．三颗卫星中，C的质量最大
C．三颗卫星中，A的线速度最大
D．C绕地球运动的周期小于24小时
2．关于“亚洲一号”地球同步通信卫星，下列说法正确的是（　　）
A．已知它的质量是1.24
t，若将它的质量增为2.50
t，其同步轨道半径变为原来的2倍
B．它的运行速度为7.9
km/s
C．它可以绕过北京的正上方，所以我国能利用其进行电视转播
D．它距地面的高度约为地球半径的5倍，卫星的向心加速度约为其正下方地面上物体的重力加速度的
3．如图是关于地球表面发射卫星时的三种宇宙速度的示意图，椭圆轨道为某卫星的运动轨道，下列说法正确的是（　　）
A．此卫星的发射速度大于第一宇宙速度
B．此卫星在远地点的速度大于第一宇宙速度
C．若想让卫星进入月球轨道，发射速度需大于第二宇宙速度
D．若想让卫星进入太阳轨道，发射速度需大于第三宇宙速度
4．下列关于绕地球运行的卫星的运行速度的说法中正确的是（　　）
A．一定等于7.9km/s
B．一定小于7.9km/s
C．大于或等于7.9km/s，而小于11.2km/s
D．只需大于7.9km/s
5．2013年6月11日，“神舟十号”飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员王亚平进行了首次太空授课。在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小（　　）
A．等于7.9km/s
B．介于7.9km/s和11.2km/s之间
C．小于7.9km/s
D．介于7.9km/s和16.7km/s之间
6．随着城市夜生活的增多，每晚因为照明消耗的电能占据用电量的很大一部分。为了节省电能，并为城市提供夜间照明，“人造月亮”设想应运而生。假设“人造月亮”和月球都绕地球做匀速圆周运动，“人造月亮”的轨道半径小于月球的轨道半径，则“人造月亮”与月亮相比，具有更大的（　　）
A．运行速度
B．运行周期
C．向心力
D．动能
7．我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭发射了“北斗三号”系统的最后一颗组网卫，至此，北斗三号全球卫星导航星座部署比原计划提前半年完成，此次发射的卫星属于地球同步卫星，关于该卫星的说法中正确的是（　　）
A．定点在北京上空
B．所受引力保持不变
C．线速度保持不变
D．运行速度小于第一宇宙速度
8．北斗问天，国之夙愿，我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍，则该地球静止轨道卫星（　　）
A．其发射速度一定大于11.2km/s
B．在轨道上运动的线速度一定小于7.9km/s
C．环绕地球运动的轨道可能是椭圆
D．它可以经过北京正上空，所以我国能利用它进行电视转播
9．人造卫星进入轨道做匀速圆周运动时，关于卫星内的物体，下列说法正确的是（　　）
A．处于完全失重状态，所受重力为零
B．处于完全失重状态，所受重力不为零
C．处于不完全失重状态，所受重力不为零
D．处于平衡状态，即所受的合外力为零
10．潮汐现象主要是受月球对地球的万有引力影响产生的．如图所示为地球和月球的相对位置图，则下列说法中正确的是（
）．
A．D点离月球较近，月球对地表水的万有引力较大，形成高潮
B．A点和C点既不是高潮又不是低潮
C．B点离月球较远，月球对地表水的万有引力较小，因而形成低潮
D．B点离月球较远，月球对地表水的万有引力较大，因而形成高潮
二、多选题
11．如图所示，某次发射远地圆轨道卫星时，先让卫星进入一个近地的圆轨道Ⅰ，在此轨道正常运行时，卫星的轨道半径为R1、周期为T1、经过P点的速度大小为、加速度大小为；然后在P点点火加速，进入椭圆形转移轨道Ⅱ，在此轨道正常运行时，卫星的周期为T2，经过P点的速度大小为、加速度大小为，经过Q点速度大小为；稳定运行数圈后达远地点Q时再次点火加速，进入远地圆轨道Ⅲ在此轨道正常运行时，卫星的轨道半径为R3、周期为T3、经过Q点速度大小为（轨道Ⅱ的近地点和远地点分别为轨道Ⅰ上的P点、轨道Ⅲ上的Q点）。已知R3=2R1，则下列关系正确的是（　　）
A．T2=3T1
B．T2=T3
C．a2>a1
D．
12．人造地球卫星可以绕地球做匀速圆周运动，也可以沿椭圆轨道绕地球运动。对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，下列说法正确的是（　　）
A．近地点速度一定等于
B．远地点速度一定小于
C．发射此卫星的速度一定大于
D．近地点速度一定小于
13．宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的有（　　）
A．在飞船内可以用天平测量物体的质量
B．在飞船内可以用水银气压计测舱内的气压
C．在飞船内可以用弹簧测力计测拉力
D．在飞船内将重物挂于弹簧测力计上，弹簧测力计示数为0，但重物仍受地球的引力
三、填空题
