2023-2024學(xué)年高一物理人教版2019試題7.4宇宙航行（沖A提升練）-1

7.4宇宙航行（沖A提升練）（解析版）一、單選題（本大題共12小題）1.下列有關(guān)地球衛(wèi)星的說法正確的是(

)A.在低緯度發(fā)射衛(wèi)星可以借助地球的自轉(zhuǎn)，更多地節(jié)省能量

B.北京地區(qū)正上方可以放置一顆定點(diǎn)同步衛(wèi)星

C.衛(wèi)星因受微弱阻力影響，軌道變低，在低軌道上的速度會(huì)小于在高軌道上的速度

D.只要提高衛(wèi)星的速度，衛(wèi)星的周期就可以減小【答案】A

【解析】維度越低，地球自轉(zhuǎn)的線速度越大。同步衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面重合。對(duì)于繞地做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，萬有引力提供向心力，線速度公式為v=GMr。

低軌變高軌需要加速，使衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)，高軌變低軌需要減速，使【解答】在低緯度發(fā)射衛(wèi)星可以借助地球的自轉(zhuǎn)，更多地節(jié)省能量，選項(xiàng)A正確;

同步衛(wèi)星只能在地球赤道的正上方，選項(xiàng)B錯(cuò)誤;

衛(wèi)星因受微弱阻力影響，軌道變低，由v=GMr可知，在低軌道上的速度大于在高軌道上的速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤;

提高衛(wèi)星的速度，衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)到較高軌道，周期變大，選項(xiàng)2.下列關(guān)于三個(gè)宇宙速度的說法正確的是(

)A.第一宇宙速度v1=7.9km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/s，則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度大于等于v1且小于v2【答案】D

【解析】解：第一宇宙速度，這是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最小發(fā)射速度7.9km/s，物體繞地球運(yùn)行最大環(huán)繞速度；

第二宇宙速度，這是物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度11.2km/s，若11.2km/s≤v<16.7?km/s，物體繞太陽運(yùn)行(脫離速度)；

第三宇宙速度，這是物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度16.7km/s，若v≥16.7?km/s，物體將脫離太陽系在宇宙空間運(yùn)行(逃逸速度)．

A、第一宇宙速度v1=7.9km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/s，而根據(jù)公式v=GMr，則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度小于或等于v1，故A錯(cuò)誤；

B、美國發(fā)射的“鳳凰”號(hào)火星探測衛(wèi)星，其發(fā)射速度大于第二宇宙速度，故B錯(cuò)誤；

C、第二宇宙速度是使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運(yùn)行的小行星的最小發(fā)射速度；而第三宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫太陽引力束縛，故C錯(cuò)誤；

D、第一宇宙速度7.9km/s3.學(xué)習(xí)物理知識(shí)后，我們可以用物理的視角觀察周圍的世界，思考身邊的事物，并對(duì)些媒體報(bào)道的真?zhèn)巫龀雠袛唷Ｐ∶髟跒g覽一些網(wǎng)站時(shí)，看到了如下一些關(guān)于發(fā)射衛(wèi)星的報(bào)道，其中可能真實(shí)的消息是(

)A.發(fā)射一顆軌道與地球表面上某一緯度線(非赤道)為共面同心圓的地球衛(wèi)星

B.發(fā)射一顆與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓為共面同心圓的地球衛(wèi)星

C.發(fā)射一顆每天同一時(shí)間都能通過北京上空的地球衛(wèi)星

D.天和核心艙在距地面400km高度，其發(fā)射速度小于7.9km/s【答案】C

【解析】本題考查了衛(wèi)星的運(yùn)行軌道以及近地衛(wèi)星，解決本題的關(guān)鍵是知道同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星的特點(diǎn)，知道衛(wèi)星軌道圓心必須與地球球心重合。

【解答】A.軌道圓心必須與地球球心重合，緯度線(非赤道)圓心沒有與球心重合。故A錯(cuò)誤；

B.衛(wèi)星通過南北極上空，某時(shí)刻在某一經(jīng)線上，由于地球自轉(zhuǎn)，下一刻衛(wèi)星將不在原來的經(jīng)線上。故B錯(cuò)誤；7.9km/s。故D錯(cuò)誤；

C.衛(wèi)星軌道所在平面與赤道所在平面垂直且周期與自轉(zhuǎn)周期相同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星每天同一時(shí)間都能通過北京上空。故C正確。

4.為了更好地了解太陽活動(dòng)對(duì)地球的影響，2022年10月，我國成功將夸父一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射升空，該衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，距離地球表面約720千米，運(yùn)行周期約99分鐘，下列說法正確的是(

