08 宇宙航行 基礎(chǔ)卷（解析版）

宇宙航行基礎(chǔ)卷（時間：30分鐘）一、單選題1．我國成功發(fā)射神舟七號載人飛船。隨后航天員圓滿完成了太空出艙任務(wù)并釋放了“伴飛”小衛(wèi)星。載人飛船在固定的軌道上做勻速圓周運動，“伴飛”小衛(wèi)星與載人飛船相對靜止，“伴飛”小衛(wèi)星有多種伴飛模式，圖甲和圖乙是其中的兩種伴飛模式。下列說法正確的是（）A．載人飛船的發(fā)射速度大小介于7.9km/s到11.2km/s之間B．圖甲的伴飛模式下，“伴飛”小衛(wèi)星的線速度大于載人飛船的線速度C．圖乙模式下“伴飛”小衛(wèi)星只需向后噴出氣體加速，就可以和載人飛船對接D．圖甲和圖乙兩種伴飛模式下，圖甲“伴飛”小衛(wèi)星的角速度大【答案】A【詳解】A．第一宇宙速度7.9km/s是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大線速度，也是最小發(fā)射速度，第二宇宙速度11.2km/s是脫離地球引力束縛的最小發(fā)射速度，所以載人飛船的發(fā)射速度大小介于7.9km/s到11.2km/s之間，故A正確；BD．“伴飛”小衛(wèi)星與載人飛船相對靜止，可知圖甲和圖乙兩種伴飛模式下“伴飛”小衛(wèi)星的角速度大小是相等的，且都與載人飛船的角速度大小相等，根據(jù)圖甲的伴飛模式下，由于“伴飛”小衛(wèi)星的軌道半徑小于載人飛船的軌道半徑，則“伴飛”小衛(wèi)星的線速度小于載人飛船的線速度，故BD錯誤；C．圖乙模式下“伴飛”小衛(wèi)星向后噴出氣體，加速后將做離心運動，變軌到更高的軌道，不可能與載人飛船對接，故C錯誤。故選A。2．如圖所示，在地面附近要發(fā)射一顆繞地球運行的衛(wèi)星，發(fā)射速度（）A．v<7.9km/s B．v=11.2km/sC．7.9km/s≤v<11.2km/s D．11.2km/s≤v<16.7km/s【答案】C【詳解】要發(fā)射一顆繞地球運行的衛(wèi)星，發(fā)射速度既不能低于第一宇宙速度，否則無法發(fā)射；也不能超過第二宇宙速度，否則將會克服地球引力，永遠離開地球。故發(fā)射速度v的取值范圍為7.9km/s≤v<11.2km/s故選C。3．假設(shè)在未來某天，宇航員在火星表面登陸后，以速率豎直上拋一物體，物體從拋出到返回拋出點的時間為t。已知火星的半徑為R，若忽略火星自轉(zhuǎn)，則火星的第一宇宙速度約為（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】物體從拋出到返回拋出點的時間為根據(jù)萬有引力提供向心力根據(jù)萬有引力與重力的關(guān)系火星的第一宇宙速度約為故選B。4．木星有4顆衛(wèi)星是伽利略發(fā)現(xiàn)的，稱為伽利略衛(wèi)星，其中有兩顆衛(wèi)星的軌道半徑之比約為。根據(jù)以上信息可知這兩顆衛(wèi)星的（）A．線速度大小之比約為 B．周期之比約為C．向心加速度大小之比約為 D．向心力大小之比約為【答案】B【詳解】根據(jù)可得，，兩顆衛(wèi)星的軌道半徑之比約為，可知線速度大小之比約為2:1；周期之比約為；向心加速度大小之比約為16:1；因質(zhì)量關(guān)系不確定，不能比較向心力大小。故選B。5．2024年1月17日，搭載“天舟七號”貨運飛船的運載火箭在文昌航天發(fā)射場發(fā)射。次日凌晨，“天舟七號”貨運飛船成功對接空間站“天和”核心艙。對接后，“天舟七號”與空間站組成組合體，運行在離地高度約為的圓形軌道上，已知地球同步衛(wèi)星距赤道的高度約為，則下列說法正確的是（）A．組合體運行周期小于B．組合體中宇航員可以使用托盤天平測量物體質(zhì)量C．組合體繞行速度小于同步衛(wèi)星的速度D．若組合體運行周期為T，引力常量為G，則地球的平均密度為【答案】A【詳解】AC．