14．2018年11月19日，我国圆满完成北斗全球卫星导航系统（BDS）的基本系统的组网部署。BDS需要几十颗导航卫星，其中中圆地球轨道卫星距地面高度约为2.2×104km，地球同步轨道卫星距地面高度约为3.6×104km，它们都绕地球做近似的匀速圆周运动，则相比地球同步轨道卫星，中圆轨道卫星的周期________，加速度_______，线速度_______，角速度_______。
15．牛顿曾设想，从高山上水平抛出的物体，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远。如果抛出速度足够大，物体就将绕地球运动，成为人造地球卫星。设地球的质量为M，物体到地心的距离为r，引力常量为G，则当抛出物体的速度增大到________时，物体将绕地球运动。如果这个物体成为了人造地球卫星，则它运动的周期为________。
16．宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体，是一切空间和时间的总合。近数世纪以来，科学家根据现代物理学和天文学，建立了关于宇宙的现代科学理论，称为物理宇宙学。以被我们观测到的时空部分称为“可观测宇宙”、“可见宇宙”或“我们的宇宙"。宇宙大约是由4%的普通物质（包括我们人类和地球），23%的暗物质和73%的暗能量构成。
2011年萨尔，波尔马特、布莱恩，施密特以及亚当。里斯共同获得诺贝尔物理学奖。三人获奖的原因是他们“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。如图所示为宇宙加速膨胀的模型，其中引力使宇宙收缩，暗能量（相当于排斥力）使宇宙膨胀。
根据你学过的知识回答下面的问题：
（1）萨尔，波尔马特、布莱恩，施密特以及亚当，里斯在观测遥远超新星时，使用的长度单位是：________
（2）关于宇宙加速膨胀的模型，下列观点中正确的是（______）
A．引力作用效果强
B．暗能量作用效果强
C．引力和暗能量作用效果相同
D．不能确定
四、解答题
17．2012年1月9日，我国成功发射了“资源三号”卫星，同年又成功发射了“中星2A”通信广播地球同步卫星。在某次实验中，近似做圆周运动的“资源三号”卫星环绕地球飞行24圈用时38h。请比较两颗卫星的周期、速率、加速度和离地面高度这四个物理量的大小。
18．如图所示，A是地球同步卫星，另一个卫星B的圆轨道位于赤道平面内，距离地面高度为h。已知地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心。
（1）卫星B的运行周期是多少？
（2）如果卫星B的绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近（O、B、A在同一直线上），求至少再经过多长时间，它们再一次相距最近？
试卷第2页，总2页
试卷第1页，总3页
参考答案
1．D
【详解】
AC．根据万有引力提供向心力，有
G=m
解得
v=
由于r1>r2>r3，则
v1故C的线速度最大，在相同的时间内，C通过的路程最大，选项AC错误。
B．三颗卫星所受的向心力大小相等，且万有引力提供向心力，由于r1>r2>r3，由
F万=G
可知A的质量最大，选项B错误。
D．根据万有引力提供向心力，有
G=mr
可得卫星的运动周期
T=2π
显然轨道半径越大，卫星的运动周期越大，则B的周期大于C的周期，而卫星B是地球同步卫星，其周期为24小时，所以C的周期小于24小时，选项D正确。
故选D。
2．D
【详解】
A．地球同步卫星的轨道是一定的，与卫星的质量没有关系，故A错误。
B．地球同步卫星的运行速度小于地球的第一宇宙速度7.9km/s，故B错误。
C．地球同步卫星只能在赤道的正上方运行，不能绕过北京，故C错误。
D．由
=ma
得
a=
则
a同∶a地=∶1=
故D正确。
故选D。
3．A
【详解】
A．第一宇宙速度是最小的发射速度。此卫星为椭圆轨道卫星，发射速度大于第一宇宙速度。A正确；
B．此卫星在远地点的速度小于同高度圆周运动卫星的速度，同高度圆周运动卫星的速度小于第一宇宙速度，所以此卫星在远地点的速度小于第一宇宙速度。B错误；
C．月球轨道还在地球吸引范围之内，所以发射速度不能超过第二宇宙速度，所以C错误；
D．第三宇宙速度是脱离太阳系所需要的最小发射速度，所以，若想让卫星进入太阳轨道，发射速度不能大于第三宇宙速度。D错误。
故选A。
4．B
【详解】
根据万有引力提供向心力
可得
所以轨道半径r越大，卫星的环绕速度越小，实际的卫星轨道半径大于地球半径R，所以环绕速度一定小于第一宇宙速度，即v<7.9km/s而C选项是发射人造地球卫星的速度范围。
故选B。
5．C
【详解】
根据
卫星在圆形轨道上运动的速度
由于r>R，所以
故选C。
6．A
【详解】
AB．根据万有引力提供向心力，由向心力公式得
解得
可见轨道半径r越小，v越大，T越小，故A正确，B错误；
CD．由于不知道“人造月亮”与月亮的质量关系，故无法比较向心力大小和动能大小，故CD错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．同步卫星定轨道，一定位于赤道的上方，所以不可能在北京的上空，故A错误；