)A.夸父一號(hào)有可能靜止在惠州市的正上方

B.若已知萬有引力常量，利用題中數(shù)據(jù)可以估算出太陽的質(zhì)量

C.夸父一號(hào)的發(fā)射速度大于第二宇宙速度

D.夸父一號(hào)的角速度大于地球自轉(zhuǎn)的角速度【答案】D

【解析】根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律和宇宙速度；結(jié)合宇宙速度含義分析即可解答。

【解答】A.“夸父一號(hào)”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供向心力，圓心為地球的球心，故不可能靜止在惠州市的正上方，故A錯(cuò)誤;

B.“夸父一號(hào)”是地球的衛(wèi)星，已知萬有引力常量，利用題中數(shù)據(jù)也不能估算出太陽的質(zhì)量，故B錯(cuò)誤;

C.由于“夸父-號(hào)”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以其發(fā)射速度小于第二宇宙速度，故C錯(cuò)誤;

D.“夸父-號(hào)”繞地球運(yùn)行周期約99分鐘，小于地球的自轉(zhuǎn)周期24h，根據(jù)ω=2π5.2017年9月25日，微信啟動(dòng)頁“變臉”：由此前美國衛(wèi)星拍攝地球的靜態(tài)圖換成了我國“風(fēng)云四號(hào)”衛(wèi)星拍攝地球的動(dòng)態(tài)圖，如圖所示．“風(fēng)云四號(hào)”是一顆地球同步衛(wèi)星，關(guān)于“風(fēng)云四號(hào)”，下列說法正確的是(

)A.為了北京冬奧會(huì)通信暢通，可以把該衛(wèi)星定位在北京正上空

B.發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度

C.運(yùn)行速度小于天宮二號(hào)軌道艙(距地高度約400KM)的運(yùn)行速度

D.加速度大于天宮二號(hào)軌道艙(距地高度約400KM)的加速度【答案】C

【解析】同步衛(wèi)星的軌道只能在赤道平面，發(fā)射速度比第一宇宙速度大，運(yùn)行速度比第一宇宙速度小

6.2022年6月5日，“神舟十四號(hào)”載人飛船點(diǎn)火發(fā)射，將劉洋等3位航天員成功送入離地表高約為400km的“天宮”空間站?！吧裰凼奶?hào)”與空間站采用徑向?qū)?，即飛船先到達(dá)空間站正下方的“停泊點(diǎn)”(飛船相對(duì)于空間站靜止)位置，如圖所示，然后調(diào)整姿態(tài)，沿徑向與空間站自主交會(huì)對(duì)接。已知飛船和空間站對(duì)接后，組合體繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球同步衛(wèi)星離地球表面的高度約為36000km。下列說法正確的是(

)A.“神舟十四號(hào)”在“停泊點(diǎn)”時(shí)，它的線速度大于空間站的線速度

B.與球同步衛(wèi)星相比，組合體的角速度更小

C.與地球赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體相比，組合體的向心加速度更大

D.對(duì)接完成后，組合體上的宇航員可用啞鈴鍛煉身體【答案】C

【解析】本題考查萬有引力定律的應(yīng)用，知道萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是解題的關(guān)鍵。

根據(jù)題設(shè)得出“神舟十四號(hào)”在“停泊點(diǎn)”的角速度與空間站的角速度關(guān)系，結(jié)合線速度與角速度、半徑關(guān)系得出兩者線速度的大小關(guān)系即可判斷；根據(jù)萬有引力提供向心力得出角速度的表達(dá)式，結(jié)合半徑大小關(guān)系得出角速度的大小關(guān)系即可判斷；根據(jù)向心加速度的表達(dá)式結(jié)合向心加速度公式得出組合體的向心加速度與赤道自轉(zhuǎn)物體的向心加速度的大小關(guān)系即可判斷；分析出啞鈴的狀態(tài)即可判斷。

【解答】A.“神舟十四號(hào)”在“停泊點(diǎn)”時(shí)，它的角速度與空間站的相同，由v=ωr知，它的線速度小于空間站的，故A錯(cuò)誤；GMmr2=mω2r知，衛(wèi)星的角速度ω=GM7.北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由3顆周期為24?h的地球靜止軌道衛(wèi)星(如圖中甲所示)、3顆周期為24?h的傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(如圖中乙所示)、24顆中圓地球軌道衛(wèi)星(如圖中丙所示)三種軌道衛(wèi)星共30顆衛(wèi)星組成，其中中圓地球軌道衛(wèi)星離地高度2.1×104km，靜止軌道衛(wèi)星和傾斜同步衛(wèi)星離地高度均為3.6×10A.中圓軌道衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于地球自轉(zhuǎn)周期

