宇宙航行（原卷版）

7.4宇宙航行知識(shí)點(diǎn)一宇宙速度1．第一宇宙速度的定義又叫環(huán)繞速度，是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v＝7.9km/s.2．第一宇宙速度的計(jì)算地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星到地心的距離為r，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為v：方法一：eq\x(萬有引力提供向心力)→eq\x(G\f(Mm,r2)＝m\f(v2,r))→eq\x(v＝\r(\f(GM,r)))eq\o(→,\s\up7(r＝R＝×106m),\s\do5(M＝×1024kg))eq\x(v＝7.9km/s)方法二：eq\x(重力提供向心力)→eq\x(mg＝m\f(v2,r))→eq\x(v＝\r(gr))eq\o(→,\s\up7(r＝R＝×106m),\s\do5(g＝9.8m/s2))eq\x(v＝7.9km/s)數(shù)值意義第一宇宙速度km/s衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度第二宇宙速度km/s使衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度km/s使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小地面發(fā)射速度（2023春?玉林期末）物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度叫“第一宇宙速度”，已知地球的半徑R＝×106m，地球表面重力加速度。g＝2，則地球的第一宇宙速度大小約為（）A． B． C． D．（2023春?漢濱區(qū)期末）三種宇宙速度分別是，，，則表明（）A．物體繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最小速度是 B．物體繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最小速度是 C．物體繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度是 D．物體繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的最大速度是（2023春?市校級(jí)期末）已知月球質(zhì)量與地球質(zhì)量之比約為1：80，月球半徑與地球半徑之比約為1：4，則月球上的第一宇宙速度與地球上的第一宇宙速度之比最接近（）A．9：2 B．2：9 C．18：1 D．1：18（2023?滄州一模）科幻電影《流浪地球》中，地球需借助木星的“引力彈弓”效應(yīng)加速才能成功逃離太陽系。然而由于行星發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障使得地球一度逼近木星的“洛希極限”，險(xiǎn)象環(huán)生?！奥逑O限”是一個(gè)距離，可粗略認(rèn)為當(dāng)?shù)厍蚺c木星的球心間距等于該值時(shí)，木星對(duì)地球上物體的引力約等于其在地球上的重力，地球?qū)?huì)傾向碎散。已知木星的“洛希極限”d≈32R木，其中R木A．木星的第一宇宙速度約為 B．木星的第一宇宙速度約為 C．木星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的94倍D．木星的密度約為地球密度的944（2023春?道里區(qū)校級(jí)期末）“嫦娥五號(hào)”在月球表面釋放出“玉兔”號(hào)月球車開展探測(cè)工作，若該月球車在地球表面的重力為G1，在月球表面的重力為G2，已知地球半徑為R1，月球半徑為R2，地球的第一宇宙速度與月球的第一宇宙速度之比為（）A．G1R22GC．G1R1G知識(shí)點(diǎn)二衛(wèi)星各物理量分析項(xiàng)目推導(dǎo)式關(guān)系式結(jié)論v與r的關(guān)系Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)v＝eq\r(\f(GM,r))r越大，v越小ω與r的關(guān)系Geq\f(Mm,r2)＝mrω2ω＝eq\r(\f(GM,r3))r越大，ω越小T與r的關(guān)系Geq\f(Mm,r2)＝mreq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2T＝2πeq\r(\f(r3,GM))r越大，T越大a與r的關(guān)系Geq\f(Mm,r2)＝maa＝eq\f(GM,r2)r越大，a越小由上表可以看出：衛(wèi)星離地面高度越高，其線速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越?。梢愿爬椤案哕壍退匍L(zhǎng)周期”．（2023?和平區(qū)校級(jí)一模）2022年11月30日7時(shí)33分，神舟十五號(hào)3名航天員順利進(jìn)駐中國(guó)空間站，與神舟十四號(hào)航天員乘組首次實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”。神舟十五號(hào)繞地球在距地面高度為h的軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知地球的半徑為R，地球表面的重力加速度為g，萬有引力常量為G。