训练13 宇宙航行(word练习)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第二册同步练测（人教版2019）

训练十三　宇宙航行 1.2023年8月，我国在西昌卫星发射中心成功发射了长征三号乙运载火箭，顺利将陆地探测四号01星送入预定轨道，这颗卫星是世界首颗进入工程实施阶段的高轨合成孔径雷达卫星，如果忽略地球自转，则该卫星的发射速度合理的是(　　) A.6.8 km/s B.9 km/s C.13.2 km/s D.18 km/s 解析　要发射一颗地球卫星，则卫星不能脱离地球引力的束缚，所以发射速度应大于第一宇宙速度7.9 km/s，并小于第二宇宙速度11.2 km/s，B正确。 答案　B 2.同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则 （　　） A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地面的高度可按需要选择不同的值 B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地面的高度是一定的 C.它只能在赤道的正上方，但离地面的高度可按需要选择不同的值 D.它只能在赤道的正上方，且离地面的高度是一定的 解析　同步卫星只能在赤道的正上方，且离地面的高度是一定的，大约为地球半径的5.6倍，可以粗略记为6倍。 答案　D 3.（多选）科学家们发现在大约39光年外存在一个温度适宜，但质量稍大于地球的所谓“超级地球”，它围绕一颗质量比太阳稍小的恒星运行。这颗行星的直径大约是地球的1.4倍，质量是地球的7倍。万有引力常量为G，忽略自转的影响。下列说法正确的是（　　） A.“超级地球”表面重力加速度大小是地球表面的 B.“超级地球”表面重力加速度大小是地球表面的倍 C.“超级地球”的第一宇宙速度大小是地球的倍 D.“超级地球”的第一宇宙速度大小是地球的 解析　由G＝mg可得g＝，故＝＝，故A错误，B正确；由G＝m解得v＝ ，所以＝ ＝，故C正确，D错误。 答案　BC 4.（多选）我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是 （　　） A.运行速度大于7.9 km/s B.离地面高度一定，相对地面静止 C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 解析　“中星11号”是地球同步卫星，距地面有一定的高度，运行速度要小于7.9 km/s，A错误；其位置在赤道上空，高度一定，且相对地面静止，B正确；其运行周期为24小时，小于月球的绕行周期27天，由ω＝知，其运行角速度比月球的大，C正确；同步卫星与静止在赤道表面的物体具有相同的角速度，但半径不同，由a＝ω2r知，同步卫星的向心加速度大，D错误。 答案　BC 5.科幻电影《流浪地球》讲述了因太阳急速膨胀，地球将被太阳吞没，为了自救，人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划，倾全球之力在地球表面建造上万座发动机，推动地球离开太阳系，奔往另外一个栖息之地。“流浪地球”计划中地球的逃逸速度是地球逃离太阳系的速度，此速度等于地球绕太阳运行速度的倍。已知太阳的质量约为2.0×1030 kg，地球和太阳之间的距离约为1.5×1011 m，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，不考虑其他天体对地球的作用力，则地球要想逃离太阳系需要加速到的最小速度约为（　　） A.11.2 km/s B.30 km/s C.16.7 km/s D.42 km/s 解析　根据万有引力提供向心力＝m，解得地球绕太阳运行速度为v＝ ≈29.8 km/s，则地球要想逃离太阳系需要加速到的最小速度约为v'＝v≈42 km/s，故D正确。 答案　D 6.据报道：某国发射了一颗质量为100 kg、周期为1 h的人造环月卫星。一位同学记不住引力常量G的数值，且手边没有可查找的资料，但他记得月球半径为地球半径的，月球表面重力加速度为地球表面重力加速度的经过推理，他认定该报道是则假新闻，试写出他的论证方案。（地球半径约为6.4×103 km，g地取9.8 m/s2） 解析　对环月卫星，根据万有引力定律和牛顿第二定律得＝mr，解得T＝2π ， 则r＝R月时，T有最小值，又＝g月， 故Tmin＝2π ＝2π＝2π ， 代入数据解得Tmin≈1.73 h， 环月卫星最小周期为1.73 h，故该报道是则假新闻。 答案　见解析 7.(多选)2023年8月，我国发射了世界上第一颗在同步轨道上运行的合成孔径雷达卫星LT­1A。地球同步卫星是指与地球始终保持相对静止的人造卫星，利用三颗位置适当的同步卫星，可实现地球赤道上任意两点之间保持无线电通信。已知地球半径为6 400 km，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍，下列说法中正确的是(　　) A.地球同步卫星的发射速度约为3.1 km/s B.地球同步卫星的运行速度约为3.1 km/s C.同步卫星绕地球正常运行过程中有可能经过合肥正上方 D.若地球自转周期为3 h，则三颗同步卫星无法实现上述通信目的 解析　地球同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度7.9 km/s，A错误；地球同步卫星的运行速度为v＝≈3.1 km/s，B正确；地球同步卫星的轨道平面与赤道平面重合，不可能经过位于北半球的合肥正上方，C错误；根据几何关系可知，达到通信目的的临界情况是地球同步卫星的轨道半径为地球半径的2倍，根据万有引力提供向心力有G＝mr，解得T＝，两种情况下同步卫星的轨道半径和周期关系为＝，代入T1＝24 h得T2≈4 h＞ 3 h，而周期越小，说明轨道半径越小，则地球自转周期为3 h时，三颗同步卫星无法实现上述通信目的，D正确。 