练案13 第7章 4.宇宙航行-【成才之路•练案】2025-2026学年高中物理必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

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IGSO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MBO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r,,运行周期为T,,GE0卫星和IGS0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 ,IGS0卫星 C.16.7km/s D.7.9 km/s 2.三种宇宙速度分别是7.9km/s,11.2km/s, ~、GE0卫星 地球 MB0卫星 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.MB0卫星运行一周平均速度的大小为 T 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.CE0卫星运行一周的平均速率为2π 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 A.9:2 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“玉免”号月球 和周期为24小时的地球同步卫星相比 车开展探测工作，若该月球车在地球表面的重 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 A. B. GR2 B.空间站的加速度小于同步卫星的加速度 G2R2 G2R C. GR GR2 C.空间站的线速度小于同步卫星的线速度 G.Ra D NGR2 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7.9k/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，卫星顺利进入预定轨道。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α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 555553 B.风云三号07星的角速度大于地球自转的角 灭 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。<v,<v。 周期 B.a、b、c的角速度大小关系为wn<w<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an<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 人们的日常生活中无从体现，但却会在通讯、 以看到16次日出，这是因为空间站约90min 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“MarsOne”研究所推出了2023 (2)地球的第一宇宙速度v。 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 4. 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3/s B.火星表面的重力加速度为4m/s2 C.火星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙 莲度行 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故选D。 牛顿第二定律得：N-G'=ma,解得：G=1N;由于不考虑地 4.C地球表面万有引力等于重力有G恤=mg,同理离地球表 球自转的影响，根据万有引力等于重力得出：在地球表面： R 面高号处有，G 下=mg,联立解得g=号&，放选C。 6-6=；在航天器巾，G=6学则：号-会6 R2 (R+2 所以r=4R,即此时火箭距地高度为h=r-R=3R。故A、B 5.B探测器做圆周运动的向心力是由万有引力提供的，n圈的 D错误，C正确。 11.D设“卡西尼”号的质量为m,土星的质量为M,“卡西尼” 总时间为t,则周期为T=三 。根据线速度与周期关系有v= 号围绕土星的中心做匀速圆周运动，其向心力由万有引力提 2严，设星球的质量为M,根据探测器做圆周运动的向心力是 =m亭(R+),其中T=二，解得W。 供，G,Mm 由万有引力提供有G以m=m4如， 21 2一关江星县国三2， 妇+，土星体积V=音R,所以p=兰 G 故B正确，A、C、D错误。故选B。 6.A设某行星质量为M,半径为R,物体质量为m,万有引力充 3mm(R+h),故D正确。故选D。 GtR 当向心力，则有G恤=mw2R,又M=pV=p号R,联立两式12 4 2LR2 R 5㎡G 4 解得：0=3pGm。