7.4 宇宙航行(练案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第二册同步学习指导(人教版2019)

速度相同,根据v=ar,可知,a的线速度小于c.又根据CMm 练案[13] GM .可知b的线速度大于c、d的线速度,可 =m 基础巩固练 知6的线速度最大,故B正确;根据开普勒第三定律可知,b、 1.D 第一宇宙速度即为近地卫星的环绕速度,把近地人造卫星 c.d中d的周期最大,而a、c周期相等,可知a、b、c、d中,d的 的轨道半径近似等于地球半径R,根据万有引力提供向心力 周期最大。同理根据开普勒第三定律可知,b、c、d中6的角速 n2 R 度最大,而a、c角速度相同,所以可知a、b、c、d中,b的角速度 解得v= gR,代入数据得;=7.9km/s.故D正确,A、B.C错 最大,故D错误,C正确。故选BC。 误。故选D。 2.B 天目一号卫星在加速升空阶段加速度的方向向上,所以加 2.C 第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星环绕地球做匀速 速升空阶段处于超重状态,卫星进入预定轨道后用绕地球做 匀速园周运动,卫星的加速度等于重力加速度,所以处于失重 圆周运动时的最大速度,故A错误,C正确:11.2km;是第二 宇宙速度,即脱离地球的吸引而进人绕太阳运行的轨道的速 状态,故A错误;设地球质量为M.卫星在轨道运行时线速度 度,故B错误;7.9km/s是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周 Gln 为t.由万有引力提供向心力 _ {,得:= (R+h) 运动时的最大速度,故D错误。故选C /GM 3.B 第一字宙速度是卫星环绕行星表面做匀速圆周运动的速 KM,地球表面上一质量为m”的物体由万有引力等于重力 B2 /GM 审速度*-即H设月球上的第一字宙速度为 GMm. = -.接近2:9.故A.C、D错误,B正确。故选B。 5 天目一号卫星进入预定轨道后的轨道半径比同步卫星的轨道 4.C 忽略星球自转时,在星球表面的物体的重力等于万有引 半径小,所以天目一号卫星进入预定轨道后的运行周期比同 力,则有GMm=mg,由万有引力提供近地卫星的向心力得 步卫星的运行周期小,进入预定轨道后的运行周期小于24小 B 时,故D错误。故选B GMmt_nn ,联立解得星球的第一宇宙速度为v-gR,又有 2 3.C 要发射一颗绕地球运行的卫星,发射速度既不能低于第一 宇宙速度,否则无法发射;也不能超过第二宇宙速度,否则将 G=mg,地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为 会克服地球引力,永远离开地球。故发射速度。的取值范围 t.。 故A、B、D错误,C正确。故选C。 /G.R. 为7.9km/s<r<11.2km/s.故选C /G GEO卫星和IGSO卫星的线速度大小相等、方向不同,故A错 误;IGSO卫星运行半周的过程中,位移一直增大,故B错误; 第一字宙速度vA MBO卫星运行一周位移为零,则平均速度的大小为0,故C错 误;根据平均速率的计算公式可知GE0卫星运行一周的平均 一字审速度之比等于半径之比,为17:10.B正确;根据mg= cMn_4mm_CR ,可得星球表面的重力加速度g-4mpC.R. 6.A 同步卫星的周期为24小时,则T。>7.=90分钟,由 因此该行星表而与地球表而的重力加速度之比等于半径之 小干同步卫星的轨道半径,故A正确;根据万有引力提供向心 此该行星的近地卫星与地球的近地卫星周期之比为1:1.D 力,可得CMmn-ma,则加速度为a-fCM.即空间站的加速度 错误。 , -239- /G 大于同步卫星的加速度,故B错误;根据万有引力提供向心 /C /GV ,即空间站的线 c的轨道半径,可得u>v..