答案　BD 8.某同学设想驾驶一辆“陆地—太空”两用汽车，沿地球赤道行驶并且汽车相对于地球速度可以增加到足够大。当汽车速度增加到某一值时，它将成为脱离地面绕地球做圆周运动的“航天汽车”，不计空气阻力。下列说法正确的是 （　　） A.汽车在地面上速度增加时，它对地面的压力增大 B.当汽车速度增加到7.9 km/s时，将离开地面绕地球做圆周运动 C.此“航天汽车”环绕地球做圆周运动的最小周期为24 h D.在此“航天汽车”上可以用弹簧测力计测量物体的重力 解析　汽车在地面上运动时G－FN＝m，故FN＝G－m，当v增加时，FN减小，故汽车对地面的压力减小，A错；当汽车的速度增加到7.9 km/s时，万有引力将全部用来提供向心力，汽车将离开地面绕地球做圆周运动，B对；“航天汽车”环绕地球做圆周运动的最小周期要比24 h小得多，C错；“航天汽车”中的物体处于完全失重状态，故无法用弹簧测力计测量物体的重力，D错。 答案　B 9.2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心发射，约10 min后，神舟十六号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，之后成功与离地高度约为400 km的中国空间站对接，下列说法正确的是(　　) A.空间站绕地球的运行速度大于第一宇宙速度 B.空间站与地心连线在相等时间内扫过的面积相等 C.空间站绕地球的运行周期大于月球绕地球的运行周期 D.该飞船的发射速度大于第二宇宙速度且小于第三宇宙速度 解析　第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，空间站绕地球的运行速度小于第一宇宙速度，A错误；根据开普勒第二定律可知，空间站与地心连线在相等时间内扫过的面积相等，B正确；由万有引力提供向心力可得G＝mr，解得T＝，空间站轨道比月球轨道低，故空间站绕地球的运行周期小于月球绕地球的运行周期，C错误；第二宇宙速度为卫星摆脱地球引力束缚的最小发射速度，故该飞船的发射速度大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度，D错误。 答案　B 10.（多选）在星球表面发射探测器，当发射速度为v时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动；当发射速度达到v时，可摆脱星球引力束缚脱离该星球。已知地球、火星两星球的质量比约为10∶1，半径比约为2∶1，下列说法正确的有 （　　） A.探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大 B.探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大 C.探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等 D.探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大 解析　设星球的质量为M，探测器的质量为m，则当探测器绕星球表面做圆周运动时有＝m，R是星球半径，可见v＝ ，v＝ ，探测器脱离星球所需要的发射速度与探测器质量无关，＝ ＝，A、C皆错误；由F＝有＝＝，故B正确；探测器脱离星球的过程中，星球对探测器的万有引力做负功，故其势能增大，D正确。 答案　BD 11.鹊桥中继星位于地月拉格朗日点，距地球约46万公里。中继星绕地球转动的周期与月球绕地球转动的周期相等。已知地月距离为38万公里，则中继星绕地球运行时（　　） A.角速度小于月球绕地球运行的角速度 B.线速度小于月球绕地球运行的线速度 C.所受引力大于月球绕地球运行时月球所受引力 D.向心加速度大于月球绕地球运行的向心加速度 解析　根据题意知中继星绕地球转动的周期与月球绕地球转动的周期相同，根据ω＝知中继星绕地球转动的角速度与月球绕地球转动的角速度相等，故A错误；中继星的轨道半径比月球绕地球的轨道半径大，根据v＝ω·r知中继星绕地球转动的线速度比月球绕地球转动的线速度大，故B错误；地球和月球以及中继星的质量关系不确定，可知不能确定中继星绕地球运行时所受引力大小与月球绕地球运行时月球所受引力大小的关系，选项C错误；中继星的轨道半径比月球绕地球的轨道半径大，根据a＝ω2r知中继星绕地球转动的向心加速度比月球绕地球转动的向心加速度大，故D正确。 答案　D 12.我国成功发射的“天问一号”火星探测器从地球发射升空顺利送入预定轨道，然后沿地火转移轨道飞向火星并被火星“捕获”。某同学忽略了“天问一号”进入地火转移轨道后受到的地球和火星的引力影响，并构建了一个如图所示的理想化的“物理模型”：火星和地球的公转轨道均视为圆轨道，“天问一号”从地球出发时恰好位于地火转移椭圆轨道的近日点位置，被火星“捕获”时恰好到达椭圆轨道远日点位置，中间过程仅在太阳引力作用下运动。已知火星的公转轨道半径为地球公转轨道半径的1.5倍，地球公转周期(1年)均分为12月，根据该理想模型，请帮助该同学求出：(取＝2.2，＝2.4) (1)“天问一号”在地火转移轨道上运行的时间(以月为单位)。 (2)“天问一号”从地球出发进入地火转移轨道时，日地连线与日火连线的夹角θ。 解析　(1)根据开普勒第三定律＝k可知，“天问一号”在地火转移轨道上的运行周期T探＝T地＝16.5月，则“天问一号”在地火转移轨道上运行的时间为t＝＝8.25月； (2)火星公转周期为T火＝T地＝21.6月， 火星运行的时间为t′＝T火， 要保证“天问一号”正好在远日点与火星相遇，则两者运动的时间相等，有＝T火，解得θ＝42.5°。 答案　(1)8.25月　(2)42.5° 学科网（北京）股份有限公司 $$