又因为ω=元，故T三oG B，故A正确。 解析：两次平抛运动， T 故选A。 3L 能力提升练 7.C若地球自转加快，角速度ω变大，地球两极重力加速度为 7777777 81,万有引力等于重力，故有：mg1= 。m。=GM,在赤道，设 竖直方向有h=乃8 重力加速度为g,mg,+mw'R=G恤，=兴-oR。地球两 R8 R2 水平方向有x=ot, 极和赤道的重力加速度差值为oR,随着o变大而变大。故 根据勾股定理可得L2-h2=(ot)2, 选C。 抛出速度变为2倍时(5L)2-h2=(2t)2, 8.B令地球的密度为ρ，则在地球表面，重力和地球的万有引 联立解得h=,g= 2L 力大小相等，有8=兴由于地球的质量为M=P号R,所以 5 521 在里球表暂有6架=m心。 重力加速度的表达式可写成g=兴=子印πR,根据题意有， 解得M= 2LR2 质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，故在位于地面 5G 以下深0.5R处，受到地球的万有引力即为半径等于0.5R的球 -m 体在其表面产生的万有引力，故在位于地面以下深0.5R处的 练案[13] 重力加速度为日：号9m·号=号-Q5g,故B正确，AC, 基础巩固练 2 :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 D错误。故选B。 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 9.D地球自转刹车过程中，赤道上的物体的向心加速度减小， 根据F万=mg+ma向可知，赤道表面附近的重力加速度逐渐 得cMm R,地球表面处忽略地球自转时有Gm =mg, 变大，两极点的重力加速度不变，故A、C错误；停止自转后， 解得v=gR,代入数据得v=7.9k/s,故D正确，A、B、C错 地球表面任何地方的向心加速度均为零，万有引力完全提供 误。故选D。 重力，所以赤道附近与极地附近的重力加速度大小相等，故B 错误：在M=B与F=m:的类比中，B为单位时间内地球的角2C第一宇宙速度7,9kms是人造地球卫星环绕地球做匀速 圆周运动时的最大速度，故A错误，C正确；l1.2km/s是第二 速度的改变量，即B-岩1图像中曲线与：轴所围成面积的 宇宙速度，即脱离地球的吸引而进入绕太阳运行的轨道的速 绝对值等于角速度变化量的大小，故D正确。故选D。 度，故B错误；7.9k/s是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周 10.C该物体放在火箭中，对物体进行受力分析，物体受重力和 运动时的最大速度，故D错误。故选C。 支持力N:火箭以α=5m/s2的加速度匀加速竖直向上，根据；3.B第一宇宙速度是卫星环绕行星表面做匀速圆周运动的速 254 度，根据万有引力提供向心力，有G架=m云，则得第一宇 度，故风云三号07星运行的角速度大于地球自转的角速度 故B正确：根据周期的计算公式T-2四结合上述分析可知T= GN,即vxNR M 宙速度v= R 设月球上的第一宇宙速度为 2/,可知轨道半径越小，周期越小，则风云三号07星的 M月 n地球上的第-宁苗速度为略-度√×子 1 4 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 V地 地 速度为卫星的最小发射速度，故D错误。故选B。 √R地 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 二合，接近2：9，故ACD错误，B正确。故选B 间站离地面是有几百千米的，所以其在轨道上的运行速率应 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 小于7.9k/s,枚A错误：空间站的周期为T=浩h=15h, 力，则有G=mg,由万有引力提供近地卫星的向心力得 同步卫星的周期是24h,根据万有引力提供向心力，有Gm 2 =m尺，联立解得星球的第一宇宙速度为v=√级，又有 GMm m t'r 3 R ,可得T=2m√G可知空间站的轨道半径小于同步 G=mg,地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为 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 GR 。√，R故A,B.D错误，C正确。故选C。 离地面的高度，故D错误；根据万有引力提供向心力Mm= 2 5D由万有引力提供向心力有恤-m号解得：=√圆， CM m,解得粒=√ GM ,可知空间站绕地球运行的速率大于同步 GEO卫星和IGS0卫星的线速度大小相等、方向不同，故A错 卫星的运行速率，故B错误；根据周期与角速度关系0=2织 误；GS0卫星运行半周的过程中，位移一直增大，故B错误； 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 MB0卫星运行一周位移为零，则平均速度的大小为0，故C错 C正确。