下列說法正確的是（）A．神舟十五號(hào)運(yùn)行的周期為2πRB．神舟十五號(hào)運(yùn)行的線速度為g(R+hC．神舟十五號(hào)軌道處的重力加速度為(RD．地球的平均密度為3g（2023?尖山區(qū)校級(jí)開學(xué)）衛(wèi)星繞地球的運(yùn)行可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，離地球越近的衛(wèi)星（）A．周期越大 B．角速度越大 C．線速度越小 D．向心加速度越小（2023?如皋市開學(xué)）如圖所示，我國(guó)“夸父一號(hào)”衛(wèi)星位于日地連線上，距離地球約150萬千米的日地系統(tǒng)第一拉格朗日點(diǎn)，在該點(diǎn)幾乎不消耗燃料就可以和地球一起以相同的角速度繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則“夸父一號(hào)”（）A．向心力由太陽的引力提供 B．角速度大于地球的角速度 C．線速度大于地球的線速度 D．向心加速度小于地球的向心加速度（2023?揚(yáng)州開學(xué)）2018年1月9日，我國(guó)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，將兩顆商業(yè)遙感衛(wèi)星高景一號(hào)03、高景一號(hào)04星發(fā)射升空并進(jìn)入預(yù)定軌道．據(jù)了解高景一號(hào)04星的軌道高度比03星略高．假定兩顆衛(wèi)星均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則03號(hào)衛(wèi)星與04號(hào)衛(wèi)星相比（）A．03號(hào)衛(wèi)星線速度要小 B．04號(hào)衛(wèi)星角速度要小 C．03號(hào)衛(wèi)星周期要長(zhǎng) D．04號(hào)衛(wèi)星向心加速度要大（2023春?晉城期末）中國(guó)獨(dú)立研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由MBO衛(wèi)星、GEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星三種不同類型的衛(wèi)星組成。如圖所示，已知MBO衛(wèi)星的軌道半徑為r1，運(yùn)行周期為T1，GEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星的軌道半徑均為r2，運(yùn)行周期均為T2。則下列說法正確的是（）A．GEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星的線速度始終相同 B．IGSO衛(wèi)星運(yùn)行半周的過程中，位移先增大后減小 C．MBO衛(wèi)星運(yùn)行一周平均速度的大小為2πrD．GEO衛(wèi)星運(yùn)行一周的平均速率為2π知識(shí)點(diǎn)三人造地球衛(wèi)星的軌道人造衛(wèi)星的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道．(1)橢圓軌道：地心位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上．(2)圓軌道：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星所需的向心力由萬有引力提供，由于萬有引力指向地心，所以衛(wèi)星的軌道圓心必然是地心，即衛(wèi)星在以地心為圓心的軌道平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．總之，地球衛(wèi)星的軌道平面可以與赤道平面成任意角度，但軌道平面一定過地心．當(dāng)軌道平面與赤道平面重合時(shí)，稱為赤道軌道；當(dāng)軌道平面與赤道平面垂直時(shí)，即通過極點(diǎn)，稱為極地軌道2．地球同步衛(wèi)星(1)定義：相對(duì)于地面靜止的衛(wèi)星，又叫靜止衛(wèi)星．(2)六個(gè)“一定”．①同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致．②同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24h.③同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度．④同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方．⑤同步衛(wèi)星的高度固定不變．⑥同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度大小一定：設(shè)其運(yùn)行速度為v，由于Geq\f(Mm,R＋h2)＝meq\f(v2,R＋h)，所以v＝eq\r(\f(GM,R＋h))＝eq\r(\f(gR2,R＋h))（2023春?郴州期末）關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A．它可以定點(diǎn)在北京的正上方 B．它的發(fā)射速度可以小于 C．它是相對(duì)地面靜止的衛(wèi)星 D．它的高度可以任意選擇（2023春?西寧期末）2022年中國(guó)空間站將全面建成。