人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行同步达标检测题

这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行同步达标检测题，共19页。试卷主要包含了4宇宙航行 课时作业1，5R，则卫星在B点的速率vB>，2M的TOI—1338A和0等内容，欢迎下载使用。
2020-2021学年人教版（2019）必修第二册7.4宇宙航行 课时作业1（含解析）  1．如图所示，曲线I是一颗绕地球做圆周运动的卫星轨道的示意图，其半径为R；曲线II是一颗绕地球做椭圆运动的卫星轨道的示意图，O点为地球球心，AB为椭圆的长轴，两轨道和地心都在同一平面内，已知在两轨道上运动的卫星的周期相等，万有引力常量为G，地球质量为M，下列说法正确的是（　　）A．椭圆轨道的长轴长度为RB．卫星在I轨道的速率为v0，卫星在II轨道B点的速率为vB，则v0>vBC．卫星在I轨道的加速度大小为a0，卫星在II轨道A点加速度大小为aA，则a0>aAD．若OA=0.5R，则卫星在B点的速率vB>2．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P变轨后进入轨道2做匀速圆周运动下列说法正确的是（　　）A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量3．有a、b、c、d四颗地球卫星：a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动；b处于离地很近的近地圆轨道上正常运动；c是地球同步卫星；d是高空探测卫星。各卫星排列位置如图，则下列说法正确的是（　　）A．a的向心加速度等于重力加速度gB．b的向心力大于c的向心力C．根据c的运动周期和轨道半径不能测出地球的密度D．d绕行速度大于第一宇宙速度4．2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”在中国文昌航天发射场踏上征程，使中国人探索火星的梦想更进一步。已知火星半径大致是地球的一半，火星质量约为地球的，火星绕太阳公转的周期约为地球的2倍，忽略火星和地球自转，则（　　）A．火星表面的重力加速度约为地球表面的0.2B．火星绕太阳的轨道半径约为地球的4倍C．火星表面的第一宇宙速度约为地球的D．火星受到太阳的万有引力约为地球的5．如图所示，卫星沿椭圆轨道绕地球运动，近地点A到地面的距离可忽略不计，远地点B与地球同步卫星高度相同。关于该卫星的下列说法中正确的是（地球表面重力加速度g取10m/s2）（　　）A．在A点的速度vA可能小于7.9km/sB．在A点的加速度aA可能大于10m/s2C．在B点的速度vB一定小于地球同步卫星的运行速度D．在B点的加速度aB一定小于地球同步卫星在该点的加速度6．已知地球半径为，地球表面的重力加速度为，一个绕地球做圆周运动的人造卫星距离地面的高度为。下列说法中正确的是（　　）A．卫星所受地球对它的万有引力大小为零B．卫星运行的加速度大小为C．卫星运行的线速度大小为D．在卫星中用弹簧秤测量物体的重力时，弹簧秤示数为零7．2020年发现的TOI—1338b是一颗围绕TOI—1338双星系统转动的行星。TOI—1338双星系统由质量约为1.2M的TOI—1338A和0.3M的TOI—1338B组成（M为太阳质量），双星的运动周期约为地球公转周期的。则TOI—1338A的线速度与TOI—1338B线速度的比值以及双星间的距离分别是（AU为天文单位，AU=日地平均距离）（　　）A．， B．， C．4， D．4，8．2020年9月20日23时，在我国首次火星探测任务飞行控制团队控制下，天问一号探测器4台120N发动机同时点火工作20秒，顺利完成第二次轨道中途修正，至此，天问一号已在轨飞行60天，距离地球约1900万千米如图所示为天问一号飞向火星先后经历发射段、地火转移段、火星捕获段、火星停泊段、离轨着陆段、科学探索段六个阶段，下列说法正确的是（　　）A．