B.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和靜止軌道衛(wèi)星線速度大小不同

C.地球赤道上物體的線速度比中圓軌道衛(wèi)星線速度大

D.中圓地球軌道衛(wèi)星的發(fā)射速度可以小于7.9?km/s【答案】A

【解析】根據(jù)開普勒第三定律分析，衛(wèi)星的軌道半徑越大，周期越大；衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)是萬有引力充當(dāng)向心力，得到線速度與軌道半徑的關(guān)系；同步衛(wèi)星與赤道上的物體屬于同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的模型，角速度相等；第一宇宙速度7.9km/s是衛(wèi)星繞地球圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度，是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度。

此題考查了人造衛(wèi)星的相關(guān)規(guī)律，地球質(zhì)量一定、自轉(zhuǎn)速度一定，靜止地球同步衛(wèi)星要與地球的自轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)同步，就必須要角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相等，這就決定了它的軌道高度和線速度。

【解答】A.根據(jù)開普勒第三定律可知，r3T2=k，衛(wèi)星的軌道半徑越大，周期越大，所以中地球軌道衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于地球同步衛(wèi)星運(yùn)行周期，即小于地球自轉(zhuǎn)周期，故A正確；

B.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星與靜止軌道衛(wèi)星的周期相等，根據(jù)開普勒第三定律可知，兩衛(wèi)星的軌道半徑相等，根據(jù)萬有引力提供向心力，GMmr2=mv28.我國的一箭多星技術(shù)居世界前列，一箭多星是用一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù)。某兩顆衛(wèi)星釋放過程簡化為如圖所示，火箭運(yùn)行至P點(diǎn)時(shí)，同時(shí)將A、B兩顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。A衛(wèi)星進(jìn)入軌道1做圓周運(yùn)動(dòng)，B衛(wèi)星進(jìn)入軌道2沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，P點(diǎn)為橢圓軌道的近地點(diǎn)，Q點(diǎn)為遠(yuǎn)地點(diǎn)，B衛(wèi)星在Q點(diǎn)噴氣變軌到軌道3，之后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是(

)

A.兩衛(wèi)星在P點(diǎn)時(shí)的加速度不同

B.B衛(wèi)星在P點(diǎn)時(shí)的速度大于A衛(wèi)星的速度

C.B衛(wèi)星在Q點(diǎn)變軌進(jìn)入軌道3時(shí)需要噴氣減速

D.B衛(wèi)星在軌道3上運(yùn)動(dòng)的速度大于A衛(wèi)星在軌道1上運(yùn)動(dòng)的速度【答案】B

【解析】衛(wèi)星從低軌道到高軌道，需要點(diǎn)火加速；從高軌道到低軌道，需要噴氣減速；根據(jù)萬有引力提供向心力確定軌道半徑與速度、加速度的關(guān)系。GMmr2=ma，解得加速度：a=GMr2，軌道半徑相同，則兩衛(wèi)星在P處的加速度大小相等，故A錯(cuò)誤;

B.從低軌道到高軌道，需要點(diǎn)火加速；在B衛(wèi)星在P點(diǎn)時(shí)的速度大于A衛(wèi)星的速度，故B正確；

C.從低軌道到高軌道，需要點(diǎn)火加速；B衛(wèi)星在Q點(diǎn)變軌進(jìn)入軌道3時(shí)需要點(diǎn)火加速；故C錯(cuò)誤；GMmr2=mv2r9.2020年7月23日，中國“天問一號(hào)”探測器發(fā)射升空，成功進(jìn)入預(yù)定軌道，開啟了火星探測之旅，邁出了我國自主開展行星探測的第一步。如圖所示，“天問一號(hào)”被火星捕獲之后，需要在近火星點(diǎn)變速，進(jìn)入環(huán)繞火星的橢圓軌道。則“天問一號(hào)”A.在軌道Ⅱ上P點(diǎn)的速度小于Q點(diǎn)的速度

B.在軌道Ⅰ上運(yùn)行周期大于軌道Ⅱ上運(yùn)行周期

C.由軌道Ⅰ變軌進(jìn)入軌道Ⅱ需要在P點(diǎn)加速

D.在軌道Ⅰ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的向心加速度大于在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的向心加速度【答案】B

【解析】根據(jù)軌道的特點(diǎn)分析是否是向心運(yùn)動(dòng)；衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)過PP點(diǎn)若要進(jìn)入軌道Ⅱ，需減速。比較在不同軌道上經(jīng)過PP點(diǎn)的加速度，直接比較它們所受的萬有引力就可得知。衛(wèi)星從軌道Ⅱ進(jìn)入軌道Ⅲ，在PP點(diǎn)需減速；根據(jù)萬有引力定律提供向心力分析加速度的關(guān)系；由開普勒第三定律分析時(shí)間關(guān)系。

