高中物理人教版 (2019)必修 第二册宇宙航行精品练习题

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A．陀螺没有惯性B．陀螺不受任何力的作用
C．陀螺所受地球引力充当向心力D．陀螺所受合外力为零
【答案】C
【详解】A．陀螺具有质量，则一定有惯性，故A错误；
BD．陀螺受地球的万有引力，故BD错误；
C．陀螺围绕地球做运动圆周运动，地球引力充当向心力，故C正确。
故选C。
2．发射人造地球卫星时，火箭使卫星不断加速后以一定的速度进入预定轨道。我国有甘肃酒泉卫星发射中心和海南文昌卫星发射中心，如图所示。在发射大重量近地轨道卫星、地球同步轨道卫星和深空探测航天器时会选择文昌卫星发射中心，这样选址的主要优点是（ ）
A．文昌卫星发射中心偏离人口密集的地方
B．文昌卫星发射中心的重力加速度较大
C．文昌卫星发射中心自转角速度较大，卫星容易发射出去
D．文昌卫星发射中心靠近赤道，自转线速度较大，发射时节省能量
【答案】D
【详解】A．卫星发射中心都是偏离人口密集的地方，所以不是文昌卫星发射中心的主要优点，A错误；
B．文昌卫星发射中心靠近赤道，重力加速度较小，B错误；
C．地球上任何地点自转角速度均相同，C错误；
D．由于发射大重量的卫星需要的能量较大，文昌卫星发射中心靠近赤道，自转线速度较大，所以发射加速时需要的能量较小，可以节省能量，D正确。
故选D。
3．2023年7月23日，国家航天局副局长吴艳华在接受关于我国着手组建近地小行星防御系统采访时表示，争取在“十四五”末期对某一颗有威胁的小行星既进行抵近观测又实施就近撞击改变它的轨道。已知小行星遭遇撞击可能会被地球捕获而变为环地小卫星，下列关于一颗环地运行的小卫星的说法正确的是（ ）
A．环地小卫星离地面越高，周期越短
B．若与环地小卫星在同一轨道做圆周运动的飞船沿运动方向发射一颗导弹，则该导弹一定不能击中小卫星
C．做圆周运动的环地小卫星的速率有可能为8.0km/s
D．环地小卫星受到撞击后一定沿椭圆轨道运行（其并未脱离地球束缚）
【答案】B
【详解】A．根据开普勒第三定律
可知环地小卫星离地面越高，周期越长，故A错误；
B．若与环地小卫星在同一轨道做圆周运动的飞船沿运动方向发射一颗导弹，导弹的速度增大，做离心运动，轨道半径增大，则该导弹一定不能击中小卫星，故B正确；
C．地球第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度，所以做圆周运动的环地小卫星的速率不可能为，故C错误；
D．环地小卫星受到撞击后，速度可能减小，可能沿椭圆轨道运行，也可能沿圆轨道运动，故D错误。
故选B。
4．我国自古就有“昼涨为潮，夜涨为汐”之说，潮汐是月球和太阳对海水的引力变化产生的周期性涨落现象，常用引潮力来解释。月球对海水的引潮力大小与月球质最成正比、与月地距离的3次方成反比，方向如图1。随着地球自转，引潮力的变化导致了海水每天2次的潮涨潮落。太阳对海水的引潮力与月球类似，但大小约为月球引潮力的0.45倍。每月2次大潮（引潮力最大）和2次小潮（引潮力最小）是太阳与月球引潮力共同作用的结果。结合图2，下列说法正确的是（ ）
A．月球在位置1时会出现大潮
B．月球在位置2时会出现大潮
C．涨潮总出现在白天，退潮总出现在夜晚
D．月球引潮力和太阳引潮力的合力一定大于月球引潮力
【答案】A
【详解】AB．太阳、月球、地球三者在同一条直线上，太阳和月球的引潮力叠加在一起，潮汐现象最明显，称为大潮，月地连线与日地连线互相垂直，太阳引潮力就会削弱月球的引潮力，形成小潮，如图2所示得月球在位置1时会出现大潮，故A正确，B错误；
C．每一昼夜海水有两次上涨和两次退落，人们把每次在白天出现的海水上涨叫做“潮”，把夜晚出现的海水上涨叫做“汐”，合称潮汐，故C错误；