“天问一号”在科学探测段的周期大于火星捕获段的周期B．“天问一号”从火星捕获段到火星停泊段，需要在P点朝运动的反方向喷气C．“天问一号”在科学探测段经过P点时的加速度大小等于在火星捕获期经过P点时的加速度大小D．“天问一号”在离轨着陆段，动能逐渐增大，引力势能逐渐减小，机械能增大 9．“月亮正加速远离地球！后代没月亮看了。”一项新的研究表明，月球的引力在地球上产生了周期性的潮汐现象，潮汐力耗散地球的自转能量，降低地球的旋转速度，同时也导致月球正在以每年38cm的速度远离地球。不考虑其他变化，则很多年后与现在相比，下列说法正确的是（　　）A．月球绕地球做圆周运动的周期将减小 B．月球绕地球做圆周运动的线速度减小C．地球同步卫星的高度增大 D．地球同步卫星的角速度增大10．一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（　　）A．向心加速度大小之比为4：1 B．角速度大小之比为2：1C．周期之比为1：8 D．轨道半径之比为1：4  11．人造地球卫星绕地球旋转（设为匀速圆周运动）时，既具有动能又具有引力势能（引力势能实际上是卫星与地球共有的，简略地说此势能是人造卫星所具有的）。设地球的质量为M，以卫星离地球无限远处时的引力势能为零，则质量为m的人造卫星在距离地心为r处时的引力势能为（G为万有引力常量）。(1)试证明：在大气层外任一轨道上绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所具有的机械能的绝对值恰好等于其动能；(2)当物体在地球表面的速度等于或大于某一速度时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星，这个速度叫做第二宇宙速度，用v2表示。用R表示地球的半径，M表示地球的质量，G表示万有引力常量，试写出第二宇宙速度的表达式；(3)设第一宇宙速度为v1，证明：。12．2020年7月23日，我国成功发射了天问一号火星探测器（简称“天问一号”），天问一号从地球发射升空顺利送入预定轨道，然后沿地火转移轨道飞向火星并被火星“捕获”。某同学忽略了天问一号进人地火转移轨道后受到的地球和火星的引力影响，并构建了一个如图所示的理想化的“物理模型”：火星和地球的公转轨道均视为圆轨道，天问一号从地球出发时恰好位于地火转移椭圆轨道的近日点位置，被火星“捕获”时恰好到达椭圆轨道远日点位置，中间过程仅在太阳引力作用下运动。已知火星的公转轨道半径为地球公转轨道半径的1.5倍，地球公转周期（1年）均分为12月，根据该理想模型，请帮助该同学求出：（取，）(1)天问一号在地火转移轨道上运行的时间（以月为单位）；(2)天问一号从地球出发进人地火转移轨道时日地连线与日火连线的夹角。13．2016年11月18日，“神舟十一号”飞船在指定区域成功着陆，这标志着我国载人航天工程空间实验室阶段任务取得了具有决定性意义的成果。此次任务中，“神舟十一号”和“天宫二号”空间实验室自动交会对接后形成组合体，如图所示。组合体在轨道上的运动可视为匀速圆周运动。已知组合体距地球表面的高度为h，地球半径为R，地球表面附近的重力加速度为g，引力常量为G。(1)求地球的质量M。(2)求组合体运行的线速度大小v。14．我国计划在2030年之前制造出可水平起飞、水平着陆并且可以多次重复使用的航天飞机。假设一航天员乘坐航天飞机着陆某星球后，由该星球表面以大小为v0的速度竖直向上抛出一物体，经时间t后物体落回抛出点。已知该星球的半径为R，该星球没有大气层，也不自转，万有引力常量为G。求：(1)该星球的平均密度；(2)该星球的第一宇宙速度大小。15．中国航天事业取得的成果令世人瞩目。有两颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动。已知其中一颗运行周期为2h，另一颗运行周期为16h，试求：(1)这两颗卫星的轨道半径之比；(2)这两颗卫星的线速度之比；(3)这两颗卫星的向心加速度之比。16．