2024-2025學(xué)年試題物理（人教版2019）第7章　4-宇宙航行

4.宇宙航行基礎(chǔ)鞏固1.航天飛機繞地球做勻速圓周運動時,航天飛機上的航天員處于失重狀態(tài),是指航天員()A.不受任何力作用B.受力平衡C.不受重力作用D.受到地球的重力恰好提供了航天員做圓周運動的向心力答案:D解析:航天飛機中的航天員處于失重狀態(tài),但航天員仍受地球的吸引力,故A錯誤。航天員受到地球吸引力的作用做圓周運動,處于非平衡狀態(tài),故B錯誤。航天飛機中的航天員處于失重狀態(tài),仍受到重力作用,受到的重力恰好提供了航天員做圓周運動的向心力,故C錯誤,D正確。2.(多選)對于如圖所示的三顆人造地球衛(wèi)星,下列說法正確的是()A.衛(wèi)星可能的軌道為a、b、cB.衛(wèi)星可能的軌道為a、cC.靜止衛(wèi)星可能的軌道為a、cD.靜止衛(wèi)星可能的軌道為a答案:BD解析:衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi),也可以和赤道平面垂直,還可以和赤道平面成任一角度。由于地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力,所以,地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心,因此衛(wèi)星可能的軌道一定不會是b。靜止衛(wèi)星只能位于赤道的正上方,所以靜止衛(wèi)星可能的軌道為a。綜上所述,正確選項為B、D。3.在地球上以速度v發(fā)射一顆衛(wèi)星,其剛好在地面附近繞地球做勻速圓周運動。關(guān)于該衛(wèi)星,下列說法正確的是()A.發(fā)射速度v的大小可能是9km/sB.若發(fā)射速度v提高到10km/s,該衛(wèi)星繞地球運行的軌跡為橢圓C.若發(fā)射速度提高到2v,該衛(wèi)星將繞地球在更高的橢圓軌道上運行D.若發(fā)射速度提高到2v,該衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛答案:B解析:當(dāng)發(fā)射速度介于7.9km/s和11.2km/s之間時,衛(wèi)星繞地球運行的軌跡為橢圓,故A錯誤,B正確。若發(fā)射速度提高到2v,即15.8km/s,其介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之間,該衛(wèi)星將會掙脫地球的束縛,不會繞地球在更高的橢圓軌道上運行,但不會掙脫太陽引力的束縛,故C、D錯誤。4.已知某天體的第一宇宙速度為8km/s,該星球半徑為R,則在距離該星球表面高度為3R的軌道上做勻速圓周運動的宇宙飛船的運行速度為()A.22km/s B.42km/sC.4km/s D.8km/s答案:C解析:第一宇宙速度v=GmR=8km/s;而距該天體表面高度為3R的宇宙飛船的運行速度v'=Gmr=GmR+3R5.2018年1月13日15時10分,我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭,成功將陸地勘查衛(wèi)星三號發(fā)射升空,衛(wèi)星進入預(yù)定軌道。關(guān)于陸地勘查衛(wèi)星三號,下列說法正確的是()A.衛(wèi)星的發(fā)射速度一定小于7.9km/sB.衛(wèi)星繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的角速度大C.衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度比月球繞地球運行的向心加速度小D.衛(wèi)星在預(yù)定軌道上沒有加速度答案:B解析:由Gm地mr2=mω2r=ma可得ω=Gm地r3,a=Gm地r2。由r衛(wèi)<r月,可得ω衛(wèi)>ω月,a衛(wèi)>a月,故B正確6.有一探測衛(wèi)星在地球赤道正上方繞地球做勻速圓周運動,已知地球質(zhì)量為m地,地球半徑為R,引力常量為G,探測衛(wèi)星繞地球運動的周期為T。求:(1)探測衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的軌道半徑;(2)探測衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的速度大小。答案:(1)3(2)3解析:(1)設(shè)衛(wèi)星質(zhì)量為m,衛(wèi)星繞地球運動的軌道半徑為r,根據(jù)萬有引力定律和牛頓運動定律得Gm地m解得r=3G(2)設(shè)探測衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的速度大小為v,v=2π7.世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星墨子號成功發(fā)射后進入預(yù)定圓軌道。