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人教版高中物理必修二7.4宇宙航行 同步练习基础卷
一、单选题（本大题共8道小题）
1. 2021年4月29日11时23分，中国空间站“天和”核心舱发射升空，准确进入预定轨道，任务取得成功。已知地球的质量为M、半径为R，“天和”核心舱的质量为m，引力常量为G，“天和”核心舱围绕地球做半径为r的匀速圆周运动时，“天和”核心舱（　　）
A．向心加速度为 B．动能为
C．速度一定大于7.9km/s D．不再受到重力作用
2. 1由于某种原因，人造地球卫星的轨道半径减小了，那么卫星的( )
A．速率变大，周期变小 B．速率变小，周期变大
C．速率变大，周期变大 D．速率变小，周期变小
3. 北京时间2021年5月15日，在经历“黑色九分钟”后，中国首辆火星车“祝融号”与着陆器成功登陆火星，这也意味着“天问一号”火星探测器已经实现了“绕”和“落”两项目标。火星可以看成半径为R的质量均匀球体，“天问一号”在火星赤道表面附近做匀速圆周运动一周的是时间为T，“祝融号”与着陆器总质量为m，假如登陆后运动到火星赤道静止时对水平地面压力大小为F，引力常量为G，下列说法正确的是（　　）
A．火星第一宇宙速度大小为
B．“天问一号”在火星赤道表面附近做匀速圆周运动的加速度小于“祝融号”与着陆静止在赤道上的加速度
C．火星自转角速度大小为
D．火星自转角速度大小为
4. 如图所示，是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是（　　）
A．根据，线速度大小关系：
B．根据万有引力定律可知，所受的万有引力：
C．向心加速度大小关系：
D．角速度大小关系：
5. 所谓太阳同步轨道卫星，指的是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道倾角(轨道平面与赤道平面的夹角)接近90°，卫星要在两极附近通过．关于这些太阳同步轨道卫星，下列说法正确的是（ ）
A．发射速度均大于第二宇宙速度
B．可能与地球保持相对静止
C．做圆周运动的线速度一定小于第一宇宙速度
D．做圆周运动的向心力大小一定相同
6. 如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　）
A．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
B．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
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加速度
7. 下列关于同步卫星的说法中，正确的是（　　）
A．它的周期与地球自转周期相同，但高度和速度可以选择
B．它的周期、高度和速度大小都是一定的
C．我国发射的同步通信卫星定点在北京上空
D．不同的同步卫星所受的向心力相同
8. 我国探月工程中相继发射了“嫦娥一 号”和“嫦娥二号”两颗卫星，其中“嫦娥一 号”卫星在离月球表面200km高度的极月圆轨道绕月球飞行。“嫦娥二号”卫星环绕月球飞行的轨道高度为100 km。与“嫦娥一号 ”相比”，“嫦娥二号”的（　　）。
A．加速度较小 B．速度较小 C．角速度较小 D．周期较短
二、解答题（本大题共3道小题）
9. 我国的量子科学实验卫星“墨子号”于2016年8月16日在酒泉成功发射，其升空后围绕地球的运动可视为匀速圆周运动，离地面的高度为500km（如图）。已知地球的质量约为6.0×1024kg，地球的半径约为6.4×103km，求“墨子号”运动的线速度大小和周期。
10. 在未来的“星际穿越”中，宇航员发现了一颗未知星球。
（1）若宇航员驾驶飞船绕星球表面做匀速圆周运动，运动一周所需时间为T，把星球看作质量均匀的球体，已知万有引力常量为G，求星球的密度；
（2）宇航员来到某星球表面做了如下实验：将一小钢球由距星球表面高h（h远小于星球半径）处由静止释放，小钢球经过时间t落到星球表面，若该星球的半径为R，引力常量为G，求该星球的第一宇宙速度。
11. 2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料，它的发现使“太空电梯”缆线的制造成为可能，人类将有望通过“太空电梯”进入太空．如图所示，现假设有一“太空电梯”悬在赤道上空某处，相对地球表面静止，忽略下面缆线的质量．已知地球半径为R，自转周期为T，地球质量为M，万有引力常量为G.试讨论:
(1)太空电梯的距地高度;
(2)若赤道平面内的一颗卫星环绕地球做圆周运动，环绕方向与地球自转方向相反，周期为2T,某一时刻卫星在太空电梯正上方，问至少经过多长时间卫星再次经过太空电梯正上方？
三、填空题（本大题共4道小题）
12. 我国的北斗导航卫星系统包含多颗地球同步卫星．北斗导航卫星系统建成以后，有助于减少我国对GPS导航系统的依赖，GPS由运行周期为12小时的卫星群组成，设北斗导航系统的同步卫星和GPS导航卫星的轨道半径分别为R1和R2，向心加速度分别为a1和a2，则R1∶R2＝________，a1∶a2＝________．(可用根式表示)
13. 人造地球卫星
（1）______年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功.______年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功．为我国航天事业作出特殊贡献的科学家______被誉为“中国航天之父”；
（2）地球同步卫星的特点
地球同步卫星位于______上方高度约______处，因______，也称静止卫星．地球同步卫星与地球以______的角速度转动，周期与地球自转周期______。
14. 恒星演化分为__________、__________、和__________。当恒星变为__________时，就意味着这颗恒星将要结束它光辉的一生了。
15. 木星的卫星之一叫艾奥，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为v0时，上升的最大高度可达h。已知艾奥的半径为R，引力常量为G，忽略艾奥的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力。则艾奥表面的重力加速度大小g=______；艾奥的质量M=_____；艾奥的第一宇宙速度v=______。
答案
一、单选题（本大题共8道小题）
1. 【答案】B
【详解】
AB．由
解得
A错误，B正确；
C．第一宇宙速度为7.9km/s，是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度，所以“天和”核心舱在轨运行速度一定小于7.9km/s，选项C错误；
D．“天和”核心舱围绕地球做半径为r的匀速圆周运动时，重力提供向心力，仍然受到重力的作用，选项D错误。
故选B。
2. 【答案】A
【解析】
【详解】
根据万有引力提供圆周运动向心力有：
物体的线速度，周期，知卫星的半径减小，则线速度增加，周期减小，所以A正确，BCD错误．
故选A.
