高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行复习练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行复习练习题，共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，解答题等内容，欢迎下载使用。


一、单选题
1．关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（ ）
A．它是能成为人造卫星的最小发射速度
B．它是人造卫星绕地球做圆周运动的最小速度
C．它是人造卫星在椭圆轨道上运行到近地点时的速度
D．它是人造卫星在椭圆轨道上运行到远地点时的速度
2．北京时间2016年10月19日凌晨，神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接．对接后“天宫二号组合体”在距地面393km的轨道上运行，这比神舟十号飞船与天宫一号空间实验室对接后的“天宫一号组合体”运行轨道高度提高了50km，若两个组合体运行的轨道均可近似为圆轨道，则下列判断正确的是（ ）
A．“天宫二号组合体”的向心加速度比“天宫一号组合体”的向心加速度小
B．“天宫二号组合体”的角速度比“天宫一号组合体”的角速度大
C．“天宫二号组合体”的线速度比“天宫一号组合体”的线速度大
D．“天宫二号组合体”的周期比“天宫一号组合体”的周期小
3．如图所示，在同一轨道平面上的三颗人造地球卫星A、B、C，在某一时刻恰好在同一直线上，下列说法正确的是（ ）

A．根据万有引力定律，由离地球距离远近可知三颗卫星受到的万有引力
B．根据，可知三颗卫星的线速度
C．三颗卫星的向心加速度
D．三颗卫星运行的角速度
4．关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）
A．它可以定位在沈阳的正上空
B．地球同步卫星的角速度虽被确定，但高度和线速度可以选择，高度增加，线速度减小，高度降低，线速度增大
C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度
D．它运行的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
5．关于对天体运动的理解，下列说法正确的是( )
A．所有绕同一中心天体的行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
B．同步卫星绕地球转动的线速度与地球赤道处自转的线速度相同
C．若行星绕太阳运行的轨道为椭圆，则行星在远日点的速度最大
D．火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度
6．北斗三号系统由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球同步静止轨道卫星和3颗地球同步倾斜轨道卫星共30颗卫星组成。其中倾斜地球同步轨道卫星和地球同步静止轨道卫星周期相同，中圆地球轨道卫星比地球同步静止轨道卫星轨道低一些，它们均为圆轨道卫星。则（ ）
A．地球同步倾斜轨道卫星可以相对地球静止在北京上空
B．地球同步倾斜轨道卫星的高度大于地球同步静止轨道卫星
C．所有同步卫星绕地运动的周期都一定大于中圆地球轨道卫星
D．所有同步卫星绕地运动的速率都一定大于中圆地球轨道卫星
7．中国空间站第三批空间科学实验样品2022年12月4日晚随神舟十四号飞船返回舱返回地面，5日凌晨运抵北京中科院空间应用中心，已顺利交接相关实验科学家。空间站绕地球做圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程，如图所示。太阳光可看作平行光，航天员在A点测出地球的张角为α。已知地球半径为R，地球质量为M，引力常量为G，不考虑地球公转的影响。下列说法正确的是（ ）
A．空间站运行的高度为
B．空间站运行的周期为
C．空间站运行的线速度为
D．空间站绕地球一周经历“日全食”过程的时间为
8．某天体的半径为R，其一个卫星环绕速度为，轨道半径为r，则该天体的第一宇宙速度为（ ）
A．B．C．D．
二、多选题
9．关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确的是（ ）
A．它是卫星环绕地球运行的最大速度
B．它是卫星环绕地球运行的最小速度
C．它是发射地球卫星的最小发射速度
D．它是发射地球卫星的最大发射速度
10．经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”．“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体．如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动．现测得两颗星之间的距离为L，质量之比为m1：m2=3：2．则可知（ ）
A．m1、m2做圆周运动的线速度之比为2：3
B．m1、m2做圆周运动的角速度之比为3：2
C．m1、m2做圆周运动的向心力之比为1：1
D．m2做圆周运动的半径为
11．嫦娥二号卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面100公里，周期为118分钟的工作轨道，开始对月球进行探测（ ）
A．卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小
B．卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时大
C．卫星在轨道Ⅲ上运动周期比在轨道Ⅰ上短
D．卫星在轨道Ⅰ上经过P点的加速度等于在轨道Ⅱ上经过P点的加速度
12．2017年11月5日，我国在西昌卫星发射中心成功发射两颗北斗三号全球组网卫星．北斗三号卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成．这30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星，它们的轨道高度约为2.15×104km，而静止轨道卫星的轨道高度约为3.6×104km．下列说法正确的是
A．不同的中轨道卫星的线速度都相同
B．中轨道卫星绕地球运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度
C．静止轨道卫星绕地球运动的线速度比中轨道卫星的线速度小
D．静止轨道卫星绕地球运动的周期比中轨道卫星的周期大
三、解答题
13．航天飞机的飞行轨道是近地轨道，地球半径为，某航天飞机绕地球一周的时间为90min左右，则估算它离地高为多少米？
14．“玉兔号”月球车与月球表面第一次接触实现了中国人“奔月”的伟大梦想。“玉兔号”月球车在月球表面做了一个自由下落试验，测得物体从静止自由下落h高度的时间为t，已知月球半径为R，自转周期为T，引力常量为G。求：
（1）月球表面重力加速度；
（2）月球的质量；
（3）月球的第一宇宙速度。
15．某人造地球卫星沿圆轨道运行，运行高度为，周期是，（已知地球半径为，万有引力常量）求：
（1）该人造卫星的线速度；
（2）估算地球的质量。
参考答案：
1．A
【详解】AB．第一宇宙速度是能成为人造卫星的最小发射速度，同时也是人造卫星绕地球做圆周运动的最大速度，故A正确，B错误；
CD．第一宇宙速度是人造卫星在近地圆轨道运行时的速度，不是人造卫星在椭圆轨道上近地点和远地点的速度，故CD错误。
故选A。
2．A
【详解】根据万有引力提供向心力:,所以轨道半径大的“天宫二号组合体”线速度小，加速度小，周期大，角速度小，BCD错误A正确．
3．C
【详解】A．根据万有引力定律
由于不知道三颗卫星的质量关系，所以无法比较三颗卫星受到的万有引力大小关系，故A错误；
BCD．根据万有引力提供向心力可得
可得
，，
则有
，
故C正确，BD错误。
故选C。
4．C
【详解】A．同步卫星只能定点在赤道的上空，选项A错误；
B．地球同步卫星的角速度确定，根据