根據(jù)萬有引力提供向心力可得可得，由于組合體的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，所以組合體運行周期小于，組合體繞行速度大于同步衛(wèi)星的速度，故A正確，C錯誤；B．由于組合體處于完全失重狀態(tài)，所以組合體中宇航員不可以使用托盤天平測量物體質(zhì)量，故B錯誤；D．設(shè)地球半徑為，組合體軌道半徑為，若組合體運行周期為T，引力常量為G，則有又聯(lián)立可得地球的平均密度為故D錯誤。故選A。二、多選題6．神舟十三號載人飛船在太空運行六個月之久，在2022年4月16日返回到地面。航天員在勻速圓周運動的飛船內(nèi)均處于完全失重狀態(tài)。下列說法正確的是（）A．航天員仍受重力的作用B．航天員受力平衡C．航天員所受重力等于所需的向心力D．航天員不受重力的作用【答案】AC【詳解】根據(jù)題意可知，圍繞地球做勻速圓周運動的空間站中的航天員，所受重力全部提供其做圓周運動的向心力，處于完全失重狀態(tài)，并非航天員不受重力作用。故選AC。7．北斗系統(tǒng)主要由離地面高度約為6R（R為地球半徑）的同步軌道衛(wèi)星和離地面高度約為3R的中軌道衛(wèi)星組成，已知地球表面重力加速度為g，忽略地球自轉(zhuǎn)。則（）A．中軌道衛(wèi)星的向心加速度約為B．中軌道衛(wèi)星的運行周期約為12小時C．同步軌道衛(wèi)星的角速度大于中軌道衛(wèi)星的角速度D．衛(wèi)星從中軌道變軌到同步軌道，需向后方噴氣加速【答案】AD【詳解】A．在地球表面為m0的物體，有中軌道衛(wèi)星可得中軌道衛(wèi)星向心加速度約為A正確；B．設(shè)M表示地球的質(zhì)量，m表示衛(wèi)星的質(zhì)量，根據(jù)萬有引力提供向心力可得則有可知中軌道衛(wèi)星的運行周期不等于12小時，B錯誤；C．根據(jù)萬有引力提供向心力可知同步軌道衛(wèi)星的角速度小于中軌道衛(wèi)星的角速度，C錯誤；D．因為同步軌道衛(wèi)星的軌道半徑大于中圓軌道衛(wèi)星的軌道半徑，所以衛(wèi)星從中圓軌道變軌到同步軌道，需向后方噴氣加速做離心運動，D正確；故選AD。8．2023年10月26日，中國載人航天再創(chuàng)歷史，神舟十七號與神舟十六號成功“會師”。假如神舟十七號發(fā)射的過程可簡化為如圖所示的過程，先將其發(fā)射至近地圓軌道，再通過轉(zhuǎn)移軌道進入運行圓軌道。下列說法正確的是（）A．神舟十七號在轉(zhuǎn)移軌道上從A點到B點的過程中需要不斷噴氣減速B．神舟十七號在轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)過B點的速度大于在近地軌道上的運行速度C．神舟十七號在運行軌道上運動的周期大于在轉(zhuǎn)移軌道上運動的周期D．神舟十七號在轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)過B點時加速度與在運行軌道上經(jīng)過B點的加速度相同【答案】CD【詳解】A.從A點到B點減速是因為萬有引力作用，而不是因為噴氣減速，故A錯誤：B.衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上B點速度小于運行軌道速度，而運行軌道速度又小于近地軌道速度，故B錯誤。C.由于運行軌道的半徑大于轉(zhuǎn)移軌道半長軸，根據(jù)開普勒第三定律可知，衛(wèi)星在運行軌道上運動時的周期大于轉(zhuǎn)移軌道上運行的周期，故C正確：D.根據(jù)牛頓第二定律可得求得由于都相同，可知衛(wèi)星B點時加速度與軌跡無關(guān)，故D正確。故選CD。9．三顆不同的人造衛(wèi)星A、B、C都在赤道正上方同方向繞地球做勻速圓周運動，A、C為地球同步衛(wèi)星，某時刻A、B相距最近，如圖所示。已知地球自轉(zhuǎn)周期為，B的周期為，則下列說法正確的是（）