B．卫星受到的万有引力大小不变，方向始终指向圆心，方向变化，故卫星所受引力是变力，故B错误；
C．同步卫星做匀速圆周运动，周期等于地球的自转周期，所以角速度不变，轨道半径不变，所以线速度大小保持不变，但方向不断在改变，故C错误；
D．第一宇宙速度是人造卫星近地做匀速圆周运动的最大环绕速度，根据万有引力提供向心力
可得
可知，同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度，故D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．地球静止轨道卫星其发射速度一定大于7.9km/s
而小于11.2km/s，A错误；
B．第一宇宙速度为近地卫星的环绕速度，即最大的环绕速度，同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，由
得
地球静止轨道卫星的线速度一定小于第一宇宙速度，即其在轨道上运动的线速度一定小于7.9km/s，B正确；
C．环绕地球运动的轨道是圆，C错误；
D．地球静止轨道卫星在赤道平面，因此不经过北京上空，D错误；
故选B。
9．B
【详解】
人造卫星进入轨道作匀速圆周运动，处于完全失重状态，卫星内的物体处于失重，但物体仍受重力作用，重力提供向心力，所以合外力不为零，故ACD错误，B正确。
故选B。
10．A
【详解】
根据潮汐现象形成的原理可知，A、C两点形成低潮，B、D两点形成高潮，故A正确，BCD错误；
故选A。
11．BD
【详解】
A．根据开普勒第三定律
所以
解得
即
故A错误。
B．同理
解得
即
故B正确；
C．卫星经过P点时受到的引力相同，则加速度相同，选项C错误；
D．卫星在P点时由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ要加速，则
v2>v1
卫星在Ⅰ、Ⅲ轨道上做圆周运动时，由
可知，在Ⅰ轨道上的速度大于在Ⅲ轨道上的速度，即
v1>v4
在Q点时由轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ时要加速，即
v4>v3
则
v2>v1>v4>v3
则选项D正确；
故选BD。
12．BC
【详解】
AD.近地点是椭圆轨道上离地球最近的点，不一定是离地面很近的点，如果此近地点在地球表面附近，它的速度应大于，这是因为是卫星在地面附近做匀速圆周运动时的最大环绕速度，而卫星在椭圆轨道上过此点做离心运动，此速度大于，当近地点离地球较远时，其速度可以小于，故AD错误；
B.因为远地点一定不是离地面很近的点，卫星在椭圆轨道上过这一点做向心运动，故速度小于，故B正确；
Ｃ.是卫星最小发射速度，因为此卫星沿椭圆轨道运动，故从地球上发射时，速度应大于，故C正确。
故选BC。
13．CD
【详解】
A．飞船内的物体处于完全失重状态，此时放在天平上的物体对天平的压力为0，因此不能用天平测量物体的质量，故A错误；
B．同理，水银也不会产生压力，故水银气压计也不能使用，故B错误；
C．弹簧测力计测拉力遵从胡克定律，拉力的大小与弹簧伸长量成正比，故C正确；
D．飞船内的重物处于完全失重状态，对弹簧测力计的拉力为0，即弹簧测力计示数为0，并不是不受重力，而是重力全部用于提供物体做圆周运动所需的向心力，故D正确。
故选CD。
14．小；
大；
大；
大
【详解】
[1]根据万有引力提供向心力，得
解得
由于中圆地球轨道卫星离地面高度要低些，即轨道半径r要小些
由
知半径r越小，周期越小，所以中圆地球轨道卫星的周期小。
[2]由
知半径r越小，向心加速度越大，则中圆地球轨道卫星的向心加速度大。
[3]由
知半径r越小，线速度越大，则中圆地球轨道卫星的线速度大。
[4]由
知半径r越小，角速度越大，则中圆地球轨道卫星的角速度大。
15．
【详解】
[1]由题意知当物体所受的万有引力等于向心力时，物体就将绕地球运动，所以有
解得
[2]此时卫星的周期
16．光年
B
【解析】
【详解】
（1）[1]萨尔?波尔马特、布莱恩?施密特以及亚当?里斯在观测遥远超新星时，使用的长度单位是光年；
（2）[2]三位科学家理论的主要内容是：宇宙加速膨胀。由宇宙膨胀模型知：宇宙受到星系引力和暗能量（相当于排斥力）的作用，两者方向相反、效果相反。因为宇宙加速膨胀，所以暗能量作用效果更强一些。故选B。
17．见解析
【详解】
根据题意可知同步卫星的周期为
T同=24h
“资源三号”卫星的周期为
所以
根据万有引力提供向心力
解得周期为
因为
所以同步卫星距离地面较高；
根据万有引力提供向心力
解得
因为同步卫星距离地面较高，所以同步卫星的速率较小；
根据万有引力提供向心力
解得
因为同步卫星距离地面较高，所以同步卫星的加速度较小。
18．（1）；（2）
【详解】
（1）由万有引力定律和向心力公式得
所以卫星B的运行周期
（2）由题意可知，再次相遇时，卫星B比地球同步卫星A多走了一圈
解得
答案第10页，总10页
答案第9页，总10页