可知，高度是一定的，根据
可知线速度一定，选项B错误；
CD．根据
可知它运行的线速度一定小于第一宇宙速度，选项C正确，D错误；
故选C。
5．D
【详解】A．由开普勒第三定律知，有绕同一中心天体的行星的公转周期的二次方与行星的轨道半径的三次方成正比，故A错误；
B．同步卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角速度相同，由线速度，可知同步卫星绕地球转动的线速度大于地球赤道处自转的线速度，故B错误；
C．当行星从近日点沿椭圆轨道向远日点运动的过程中克服万有引力做功，速率减小，则行星在远日点的速度最小，故C错误；
D．第二宇宙速度是发射脱离地球束缚卫星的最小发射速度，第三宇宙速度是发射脱离太阳束缚卫星的最小发射速度，故火星探测器的发射速度应该大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，故D正确.
6．C
【详解】A．地球同步倾斜轨道卫星不能与地球相对静止，故A错误；
B．根据
可知因为地球同步倾斜轨道卫星的周期与地球同步静止轨道卫星的周期相同，所以地球同步倾斜轨道卫星的高度等于地球同步静止轨道卫星，故B错误；
C．中圆地球轨道卫星比地球同步静止轨道卫星轨道低一些，根据开普勒第三定律可知，所有同步卫星绕地运动的周期都一定大于中圆地球轨道卫星，故C正确；
D．根据
可知同步卫星轨道半径大，所有同步卫星绕地运动的速率都一定小于中圆地球轨道卫星，故D错误。
故选C。
7．D
【详解】A．设空间站绕地球做圆周运动的轨道半径为r，由几何关系
空间站距地球表面的高度
解得
故A错误；
B．空间站绕地球做圆周运动，由万有引力提供向心力有
故空间站运行周期
故B错误；
C．同理有
空间站运行的线速度
故C错误；
D．如图
每次“日全食”过程的时间为绕行BAC时间，由知
则
综合圆周运动规律
解得
故D正确。
故选D。
8．A
【详解】在该天体表面附近，由万有引力提供向心力有：①，对卫星有：②，联立解得该天体的第一宇宙速度为，故A正确，BCD错误．
9．AC
【详解】根据
环绕速度的表达式
当 时，可得
所以第一宇宙速度是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，也是卫星环绕地球运行的最大速度，同时也是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度。
故选AC。
10．AC
【详解】双星系统靠相互间的万有引力提供向心力，角速度大小相等，向心力大小相等，则有：m1r1ω2＝m2r2ω2．则．因为r1+r2=L，则r1＝L，r2＝L．根据v=rω，知v1：v2=r1：r2=2：3．故AC正确，BD错误．故选AC．
11．ACD
【详解】A．根据
得
可知，卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小，选项A正确；
B．卫星在轨道Ⅲ上经过P点经加速才能进入轨道Ⅰ，则卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时小，选项B错误；
C．根据开普勒行星运动第三定律可知，则卫星在轨道Ⅲ上运动周期比在轨道Ⅰ上短，选项C正确；
D．卫星在轨道Ⅰ上经过P点受到月球的万有引力等于在轨道Ⅱ上经过P点的万有引力，则卫星在轨道Ⅰ上经过P点的加速度等于在轨道Ⅱ上经过P点的加速度，选项D正确。
故选ACD。
12．CD
【详解】A．根据万有引力提供向心力，设地球质量为M，中轨道卫星的轨道半径为为r，则
可知
即不同的中轨道卫星的线速度大小都相等，但是方向不相同，故选项A错误；
B．根据万有引力提供向心力
则中轨道卫里绕地球运动的向心加速度为
在地球表面处
由于距离不同，故中轨道卫里绕地球运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故选项B错误；
C．根据万有引力提供向心力
可知
由于静止轨道卫星绕地球的轨道半径大于中轨道卫里绕地球运动的的半径，故静止轨道卫星绕地球运动的线速度比中轨道卫星的线速度小，故选项C正确；
D．根据万有引力提供向心力
可知
由于静止轨道卫星绕地球的轨道半径大于中轨道卫里绕地球运动的的半径，则静止轨道卫星绕地球运动的周期比中轨道卫星的周期大，故选项D正确．
故选CD。
点睛：本题考查万有引力的应用问题，理论是万有引力提供圆周运动的向心力，注意线速度为矢量，同时 还要注意线速度、周期与半径的关系问题．
13．
【详解】地球表面附近的物体，重力等于其受到的地球引力
航天飞机绕地球做匀速圆周运动，有
联立，代入数据可得
14．（1）；（2）；（3）
【详解】(1)由自由落体运动规律有
h=
解得
(2)在月球表面的物体受到的重力等于万有引力
联立解得
(3)月球的第一宇宙速度为近月卫星的运行速度，根据重力提供向心力
解得
15．（1）7625m/s；（2）
【详解】（1）经分析可知
R=R地+h
解得该卫星的线速度
v=7625m/s
（2）由
=
R=R地+h
解得地球质量
M=