A．A加速可追上同一軌道上的CB．經(jīng)過時間，A、B再次相距最近C．A、C向心力大小相等，且小于B的向心力D．在相同時間內(nèi)，A與地心連線掃過的面積大于B與地心連線掃過的面積【答案】BD【詳解】A．衛(wèi)星A加速后做離心運動，軌道變高，不可能追上衛(wèi)星C，故A錯誤；B．根據(jù)題意可知，A、B再次相距最近時，A、B兩衛(wèi)星轉(zhuǎn)過的角度相差，設(shè)經(jīng)過的時間為，則有解得故B正確；C．根據(jù)題意可知，萬有引力提供向心力，則衛(wèi)星的向心力大小為由于不知道衛(wèi)星A、B、C的質(zhì)量關(guān)系，則無法確定三個衛(wèi)星向心力的關(guān)系，故C錯誤；D．繞地球運動的衛(wèi)星與地心連線時間內(nèi)掃過的面積為由萬有引力提供向心力有聯(lián)立可得可知，由于A的軌道半徑大于B的軌道半徑，則在相同時間內(nèi)，A與地心連線掃過的面積大于B與地心連線掃過的面積，故D正確。故選BD。10．1995年10月，瑞士日內(nèi)瓦大學教授米歇爾·麥耶和迪迪埃·奎洛茲公布發(fā)現(xiàn)了第一顆太陽系外行星-飛馬座51b，這顆系外行星處于我們所在的銀河系中，與一顆類太陽恒星相互環(huán)繞運動，兩人因此獲得了2019年諾貝爾物理學獎。如圖，飛馬座51b與類太陽恒星相距為L，兩者構(gòu)成一個雙星系統(tǒng)，它們繞共同圓心O做勻速圓周運動，類太陽恒星與飛馬座51b的質(zhì)量分別為、，引力常量為G，下列說法正確的是（）

A．行星51b與類太陽恒星做圓周運動的周期B．行星51b與類太陽恒星做圓周運動的線速度之比C．行星51b與類太陽恒星的動能之比D．由于類太陽恒星內(nèi)部發(fā)生核聚變導致其質(zhì)量減小，它們做圓周運動周期也減小【答案】AC【詳解】AD．設(shè)飛馬座51b與類太陽恒星繞圓心O做勻速圓周運動的半徑分別為、，角速度為，周期為，由萬有引力提供向心力可得又聯(lián)立解得周期為由于類太陽恒星內(nèi)部發(fā)生核聚變導致其質(zhì)量減小，它們做圓周運動周期將增大，故A正確，D錯誤；BC．飛馬座51b與類太陽恒星繞圓心O做勻速圓周運動的向心力大小相等，則有根據(jù)可得行星51b與類太陽恒星做圓周運動的線速度之比為行星51b與類太陽恒星的動能之比為故B錯誤，C正確。故選AC。三、解答題11．我國自主研制的首艘貨運飛船“天舟一號”發(fā)射升空后，與已經(jīng)在軌運行的“天宮二號”空間實驗室成功對接形成組合體．假設(shè)組合體在距地面高度為h的圓形軌道上繞地球做勻速圓周運動，已知地球質(zhì)量為M、組合體質(zhì)量為m、地球的半徑為R、地球表面處重力加速度為g，且不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響(1)求地球?qū)υ摻M合體萬有引力F的大??；(2)求該組合體運行的線速度v的大?。?3)在太空失重的環(huán)境中，可以做很多有趣的實驗，你認為在“天宮二號”空間實驗室中可進行哪些物理小實驗？請寫出1個實驗．【答案】（1）（2）（3）略（只要合理即可）【詳解】（1）在地球表面附近，某物體m所受重力和萬有引力近似相等，則有：，推導得：GM=gR2設(shè)該組合體的質(zhì)量為m1，繞地球做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，組合體做勻速圓周運動的半徑為r=R+h，地球?qū)υ摻M合體的萬有引力的大小F萬=（2）根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)萬=，解得：（3）可以用力的傳感器測出物體受到的拉力，通過刻度尺量出彈簧的伸長量，探究彈簧彈力與伸長量之間的關(guān)系等

點睛：地球表面重力與萬有引力相等，衛(wèi)星繞地球圓周運動萬有引力提供圓周運動向心力，從而即可求解．12．載人登月計劃是我國的“探月工程”計劃中實質(zhì)性的目標。假設(shè)宇航員登上月球后，以初速度豎直向上拋出一個小球，測出小球從拋出到落回