已知墨子號衛(wèi)星的質(zhì)量為m,軌道離地面的高度為h,繞地球運行的周期為T,地球半徑為R,引力常量為G。求:(1)墨子號衛(wèi)星的向心力大小;(2)地球的質(zhì)量;(3)第一宇宙速度大小。答案:(1)4(2)4(3)2解析:(1)墨子號衛(wèi)星角速度ω=2墨子號衛(wèi)星的向心力Fn=m(R+h)ω2=4π(2)根據(jù)萬有引力提供墨子號衛(wèi)星的向心力,有Gm地m解得地球的質(zhì)量m地=4π(3)根據(jù)萬有引力提供物體繞地球表面做勻速圓周運動的向心力,有Gm地m解得第一宇宙速度v=Gm能力提升1.星球上的物體脫離星球引力所需的最小速度稱為該星球的第二宇宙速度。星球的第二宇宙速度v2與其第一宇宙速度v1的關(guān)系是v2=2v1。已知某星球的半徑為r,表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的16,不計其他星球的影響,則該星球的第二宇宙速度為(A.gr B.1C.13gr D.答案:C解析:由第一宇宙速度公式可知,該星球的第一宇宙速度為v1=gr6,結(jié)合v2=2v1,可得v2=132.如圖所示,A為靜止于地球赤道上的物體,B為近地衛(wèi)星,C為地球靜止衛(wèi)星。根據(jù)以上信息可知()A.衛(wèi)星B的線速度大于衛(wèi)星C的線速度B.衛(wèi)星C的周期比物體A圍繞地心轉(zhuǎn)動一圈所需要的時間短C.近地衛(wèi)星B受到的地球的引力一定大于地球靜止衛(wèi)星C受到的引力D.近地衛(wèi)星B的質(zhì)量大于物體A的質(zhì)量答案:A解析:近地衛(wèi)星與地球靜止衛(wèi)星有共同的受力特點,即所受到的萬有引力提供向心力,在赤道上的物體受到的重力和支持力的合力來提供向心力,地球靜止衛(wèi)星與赤道上的物體有共同的轉(zhuǎn)動周期。近地衛(wèi)星與地球靜止衛(wèi)星所受的萬有引力提供向心力,由Gm地mr2=mv2r,得v=Gm地r,所以vB>vC,選項A正確。C為地球靜止衛(wèi)星,其周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,3.“祝融號”火星車登陸火星之前,“天問一號”探測器沿橢圓形的停泊軌道繞火星飛行,其周期為2個火星日。假設(shè)某飛船沿圓軌道繞火星飛行,其周期也為2個火星日。已知一個火星日的時長約為一個地球日,火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的110,則該飛船的軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑的比值約為()A.34 B.C.352 D答案:D解析:設(shè)火星質(zhì)量為m火,飛船的軌道半徑為r1,周期為T1,地球質(zhì)量為m地,地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為r,周期為T,對飛船,有Gm火mr1對地球同步衛(wèi)星,有Gm地m2r由①②得r選項D正確。4.4月24日為“中國航天日”。1970年4月24日我國發(fā)射的首顆人造衛(wèi)星東方紅一號,目前仍然在橢圓軌道上運行,其軌道近地點高度約為440km,遠(yuǎn)地點高度約為2060km;1984年4月8日發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空35786km的地球靜止軌道上。設(shè)東方紅一號在遠(yuǎn)地點的加速度為a1,東方紅二號的加速度為a2,固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3,則a1、a2、a3的大小關(guān)系為()A.a2>a1>a3B.a3>a2>a1C.a3>a1>a2D.a1>a2>a3答案:D解析:衛(wèi)星圍繞地球運行時,萬有引力提供向心力,對于東方紅一號,在遠(yuǎn)地點時有Gm地m1(R+h1)2=m1a1,即a1=Gm地(R+h1)2,對于東方紅二號,有Gm地m2(R+h2)2=m2a2,即a2=Gm地(R+h2)2,由于5.若航天員在月球表面附近某處以初速度v0水平拋出一小物塊,測得小物塊下落高度為h時,水平運動距離為s。(1)求月球表面的重力加速度g。(2)設(shè)月球半徑為R,求月球的第一宇宙速度v1。答案:(1)2(2)v解析:(1)設(shè)小物塊做平拋運動的時間為t,水平方向做勻速運動,有s=v0t豎直方向做自由落體運動,有h=12gt解得g=2h(2)當(dāng)衛(wèi)星貼近月球表面飛行時,重力提供向心力mg=mv解得v1=gR=6.某宇宙飛船由運載火箭先送入近地點為A、遠(yuǎn)地點為B的橢圓軌道,在B點實施變軌后,再進入預(yù)定圓軌道,如圖所示。已知飛船在預(yù)定圓軌道上飛行n圈所用時間為t,近地點A距地面高度為h1,地球表面重力加速度為g,地球半徑為