D．月球运动到如图所示位置
月球引潮力和太阳引潮力的合力等于月球引潮力减太阳引潮力小于月球引潮力，故D错误。
故选A。
5．我国“嫦娥二号”月球探测器在完成绕月任务后，又进入到如图所示“日地拉格朗日点”轨道进行新的探索试验，“嫦娥二号”在该轨道上恰能与地球一起同步绕太阳做圆周运动。若“嫦娥二号”的角速度和向心加速度分别是和，地球的角速度和向心加速度分别和，则正确的关系是（ ）
A．，B．，
C．，D．，
【答案】A
【详解】“嫦娥二号”在该轨道上恰能与地球一起同步绕太阳做圆周运动，可知
根据
由于“嫦娥二号”的轨道半径大于地球轨道半径，则有
故选A。
6．3月30日，我国以“一箭四星”方式，成功将四颗干涉合成孔径雷达卫星运送到700km的轨道上。该组卫星在轨构成国际上首个车轮式卫星编队，三颗卫星围绕中心卫星，并保持车轮状绕地球运行。下列关于四颗卫星的说法正确的是（ ）
A．该卫星编队的运行速度大于
B．四颗卫星均处于平衡状态
C．四颗卫星绕地球运动的周期相同
D．四颗卫星通过卫星间的万有引力保持队形
【答案】C
【详解】A．地球卫星运行速度均小于第一宇宙速度，故A错误；
B．卫星做圆周运动，处于非平衡态，故B错误；
C．四颗卫星绕地球做圆周运动，并保持队形不变，故周期相同，C正确；
D．卫星间的引力极小，不足以改变卫星的队形，事实上该卫星队列处于太阳同步轨道，24小时不间断接收太阳能，通过太阳能驱动卫星保持队列，故D错误。
故选C。
7．近年来，中国发射了多颗北斗卫星，a、b、c为其中的三颗卫星，三颗卫星的轨道半径角速度大小分别为ωa、ωb、ωc，如图所示。以下说法正确的是（ ）
A．
B．
C．地球对卫星c的万有引力一定大于地球对卫星a的万有引力
D．地球对卫星a的万有引力与地球对卫星b的万有引力一定等大
【答案】B
【详解】AB.根据万有引力提供向心力得
解得
因为，所以
故A错误，B正确；
CD.因为不知道卫星abc的质量大小，所以无法判断地球对卫星abc引力的大小，故CD错误。
故选B。
8．（多选题）我国星际探测事业在一代代中国航天人的接续奋斗中不断开创新高度。下表是几颗星际探测器的相关信息：
根据以上信息可确认（ ）
A．“东方红一号”的轨道半径比“夸父一号”的轨道半径大
B．“东方红一号”的运行速度比“夸父一号”的运行速度大
C．“嫦娥一号”的发射速度比“天问一号”的发射速度小
D．“嫦娥一号”的发射速度比“天问一号”的发射速度大
【答案】AC
【详解】A．根据万有引力提供向心力
解得
由题意可知“东方红一号”的运动周期比“夸父一号”的运动周期大，所以“东方红一号”的轨道半径比“夸父一号”的轨道半径大，故A正确；
B．根据万有引力提供向心力
解得
因为“东方红一号”的轨道半径比“夸父一号”的轨道半径大，所以“东方红一号”的运行速度比“夸父一号”的运行速度小，故B错误；
CD．“嫦娥一号”绕月飞行，离地球更近，而“天问一号”绕火星飞行，离地更远，轨道半径越大则发射速度越大，所以“嫦娥一号”的发射速度小些，故C正确，D错误。
故选AC。
9．（多选题）某卫星沿圆轨道绕地球中心运动，其轨道平面与赤道平面有一定夹角。该卫星第一次经过赤道上空时，恰好在A点正上方；第二次经过赤道上空时，恰好在B点正上方。若A、B两点沿赤道的地表距离为赤道周长的，地球的自转周期为T，忽略其他天体的影响，则该卫星绕地球运动的周期可能为（ ）
A．B．C．D．
【答案】BD
【详解】根据题意可知两次经过赤道上空用时
或
这段时间内，卫星运动半个周期，则卫星的周期为

或
故选BD。
10．如图所示，“天问一号”探测飞船经变轨后进入近火星表面轨道做匀速圆周运动。已知万有引力常量G，以下哪些物理量能估算火星的第一宇宙速度（ ）