>,aa,综上,三者的线速 速度大于同步卫星的线速度,故C错误;根据万有引力提供向 度大小关系为t.<v.<t,角速度大小关系为.>0.三,向 CM 心加速度大小关系为a.<a.<a,故ABD错误;对于卫星与 角速度大于同步卫星的角速度,故D错误。故选A 能力提升练 2πG_M{ /7 已知火星同步卫星c和卫星的轨道半径之比为 7.B 根据开普勒第二定律可知,风云三号07星与地心的连线 在相等的时间内扫过的面积相等,同步卫星与地心的连线在 相等的时间内扫过的面积相等,但前后两者不相等,故A错 误;风云三号07星万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律 故选C. /GM 10.BD 地球自转加快,则自转周期减小,则地球的同步卫星的 度越大,则风云三号07星的角速度大于地球同步卫星的运行 角速度,而地球同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速 卫星的轨道半径减小,即地球同步卫星的高度要略调低一 度,故风云三号07星运行的角速度大于地球自转的角速度 些,选项A错误:根据v=,可知,地球的第一字宙速度 /GV 故B正确;根据周期的计算公式r-2“结合上述分析可知7= 不变,选项B正确;向心力和重力的合力为万有引力,地球自 2 转加快所需向心力变大,万有引力不变,所以丰城和北京的 物体重力减小.则除极点外重力大小和方向都会变化,故C 运行周期小于地球同步卫星的运行周期,故C错误;第一宇宙 错误,D正确。故选BD 速度为卫星的最小发射速度,故D错误。故选B。 8.C 第一宇宙速度是环绕地球做圆周运动卫星的最大速度,空 x1^}=6(m),解得火星表面重力加速度大小为g.=4m/s. 间站离地面是有几百千来的,所以其在轨道上的运行速率应 h=1.5h. 4x2m/s=4m/s,故A错误,B正确;根据第一宇宙速度定 同步卫星的周期是24h,根据万有引力提供向心力,有CMm 义,可得mgx=“长x # 卫星的轨道半径,则空间站距离地面的高度小于同步卫星距 度约为地球第一宇宙速度的,故C正确;物体在星球表面 离地面的高度,故D错误;根据万有引力提供向心力GMm ) 已知火星半径约为地球半径一半,地球表面重力加速度为 卫星的运行速率,故B错误;根据周期与角速度关系-2“ 10m/s3,火星表面重力加速度为4m/s},则火星质量约为地 可知空间站绕地球运行的角速度大于同步卫星的角速度,故 球质量的,故D错误。故选BC。 C正确。故选C 9.C 火星同步卫星的角速度与火星自转角速度相等,可知a与 12.(1)2n(R+h)/R+h (2)g g c的角速度大小相等,即.三.,根据:=ar,由于卫星c的轨 解析:(1)天和核心舱绕地球做匀速回周运动,其轨道半径为 道半径大于火星的半径,可得r.<r.,根据a=o{r.由于卫星c r=R+h 的轨道半径大于火星的半径,可得a.<a.,对于卫星b与c,根 2 地球表面的重力加速度为g,忽略其他天体的引力作用和地 一240一 球自转的影响,可得6Mmg 二者转过的角度相差n·2时可得(-n·2r(n R 即$GM=gR 联立解得T #A(R+h)2(R+h) R+h gR 值为(0.7],共有7次相距最近,故D错误。故选B 跟踪训练2:D 卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供 /GM 解得:-VgR。 由于”天宫一号”飞行器a的轨道半径小于卫星夕的轨道半 专题强化3 字审航行中的三个典型题型 径,所以“天宫一号”飞行器a的线速度大于卫星久的线速度 提升点1 典题1:B根据万有引力提供向心力CMm-ma得CM-a由题 的运行周期7=4,由于“天宫一号”飞行器a的轨道半 /4 可知r.<r:=r.,所以a.>a.=a.。