建成后的中國(guó)空間站將支持大規(guī)模科學(xué)研究，并進(jìn)一步探索人類如何在太空長(zhǎng)期生存。假定空間站繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繞行周期約為90分鐘，和周期為24小時(shí)的地球同步衛(wèi)星相比（）A．空間站的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑 B．空間站的加速度小于同步衛(wèi)星的加速度 C．空間站的線速度小于同步衛(wèi)星的線速度 D．空間站的角速度小于同步衛(wèi)星的角速度（2023春?南崗區(qū)校級(jí)期末）利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通訊。目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為（）A．1h B．4h C．8h D．16h（2023春?大名縣校級(jí)期中）如圖所示，a為近地衛(wèi)星，運(yùn)行軌道半徑為r1；b為地球同步衛(wèi)星，運(yùn)行軌道半徑為r2。下列說法正確的是（）A．提供給近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星向心力的都是萬有引力 B．近地衛(wèi)星的角速度小于同步衛(wèi)星的角速度 C．近地衛(wèi)星的線速度小于同步衛(wèi)星的線速度 D．近地衛(wèi)星的向心加速度小于同步衛(wèi)星的向心加速度（2023?長(zhǎng)安區(qū)一模）如圖，已知現(xiàn)在地球的一顆同步通訊衛(wèi)星信號(hào)最多覆蓋地球赤道上的經(jīng)度范圍為2α．假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變大，周期變大后的一顆地球同步通訊衛(wèi)星信號(hào)最多覆蓋的赤道經(jīng)度范圍為2β，則前后兩次同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為（）A．cos3βcosC．cos32α（2023?安徽開學(xué)）2023年6月4日，神舟十五號(hào)載人飛船在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸，在中國(guó)空間站工作的航天員費(fèi)俊龍、鄧清明、張陸身體狀態(tài)良好，順利回到地面。我國(guó)空間站距離地面的高度約400km，地球同步衛(wèi)星軌道的高度約36000km。航天員回到地面與在空間站時(shí)相比（）A．慣性變大 B．受到地球的引力變大 C．繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度變大 D．繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度變大（2023春?青羊區(qū)校級(jí)月考）2022年11月29日，神舟十五號(hào)飛船在酒泉發(fā)射成功，次日凌晨對(duì)接于空間站組合體前向?qū)涌?。至此，中?guó)空間站實(shí)現(xiàn)了“三大艙段”+“三艘飛船”的最大構(gòu)型，天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙、天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船、神舟十四號(hào)、神舟十五號(hào)載人飛船同時(shí)在軌。神舟十五號(hào)航天員順利進(jìn)駐中國(guó)空間站，與神舟十四號(hào)的三名航天員實(shí)現(xiàn)了首次“太空會(huì)師”?？臻g站繞地球的運(yùn)動(dòng)可以看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知空間站離地面高度約為400km，地球半徑約為6400km，下列說法正確的是（）A．神舟十五號(hào)飛船運(yùn)載火箭發(fā)射過程中，航天員處于完全失重狀態(tài) B．中國(guó)空間站的運(yùn)行周期大于地球自轉(zhuǎn)周期 C．空間站運(yùn)行的向心加速度與地球表面重力加速度之比約為162：172 D．考慮稀薄大氣阻力，若空間站沒有進(jìn)行動(dòng)力補(bǔ)充，運(yùn)行速度會(huì)越來越?。?023?沛縣校級(jí)開學(xué)）如圖為地球的三個(gè)衛(wèi)星軌道，Ⅱ?yàn)闄E圓軌道，其半長(zhǎng)軸為a，周期為T，Ⅰ、Ⅲ為圓軌道，且Ⅲ的半徑與Ⅱ的半長(zhǎng)軸相等，Ⅲ與Ⅱ相交于M點(diǎn)，Ⅰ與Ⅱ相切于N點(diǎn)，三顆不同的衛(wèi)星A、B、C分別運(yùn)行在軌道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上，已知引力常量為G，則（）A．由題中條件可求得地球質(zhì)量 B．B、C在M點(diǎn)的向心加速度大小相等 C．A、B經(jīng)過N點(diǎn)時(shí)的所受地球引力相同 D．A、B與地心的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等（2023?