本題考查了人造衛(wèi)星的加速度、周期和軌道的關(guān)系，萬有引力定律及其應(yīng)用；本題關(guān)鍵是明確加速度由合力和質(zhì)量決定導(dǎo)致同一位置的衛(wèi)星的加速度相同；然后結(jié)合開普勒第三定律和牛頓第二定律列式分析。II由Q點(diǎn)向P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)做的是向心運(yùn)動(dòng)，萬有引力對(duì)飛船做正功，故P點(diǎn)的速度大于Q點(diǎn)的速度，故A錯(cuò)誤；

B.根據(jù)開普勒第三定律，軌道Ⅰ的半長軸大于軌道Ⅱ的半長軸，故軌道Ⅰ上運(yùn)行周期大于軌道Ⅱ上運(yùn)行周期，故B正確；

C.軌道Ⅰ變軌進(jìn)入軌道Ⅱ做的是向心運(yùn)動(dòng)，故飛船需要在P點(diǎn)制動(dòng)減速，故C錯(cuò)誤；

D.飛船在軌道Ⅰ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的向心力等于在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律可知，在軌道Ⅰ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的向心加速度等于在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的向心加速度，故D錯(cuò)誤。

故選B。

10.中國三名航天員在“天和”核心艙“住”了三個(gè)月，他們每天都能看到16次日出日落，可知“天和”核心艙的A.角速度比地球同步衛(wèi)星的小 B.周期比地球同步衛(wèi)星的長

C.向心加速度比地球同步衛(wèi)星的大 D.線速度比地球同步衛(wèi)星的小【答案】C

【解析】根據(jù)題意分析周期的關(guān)系；

根據(jù)ω=2πT分析角速度的關(guān)系；；【解答】B.根據(jù)題意可知，“天和”核心艙的周期為T天=2416h=1.5h<T同=24h

即“天和”核心艙的周期比地球同步衛(wèi)星的短，B錯(cuò)誤;ω=2πT

由于“天和”核心艙的周期小于地球同步衛(wèi)星的周期，則ω天>ω同

即“天和”核心艙的角速度比地球同步衛(wèi)星的大，A錯(cuò)誤;GMm11.若火星和天王星繞太陽的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知火星公轉(zhuǎn)軌道半徑與天王星公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為2:25，則火星與天王星繞太陽運(yùn)動(dòng)的(

)A.周期之比為25:2 B.線速度大小之比為5:2

C.角速度大小之比為22:【答案】B

【解析】根據(jù)開普勒第三定律得到周期關(guān)系，根據(jù)GMmr2=man=mv2rGMm解得v=GMr，則火星與天王星繞太陽運(yùn)動(dòng)的線速度大小之比為

GMm解得ω=GMr3GMm解得a=GMr2故選B。12.經(jīng)長期觀測，人們在宇宙中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“雙星系統(tǒng)”?！半p星系統(tǒng)”由相距較近的恒星組成，每個(gè)恒星的半徑遠(yuǎn)小于兩個(gè)恒星之間的距離，而且雙星系統(tǒng)一般遠(yuǎn)離其他天體，它們僅在彼此的萬有引力作用下，繞某一固定點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。如圖即為某一雙星系統(tǒng)，A星球的質(zhì)量為m1，B星球的質(zhì)量為m2，二者球心連線的距離為L，引力常量為G，則下列說法正確的是(

)

A.A星球的軌道半徑為?m1m1+m2L

B.B星球的軌道半徑為?m2m1L

C.【答案】C

【解析】AB.設(shè)雙星運(yùn)行的角速度為ω，由于雙星的周期相同，則它們的角速度也相同，則根據(jù)牛頓第二定律得：

對(duì)m1：Gm1m2L2=m1ω2R①，對(duì)m2：Gm1m2L2=m2ω2r②，由①：②得：R：r=二、計(jì)算題（本大題共2小題）13.某航天飛船由運(yùn)載火箭先送入近地點(diǎn)為A、遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道，在B點(diǎn)實(shí)施變軌后，再進(jìn)入預(yù)定圓軌道，如圖所示.已知飛船在預(yù)定圓軌道上飛行n圈所用時(shí)間為t，近地點(diǎn)A距地面高度為h1，地球表面重力加速度為g，地球半徑為R.求：

(1)地球的第一宇宙速度大小．(2)飛船在近地點(diǎn)A的加速度aA(3)遠(yuǎn)地點(diǎn)B距地面的高度h2【答案】(1)繞地球表面運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的向心力由萬有引力提供GMmR2(2)根據(jù)萬有引力定律可得GMm(R+h1)(3)在大圓軌道上，根據(jù)萬有引力定律可得GMm(R+h2)2=m14.拉格朗日點(diǎn)指在兩個(gè)大天體引力作用下，能使小物體穩(wěn)定的點(diǎn)(小物體質(zhì)量相對(duì)兩大天體可忽略不計(jì))。這些點(diǎn)的存在是由法國數(shù)學(xué)家拉