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，卫星B的运行周期为T。已知地球半径为R，地球自转周期为T0，地球表面的重力加速度为g。(1)求卫星B距离地面高度；(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，则再经过多长时间，它们相距最远?17．为了更好地观测月球，发射了一颗月球的观测卫星，该卫星在距月球表面高的圆形轨道上绕月球运行。若已知地球表面重力加速度为，地球半径为，月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的，月球半径可近似取做地球半径的，除月球外不考虑其它星球对该卫星的作用，试求该卫星的环绕速率。18．2008年9月25日，我国继“神舟”五号、六号载人飞船后又成功地发射了“神舟”七号载人飞船。如果把“神舟”七号载人飞船绕地球运行看作是同一轨道上的匀速圆周运动，宇航员测得自己绕地心做匀速圆周运动，距地面的高度为H，且已知地球半径为R、地球表面重力加速度为g，万有引力恒量为G。你能计算出下面哪些物理量？能计算的量写出计算过程和结果，不能计算的量说明理由。(1)地球的质量；(2)飞船线速度的大小。
参考答案1．B【详解】A．根据开普勒第三定律可知椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常数，由于两轨道上运动的卫星周期相等，所以轨道Ⅰ的半径和轨道Ⅱ的半长轴相等，所以AB的长度为2R，故A项错误；B．设两轨道的靠下的交点为C，在此点两个卫星受到的向心力大小相等，轨道I的万有引力提供了向心力，而轨道II是椭圆所以万有引力的一部分提供了向心力，根据知在此点，轨道I上的速度大于轨道II上的速度，在轨道II上从C点运动到B点做离心运动，万有引力做负功，所以动能减小，速度减小，所以，故B正确；C．两卫星都是由万有引力提供向心力，根据可知离地心越远，加速度越小，卫星1离地心的距离比卫星2在A点离地心的距离远，所以有，故C错误；D．由A项分析可知AB=2R，因为OA=0.5R，所以OB=1.5R，设绕地球做匀速圆周运动，且半径为1.5R的卫星的速度为v，则有 根据万有引力提供向心力有 解得所以故D错误；故选B。2．B【详解】A．从轨道1变轨到2，需要加速逃逸，故A错误；BC．根据公式可得故只要与中心天体的距离相同，加速度则相同，由于卫星在轨道1做椭圆运动，运动半径在变化，所以过程的加速度在变，故B正确，C错误；D．卫星在轨道2做匀速圆周运动，过程中的速度方向时刻在变，所以动量方向不同，故D错误。故选B。【点睛】卫星变轨做离心运动时要加速；万有引力提供向心力；加速度和速度都是矢量，只有当大小和方向都相同时矢量才相同。3．C【详解】AB．地球同步卫星的周期c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的向心加速度大，牛顿第二定律得得卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则同步卫星c的向心加速度小于b的向心加速度，由公式可知，向心力还与质量有关，由于b、c质量关系不知道，则无法确定b、c两卫星的向心力大小，而b的向心加速度约为g，故知a的向心加速度小于重力加速度g，故AB错误；C．根据可求得地球的质量，由于不知地球的半径，则无法求出地球的密度，故C正确；D．由公式得第一宇宙速度即为半径接近地球半径时的速度由于d的半径大于地球半径，则d绕行速度小于第一宇宙速度，故D错误。故选C。4．C【详解】A．根据可知火星表面重力加速度为地球的0.4，A错误；B．根据开普勒第三定律可知，火星公转轨道半径为地球的倍，B错误：C．根据可知选项C正确。D．根据可知，火星受到太阳的引力为地球的选项D错误。故选C。5．C【详解】A．卫星发射速度为7.9km/s时可以成为绕地球的近地卫星，要变轨为椭圆轨道，需要向后喷气加速，则过A点的速度大于7.9km/s，故A错误；B．