当某次飞船通过N点,地 面指挥部发出指令,点燃飞船上的发动机,使飞船在短时间内 径小于卫星的轨道半径,所以“天宫一号”飞行器a在轨运 加速后进入离地面340km的圆形轨道绕地球做匀速圆周运 行的周期小于卫星6的周期,、c是地球同步卫星,5的周期 动,所以.>v.假设飞船在半径为?的圆轨道上做匀速圆周 为24小时,则“天官一号”飞行器a在轨运行的周期小于24 运动,经过M点时的速率为,根据cMm-m得= 小时,故B错误;根据卫星变轨原理可知,卫星c加速后做离 心运动,将离开原轨道,则不能追上卫星b,故C错误;由万有 GM 引力提供向心力有CMm-mrou,解得卫星的角速度a= 加速才能进入圆轨道,则v.v',故r.>r。>v,故选B。 /G 跟踪训练1:BC 飞船在轨道I上运动至P点时必须点火加速 才能进入轨道II.因此飞船在轨道I上经过P点时的速度小 距最近至再次相距最近时,圆周运动转过的角度差为2n,则 于飞船在轨道II上经过P点时的速度,故A错误;由开普勒 有1-of=2-,解得(-2-,故D正确。故选D。 第二定律可知,飞船在轨道II上运动时,经过P点时的速度大 于经过o点时的速度,故B正确;由公式CMmma可得a- ,72 提升点3 典题3:CD 所以飞船在轨道II上运动到P点时的加速度等于飞船在 双星角速度相等,运动周期相同,根据万有引力提 .Gm.m2=m: Gm.m: 供向心力,对太阳有 轨道II上运动到P点时的加速度,故C正确;由公式CMm L /4r7 n m.+n” m.+m2 7 T=2rL C(m+m),故A、B错误.C正确;若认为木星绕 1 船绕火星在轨道I上运动的周期跟飞船返回地球的过程中绕 地球以与轨道I同样的轨道半径运动的周期不相同,故D错 误。故选BC。 提升点2 m 典题2:B 第一宇宙速度为卫星绕地球的最大环绕速度,故空 间站绕地球运动的线速度应小于7.9km/s,故A错误;根据开 跟踪训练3:A 设两恒星的质量均为n,两恒星之间的距离为 ,由于轨道卫星A # 的运动半径大于空间站,故轨道卫星A绕地球运动的向心加 速度小于空间站的向心加速度,故C错误;根据开普勒第三定 VG(m+4m),又因为Tmi= 21 =8,从图示位置开始, m -241-练案[13] 第七章 4.宇宙航行 5.中国独立研制的北斗卫星导航系统由MB0卫 基础巩固练 星，GE0卫星和IGS0卫星三种不同类型的卫 1.物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速 星组成。如图所示，已知MB0卫星的轨道半 度叫“第一宇宙速度”，已知地球的半径R= 6.4×10°m,地球表面重力加速度g= 径为1，运行周期为T,GE0卫星和1GS0卫 9.8m/s2,则地球的第一宇宙速度大小约为 星的轨道半径均为2，运行周期均为T2。则下 ( 列说法正确的是 () A.7.9m/s B.11.2km/s C.16.7km/s D.7.9 km/s s0卫星 2.三种宇宙速度分别是7.9km/s,1L.2km/s, 地球 ”~、E(0卫 0 16.7km/s,则表明 () A.物体绕地球做匀速圆周运动的最小速度 是7.9km/s A.GE0卫星和IGS0卫星的线速度始终相同 B.物体绕地球做匀速圆周运动的最小速度是 B.IGS0卫星运行半周的过程中，位移先增大 11.2km/s 后减小 C.物体绕地球做匀速圆周运动的最大速度是 7.9 km/s C.MBO卫星运行一周平均速度的大小为7 2 D.物体绕太阳转动的最大速度是7.9km/s 3.已知月球质量与地球质量之比约为1：80，月 D.GE0卫星运行一周的平均速率为 T 球半径与地球半径之比约为1：4，则月球上 的第一宇宙速度与地球上的第一宇宙速度之 6.2022年中国空间站将全面建成。建成后的中 比最接近 国空间站将支持大规模科学研究，并进一步探 A9:2 B.2:9 索人类如何在太空长期生存。假定空间站绕 C.18:1 D.1:18 地球做匀速圆周运动，绕行周期约为90分钟 4.