鶴城區(qū)校級(jí)開學(xué)）有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，其排列位置如圖，衛(wèi)星a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動(dòng)，衛(wèi)星b在地面附近近地軌道上正常運(yùn)行，c是地球靜止衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，各衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)均視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g，則有（）A．a(chǎn)的向心加速度大小等于重力加速度大小g B．d繞地球運(yùn)行的周期有可能是20小時(shí) C．在相等時(shí)間內(nèi)，b、c兩衛(wèi)星與地心的連線掃過的面積一定相等 D．在相等時(shí)間內(nèi)，a、c兩衛(wèi)星與地心的連線轉(zhuǎn)過的角度一定相等（2023春?湖南期末）2023年4月16日，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)載火箭成功將風(fēng)云三號(hào)07星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道。已知風(fēng)云三號(hào)07星軌道距地面的高度小于地球同步衛(wèi)星軌道距地面的高度。若風(fēng)云三號(hào)07星和地球同步衛(wèi)星在同一平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是（）A．風(fēng)云三號(hào)07星與地心的連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積和地球同步衛(wèi)星與地心的連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等 B．風(fēng)云三號(hào)07星的角速度大于地球自轉(zhuǎn)的角速度 C．風(fēng)云三號(hào)07星的周期大于地球同步衛(wèi)星的周期 D．風(fēng)云三號(hào)07星的發(fā)射速度小于第一宇宙速度（2023春?廣西期末）星辰大海，征途萬里！2023年5月30日，“神舟十六號(hào)”發(fā)射升空并完成對(duì)接，“天宮”空間站呈現(xiàn)6艙盛況。航天員在空間站一天內(nèi)可以看到16次日出，這是因?yàn)榭臻g站約90min就會(huì)繞地球一周，每繞一周就會(huì)看到一次日出日落?？臻g站繞地球運(yùn)行的軌道可視為圓軌道，下列說法正確的是（）A．空間站在軌道上的運(yùn)行速率等于 B．空間站繞地球運(yùn)行的速率小于同步衛(wèi)星的運(yùn)行速率 C．空間站繞地球運(yùn)行的角速度大于同步衛(wèi)星的角速度 D．空間站距離地面的高度大于同步衛(wèi)星距離地面的高度（2023春?銅仁市期末）我國(guó)“天問一號(hào)”火星環(huán)繞器自從2021年2月10日到達(dá)火星，已經(jīng)在火星“上崗”滿兩年，成為我國(guó)探索火星的先驅(qū)者。如圖所示，若a為火星表面赤道上的物體，b為軌道在火星赤道平面內(nèi)的氣象衛(wèi)星，c為在赤道上空的火星同步衛(wèi)星，衛(wèi)星c和衛(wèi)星b的軌道半徑之比為4：1，且兩衛(wèi)星的繞行方向相同，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、b、c的線速度大小關(guān)系為va＜vb＜vc B．a(chǎn)、b、c的角速度大小關(guān)系為ωa＜ωb＜ωc C．衛(wèi)星c和衛(wèi)星b繞火星運(yùn)動(dòng)的周期之比8：1 D．a(chǎn)、b、c的向心加速度大小關(guān)系為aa＜ab＜ac（2023?沙坪壩區(qū)校級(jí)開學(xué)）中國(guó)空間站工程“巡天”望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱CSST）將于2024年前后投入運(yùn)行，CSST以“天宮”空間站為太空母港，日常工作時(shí)與空間站共軌獨(dú)立飛行，且與空間站保持適當(dāng)距離，在需要補(bǔ)給或者維修升級(jí)時(shí)，主動(dòng)與“天宮”交會(huì)對(duì)接，停靠太空母港。已知地球半徑為R，空間站軌道距地球表面高度為h，地球表面的重力加速度大小為g。下列說法正確的是（）A．CSST?？刻漳父蹠r(shí)，組合體運(yùn)行的周期為2π(R+hB．CSST工作時(shí)加速度的大小為g(R+hC．CSST工作時(shí)線速度的大小為v=gD．若CSST工作時(shí)位于“天宮”前方，僅通過減速后可與“天宮”快速對(duì)接（2023?桃城區(qū)校級(jí)開學(xué)）如圖所示，a為地球赤道上的物體，b為沿地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星。關(guān)于a、b、c做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的說法的正確的是（）A．向心力關(guān)系為Fb＞Fc＞Fa B．周期關(guān)系為Ta＝Tc＜Tb C．向心加速度的大小關(guān)系為aa＞ac＞ab D．線速度的大小關(guān)系為va＜vc＜vb（2023?江漢區(qū)開學(xué)）2020年11月24日4時(shí)