3. 【答案】C
【详解】
A．“天问一号”在火星赤道表面附近做匀速圆周运动，
则火星的第一宇宙速度
A错误；
B．“天问一号”在火星赤道表面附近做匀速圆周运动，则
“祝融号”与着陆器静止在火星赤道上时，有
则
B错误；
CD．“祝融号”与着陆器在火星赤道表面上静止，则
解得
C正确，D错误。
故选C。
4. 【答案】D
【详解】
A．研究卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，可得
解得
所以线速度大小关系
故A错误；
B．由于不同的人造卫星的质量关系不知道，所以无法比较它们受到的万有引力大小关系。故B错误；
C．由公式
解得
所以加速度大小关系
故C错误；
D．由公式
解得
角速度大小关系
故D正确。
故选D。
5. 【答案】C
【详解】
A．第二宇宙速度是脱离地球的引力的最小速度，而太阳同步轨道卫星仍然绕地球运转，则其发射速度远小于第二宇宙速度，选项A错误；
B．地球同步轨道与赤道平面重合，而此卫星要在两极附近通过，轨道平面与赤道平面的夹角接近90°，则不可能是同步卫星，也不可能与地球保持相对静止，选项B错误；
C．速度7.9km/s是第一宇宙速度，是卫星环绕地球做圆周运动的最大速度，则此卫星做圆周运动的线速度一定小于第一宇宙速度．故C正确．
D．因卫星的质量关系不确定，则卫星做圆周运动的向心力大小不一定相同，故D错误．
故选C。
6. 【答案】A
【解析】
【详解】
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点所受万有引力相同，由牛顿第二定律可知，在P点的加速度都相同，A正确；
B．卫星从轨道1变到轨道2，要点火加速，故卫星在轨道1上P点的速度小于卫星在轨道2上P点的速度，B错误；
C．卫星在轨道1上不同位置所受万有引力不同，其加速度不相同，C错误；
D．卫星在轨道2上不同位置所受万有引力大小虽然相同，但是方向不同，故加速度不同，D错误。
故选A。
7. 【答案】B
【解析】
【详解】
所有的地球同步卫星的必要条件之一：是它们的轨道都必须位于地球的赤道平面内，且轨道高度和速度是确定的，同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，周期等于地球自转的周期，由万有引力等于向心力，由向心力公式知质量不同的卫星受的向心力是不同的，故选项B正确，ACD错误．
8. 【答案】D
【解析】
【详解】
A．在环绕月球飞行的轨道上，根据万有引力等于合力可得
整理可得，加速度为
可知，轨道半径越小，即轨道高度越小，加速度越大。因此“嫦娥二号”的加速度较大，故A错误；
B．在环绕月球飞行的轨道上，根据万有引力等于向心力可得
整理可得，速度为
可知，轨道半径越小，即轨道高度越小，速度越大。因此“嫦娥二号”的速度较大，故B错误；
C．在环绕月球飞行的轨道上，根据万有引力等于向心力可得
整理可得，角速度为
可知，轨道半径越小，即轨道高度越小，角速度越大。因此“嫦娥二号”的角速度较大，故C错误；
D．在环绕月球飞行的轨道上，根据万有引力等于向心力可得
整理可得，周期为
可知，轨道半径越小，即轨道高度越小，周期越短。因此“嫦娥二号”的周期较短，故D正确。
故选D。
二、解答题（本大题共3道小题）
9. 【答案】；5.7×103s
【详解】
由题意可知，“墨子号”距地面高度h=5.0×105m，地球半径R=6.4×106m，地球质量M=6.0×1024kg。设m为“墨子号”的质量，r为地球球心到“墨子号”的距离。由
其中
r=R+h
可得
周期
s =5.7×103s
10. 【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）由万有引力提供向心力有
得
由
得
（2）由钢球做自由落体运动有
设星球的重力加速度为g0，第一宇宙速度为v，则有
由重力提供圆周运动的向心力
即
11. 【答案】（1） （2）
【解析】
【详解】
(1)太空电梯在轨运行，万有引力提供向心力，有
解得:
(2)太空电梯与卫星环绕方向相反，所以卫星再次运行到太空电梯正上方时，它们与球心的连线扫过的圆心角形成一个周角.
有:
得:
解得:
【点睛】
由于太空电梯直接从地面连到了地球同步飞船上，它们的角速度是相同的，抓住这个条件即可解答本题．
三、填空题（本大题共4道小题）
12. 【答案】
【详解】
设地球同步卫星的周期为，GPS卫星的周期为，由题意有：，由万有引力定律的公式和向心的公式有：，解得：，，则有：，．
13. 【答案】 1957 1970 钱学森 赤道 36000km 相对地面静止 相同 相同
【解析】
【详解】
略
14. 【答案】 诞生期 存在期 死亡期 巨星或超巨星
【详解】
[1][2][3]恒星演化分为诞生期、存在期和死亡期。
[4]当恒星变为巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星将要结束它光辉的一生了。
15. 【答案】
【详解】
[1]岩块做竖直上抛运动，有
解得
[2]忽略艾奥的自转，有
解得
[3]某质量为m′的卫星在艾奥表面绕其做圆周运动时有
解得
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