“嫦娥五号”在月球表面释放出“玉兔”号月球 车开展探测工作，若该月球车在地球表面的重 和周期为24小时的地球同步卫星相比 力为G,在月球表面的重力为G2,已知地球半 () 径为R,月球半径为R2,地球的第一宇宙速度 A.空间站的轨道半径小于同步卫星的轨道 与月球的第一宇宙速度之比为 ( 半径 GR B. GR: A. √GR,3 G2R B.空间站的加速度小于同步卫星的加速度 GR GR3 C.空间站的线速度小于同步卫星的线速度 D. G2R2 √G,R2 D.空间站的角速度小于同步卫星的角速度 182 A.空间站在轨道上的运行速率等于7.9km/s 能力提升练 B.空间站绕地球运行的速率小于同步卫星的 7.2023年4月16日，我国在酒泉卫星发射中心 运行速率 使用长征四号乙运载火箭成功将风云三号07 C.空间站绕地球运行的角速度大于同步卫星 星发射升空，卫星顺利进人预定轨道。已知风 的角速度 云三号07星轨道距地面的高度小于地球同步 D.空间站距离地面的高度大于同步卫星距离 卫星轨道距地面的高度。若风云三号07星和 地面的高度 地球同步卫星在同一平面内绕地球做匀速圆 9.我国“天问一号”火星环绕器自从2021年2月 周运动，则下列说法正确的是 10日到达火星，已经在火星“上岗”满三年，成 为我国探索火星的先驱者。如图所示，若a为 火星表面赤道上的物体，b为轨道在火星赤道 平面内的气象卫星，c为在赤道上空的火星同 步卫星，卫星c和卫星b的轨道半径之比为 A.风云三号07星与地心的连线在单位时间内 4:1,且两卫星的绕行方向相同，下列说法正 扫过的面积和地球同步卫星与地心的连线 确的是 在单位时间内扫过的面积相等 g558山 B.风云三号07星的角速度大于地球自转的角 速度 C.风云三号07星的周期大于地球同步卫星的 A.a、b、c的线速度大小关系为v。<<D 周期 B.a、b、c的角速度大小关系为w。<os<w D.风云三号07星的发射速度小于第一宇宙 C.卫星c和卫星b绕火星运动的周期之比8：1 速度 D.a、b、c的向心加速度大小关系为a.<a,<a 8.星辰大海，征途万里！2023年5月30日，“神 10.(多选)相关科研发现，近年地球的自转速率 舟十六号”发射升空并完成对接，“天宫”空间 呈现加快趋势。这样的极细微差别，尽管在 站呈现6舱盛况。航天员在空间站一天内可 以看到16次日出，这是因为空间站约90min 人们的日常生活中无从体现，但却会在通讯、 就会绕地球一周，每绕一周就会看到一次日出 电力、导航等领域产生重要影响。由于地球 日落。空间站绕地球运行的轨道可视为圆轨 自转加快引起的影响，下列描述正确的是 道，下列说法正确的是 ( A.地球同步卫星的高度要略调高一些 B.地球的第一宇宙速度不变 C.在丰城的物体重力减小，方向不变 D.在北京的物体重力减小，方向改变 —183 11.(多选)荷兰“Mars0ne”研究所推出了2023 (2)地球的第一宇宙速度。 年让志愿者登陆火星、建立人类聚居地的计 划。如果让小球从火星上一定高度自由下 落，测得它在第2s内的位移是6m,已知火 星的半径约为地球半径的)，地球表面的重 力加速度g取10m/s2,则 A.该小球在前2s内的平均速度是3m/s B.火星表面的重力加速度为4m/s C.火星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙 速度的哈 D.火星质量约为地球质量的 5 12.北京时间2022年11 月30日7时33分，神 舟十四号航天员乘组 与神舟十五号航天员 乘组在天和核心舱内 顺利会师，六名中国航天员在中国人自己的 “太空家园”里留下了一张足以载入史册的 太空合影！已知天和核心舱在距地球表面 高度为h的轨道上绕地球做匀速圆周运动， 地球的半径为R,地球表面的重力加速度为 g,忽略其他天体的引力作用和地球自转的 影响。求： (1)天和核心舱绕地球做匀速圆周运动的周 期T: -184