A．火星的质量M和火星的半径R
B．“天问一号”在火星表面环绕的周期T
C．“天问一号”在火星表面环绕的轨道半径r
D．“天问一号”在火星表面环绕的向心加速度a
【答案】A
【详解】A．根据
可得，火星的第一宇宙速度为
知道火星的质量和火星的半径可以求出第一宇宙速度，A正确；
B．根据
可得，火星的质量为
则第一宇宙速度为
知道周期和半径可以求出第一宇宙速度，B错误；
C．根据
第一宇宙速度为
知道轨道半径，无法求出第一宇宙速度，C错误；
D．根据
火星质量为
则第一宇宙速度为
知道向心加速度和半径可以求出第一宇宙速度，D错误。
故选A。
11．2023年太阳风暴频发，进而引发地磁暴，对航空航天器的运行、通讯信息传输等产生了一系列不良影响。我国2022年发射的“夸父一号”卫星，肩负着探测太阳“一磁两爆（即太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射）”的任务，为了能完成使命，它的运行轨道设定在距地面高度约为的太阳同步晨昏轨道。已知地球的半径为R，地球极地表面重力加速度为，则下列说法正确的是（ ）
A．“夸父一号”与地球同步卫星虽然运行高度不同，但运行周期相同
B．“夸父一号”的运行周期为
C．太空中运行的航天器处于完全失重状态，所以“夸父一号”搭载的科学仪器不再受重力作用
D．“夸父一号”所处位置的重力加速度大小为
【答案】B
【详解】A．根据开普勒第三定律，“夸父一号”与地球同步卫星运行高度不同，运行周期一定不相同，选项A错误；
B．根据
解得 “夸父一号”的运行周期为
选项B正确；
C．太空中运行的航天器处于完全失重状态，但是“夸父一号”搭载的科学仪器仍受重力作用，选项C错误；
D．根据
可得 “夸父一号”所处位置的重力加速度大小为
选项D错误。
故选B。
12．（多选题）天体运动中有一种有趣的“潮汐锁定”现象：被锁定的天体永远以同一面朝向锁定天体。如月球就被地球潮汐锁定，即月球永远以同一面朝向着地球。如太阳光平行照射到地球上。月球绕地球做匀速圆周运动且环绕半径为r。已知地球半径为R，地球表面加速度为g。由上述条件可以求出（ ）

A．月球绕地球运动的角速度
B．在月球绕地球一周的过程中，月球上正对地球的点被照亮的时间
C．月球的自转周期
D．月球的质量
【答案】ABC
【详解】A．根据万有引力提供月球向心力可得
在地球上有
上述方程联立可得
故A正确；
BC．根据环绕周期与角速度的关系可得公转周期
潮汐锁定的结果使月球总是“一面正对地球”，即月球绕地球公转一圈，也同时自转一圈，即公转周期与自转周期相同。因为太阳光平行照射到地球上，则月球上正对地球的点被照亮的时间范围如下图所示
设阴影部分对应的圆心角为，则
月球上正对地球的点被照亮的时间为
故BC正确；
D．因为月球作为地球的环绕天体，在万有引力提供向心力的公式中都会把月球质量消掉，所以无法求出月球质量。故D错误。
故选ABC。
13．（多选题）地球围绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径为r1，公转周期为T1；宇宙中一行星绕某一恒星做匀速圆周运动的轨道半径为r2，公转周期为T2。已知，，下列说法正确的是（ ）
A．太阳与恒星的质量之比为3:1
B．太阳与恒星的质量之比为1:3
C．地球与行星做匀速圆周运动的向心加速度大小之比为1:3
D．地球与行星做匀速圆周运动的速度大小之比为1:1
【答案】BD
【详解】AB．根据万有引力提供向心力，有
解得中心天体的质量为
代入数据可得太阳与恒星的质量之比为
故A错误，B正确。
C．根据万有引力提供向心力，可得环绕天体的向心加速度为
则地球与行星做匀速圆周运动的向心加速度大小之比为
故C错误；