A点离地面的高度忽略不计，则A点的加速度由万有引力产生，故A点的加速度等于地面处的重力加速度为10m/s2，故B错误；C．卫星经过椭圆的B点时，需要加速变轨为同步卫星轨道，故B点速度一定小于同步卫星的线速度，故C正确；D．卫星在椭圆轨道的B点和在同步卫星轨道的B点，都是万有引力产生加速度，故B点的加速度等于同步卫星的加速度，故D错误；故选C。6．D【详解】A．卫星所受地球对它的万有引力大小为，提供向心力，故A错误；BC．万有引力提供向心力得，解得： ，故BC错误；D．在卫星中用弹簧秤测量物体的重力时，弹簧秤示数为零，因为处在完全失重环境中，故D正确。故选D。7．B【详解】双星系统转动的角速度相等，根据可得设双星间的距离为L，根据万有引力提供向心力公式得联立解得又地球公转有解得地球公转周期双星的运动周期约为地球公转周期的，则有解得双星间的距离为故选B。8．C【详解】A．“天问一号”在科学探测段的半长轴小于火星捕获段的半长轴，根据开普勒第三定律可知，“天问一号”在科学探测段的周期小于火星捕获段的周期，A错误；B．“天问一号”从火星捕获段到火星停泊段要降低轨道做向心运动，需要在P点朝运动方向喷气，B错误；C．“天问一号”在科学探测段经过P点时受到的火星的引力等于它在火星捕获期经过P点时的引力大小，则“天问一号”在科学探测段经过P点时的加速度大小等于在火星捕获期经过P点时的加速度大小，C正确；D．“天问一号”在离轨着陆段，动能逐渐增大，引力势能逐渐减小，机械能保持不变，D错误。故选C。9．BC【详解】A．月球绕着地球做匀速圆周运动，故解得随着地月间距增加，月球绕地球做圆周运动的周期将变大，故A错误；B．月球绕着地球做匀速圆周运动，故解得随着地月间距增加，月球绕地球做圆周运动的线速度变小，故B正确；CD．地球自转周期增加，自转角速度变小，故同步卫星的角速度变小；同步卫星的周期变大，根据轨道半径变大，故高度增大；故C正确，D错误。
故选BC。10．CD【详解】卫星绕地球做匀速圆周运动则卫星动能减小为原来的时，速度变为原来的，半径变为原来的4倍；根据可知向心加速度变为原来的；根据可知角速度变为原来的；根据可知，周期变为原来的8倍，CD正确，AB错误。故选CD。11．(1)；(2)；(3)见解析【详解】(1)设卫星在半径为r的轨道上做匀速圆周运动的速度为v，地球的质量为M，卫星的质量为m。有万有引力提供卫星做圆周运动的向心力所以人造卫星的动能卫星在轨道上具有的引力势能为 所以卫星具有的机械能为所以(2)设物体在地于表面的速度为v2，当它脱离地球引力时，此时速度为零，由机械能守恒定律得得(3)第一宇宙速度即为绕地球表面运行的速度，故有得所以有12．(1)；(2) θ=43°【详解】(1)根据开普勒第三定律可知，椭圆转移轨道周期为则天问一号在地火转移轨道上运行的时间(2)同理可得火星运行周期为火星运动的时间为要保证天问一号正好在远日点与火星相遇，两者运动的时间相等，则有：解得θ=43°13．(1)；(2)【详解】(1)设一物体的质量为m1，在地球表面附近物体受到的万有引力近似等于重力，则有解得(2)设组合体的质量为m2，根据万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得联立解得14．(1) ；(2) 【详解】(1)根据物体做竖直上抛运动的速度时间关系可知t＝所以星球表面的重力加速度g＝星球表面重力与万有引力相等，即mg＝解得由解得(2)近地卫星的轨道半径为R，由万有引力提供圆周运动向心力有联立解得该星球的第一宇宙速度15．(1)；(2)；(3)【详解】(1)根据开普勒第三定律代入数据得(2)根据公式代入数据得(3)根据公式代入数据得16．(1)；(2) （n=1、2、3…）【详解】(1)设地球的质量为M，则解得(2)A卫星B卫星依题意得（n=1、2、3…）解得（n=1、2、3…）17．【详解】根据可得可得将，代入解得18．(1)；(2)【详解】(1)在地球表面，由万有引力提供向心力，可得则地球的质量为(2)在距地面H高处，由万有引力提供向心力，可得则飞船线速度的大小为