D．根据万有引力提供向心力，可得环绕天体的线速度为
可得地球与行星做匀速圆周运动的速度大小之比为
故D正确。
故选BD。
14．（多选题）据2018年10月国内外多家媒体的报道，成都市计划在2020年发射第一颗国产“人造月亮”。其实质是一颗低轨道地球卫星，在离地面500km的轨道上绕地球做匀速圆周运动。到2022年共发射3颗，在同一轨道上均匀分布，可以取代成都市的路灯。如果属实，则“人造月亮”（已知地球半径R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，地球质量m=5.98×1024kg，取）（ ）
A．定点于成都市上空500km处，与地面保持相对静止
B．角速度大于地球的自转角速度
C．绕行速度约为地球第一宇宙速度的0.96倍
D．向心加速度约为9.2m/s2，比“真月亮”的向心加速度小
【答案】BC
【详解】A．依题意，“人造月亮”是一颗低轨道地球卫星，其周期不等于地球的自转周期，不能与地面保持相对静止。故A错误；
B．根据
解得
可知“人造月亮”的角速度大于同步卫星（地球自转）的加速度。故B正确；
C．根据
解得
设“人造月亮”距地面高度为h，可得
故C正确；
D．根据
解得
可知比“真月亮”的向心加速度大。且大小为
故D错误。
故选BC。
15．2023年5月30日9时31分，神舟十六号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射成功，进入预定轨道。航天员随后从神舟十六号飞船进入我国空间站天和核心舱。在天和核心舱工作生活期间，神舟十六号航天员乘组将进行出舱活动，开展空间科学实验，完成舱内外设备安装、调试、维护维修等各项任务。已知地球半径为R，天和核心舱围绕地球圆周运动过程中离地高度约为地球半径的万有引力常量为G，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转。求：
（1）天和核心舱的线速度大小；
（2）天和核心舱内宇航员的加速度大小。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）在地球表面，重力可视为等于万有引力，则
设天和核心舱的线速度大小为v，根据万有引力定律和牛顿第二定律有
联立以上两式解得
（2）天和核心舱内宇航员的加速度大小为
16．空间机械臂作为在轨支持、服务的一项关键技术，对空间科学的应用和发展起到了很大的带动作用。空间站上安装的机械臂不仅可以维修、安装空间站部件，还可以发射、抓捕卫星。如图所示，空间站在半径为r 的轨道上做匀速圆周运动。从空间站伸出长为d 的机械臂，微型卫星放置在机械臂的外端。在机械臂的作用下，微型卫星、空间站、地球在同一直线上，微型卫星与空间站同步做匀速圆周运动。已知地球半径为 R，地球表面重力加速度为g，微型卫星质量为m，求：
（1）空间站所在轨道处的重力加速度；
（2）机械臂对微型卫星的作用力大小（忽略空间站对卫星的引力以及空间站的尺寸）。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）地表物体
在空间站位置
联立解得
（2）对空间站有
微型卫星
联立解得
17．（23.福建.高考）人类为探索宇宙起源发射的韦伯太空望远镜运行在日地延长线上的拉格朗日L2点附近，L2点的位置如图所示。在L2点的航天器受太阳和地球引力共同作用，始终与太阳、地球保持相对静止。考虑到太阳系内其他天体的影响很小，太阳和地球可视为以相同角速度围绕日心和地心连线中的一点O（图中未标出）转动的双星系统。若太阳和地球的质量分别为M和m，航天器的质量远小于太阳、地球的质量，日心与地心的距离为R，万有引力常数为G，L2点到地心的距离记为r（r