故选C。 误；根据平均速率的计算公式可知GEO卫星运行一周的平均 :9.C火星同步卫星的角速度与火星自转角速度相等，可知α与 速率为i-2π，故D正确。故选D。 T c的角速度大小相等，即ω。=0。，根据v=wr,由于卫星c的轨 6.A同步卫星的周期为24小时，则T同步>T空间站=90分钟，由 道半径大于火星的半径，可得。<。，根据a=or,由于卫星c 开普勒第三定律=，可得>腾，空间站的轨道半径 的轨道半径大于火星的半径，可得a<a。,对于卫星b与c,根 小于同步卫星的轨道半径，故A正确：根据万有引力提供向心 据万有引力提供向心力，得6物=m号=m心，=m,可得 力，可得GW=ma,则加速度为a=S,即空间站的加速度 GMw三，，a=,因卫星b的轨道半径小于卫星c 2 大于同步卫星的加速度，故B错误：根据万有引力提供向心 的轨道半径，可得>。，w6>w,a6>a。,综上，三者的线速度 力，可得Gm号，则线选度为：√一，即空间站的线 大小关系为。<v。<,角速度大小关系为0>ω。=ω，向心 2 加速度大小关系为a,<a。<a,故ABD错误；对于卫星b与c, 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 根据万有引力提供向心力，得G=m竿，解得T m4π2 心力，可得G=m心，则角速度为w=√，即空间站的 GM 2TNGM ,已知火星同步卫星c和卫星b的轨道半径之比为 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 4:1,解得卫是6和卫星6的周期之比为号=号.故C正确。 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 故选C。 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10.BD地球自转加快，则自转周期减小，则地球的同步卫星的 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 周期减小根据6=m亭，可得7=2√高则同步卫 可得GM=m0r,可得0 √，可知轨道半径越小，角速 /GM 星的轨道半径减小，即地球同步卫星的高度要略调低一些， 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 选项A错误，根据)三√，可知，地球的第一字宙速度不 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： 变，选项B正确；向心力和重力的合力为万有引力，地球自转 255 加快所需向心力变大，万有引力不变，所以丰城和北京的物要在B处点火加速做离心运动，故D错误。故选A。 体重力减小，则除极点外重力大小和方向都会变化，故C错2.C卫星从高轨道变轨到低轨道，需要在变轨处点火减速，所 误，D正确。故选BD。 以“天问一号”在P点从轨道Ⅱ进人轨道Ⅲ要进行点火减速， 1.Bc小球第2s内的位移是6m,有=76头×2-方6大 放人结误：根爱开者销三定律可阳号-会，向于锁道的 ×12=6(m),解得火星表面重力加速度大小为g火=4m/s2, 半长轴小于轨道Ⅱ的半径，所以“天问一号”在轨道Ⅲ上的周 可得该小球在前2s内的平均速度是”=上=马 =286=2 期小于在轨道Ⅱ上的周期，故B错误：根据牛顿第二定律可得 4×2m/s=4m/s,故A错误，B正确；根据第一宇宙速度定 =m,则有a-以，由于0点离火星的距离小于5点离 义，可得m心长=m是，调火型第一字宿造度4：V:。 火星的距离，则“天问一号”在轨道Ⅲ上Q点的加速度大于在 轨道Ⅱ上S点的加速度，故C正确；根据开普勒第二定律可 √品见，=方风方即火星第-学省速 /4.1 知，“天问一号”从轨道Ⅲ上的Q点到P点运行过程中，线速 度越来越小，故D错误。故选C。 度约为地球第一宇宙速度的方故C正确：物体在足球表面3G老球第字宿港度等于地球表西软道卫里绕地球收匀庄 受到的重力近似等于万有引力，即mg=G,得M= 圆周运动的线速度，根据=m号，可得。=√一。 2 ，可知组 G 合体绕地球运行的速度小于7.9k/s,故A错误：组合体做匀 已知火星半径约为地球半径一半，地球表面重力加速度为 10ms2,火星表面重力加速度为4m/s2,则火星质量约为地 速圆周运动时，“神舟十六号”与“神舟十七号”的质量不一定 相等，受到地球的引力大小不一定相等，故B错误；卫星绕地 球质量的0，故D错误。故选BC。 球做匀速圆周运动时，由万有引力提供向心力可得GMm。 12.(1)2π(R+h应R+五 (2)√gR 4n2 m 解析：(1)天和核心舱绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为 ，可得T=√M,由于组合体的轨道半径小于同步卫 r=R+h 星的轨道半径，所以组合体绕地球运行一圈的时间小于24h. 根据万有引力提供向心力，可得G恤=m4n, 故C正确；返回舱脱离了空间站后，应向前喷气使其轨道高度 72 不断降低，故D错误。故选C。 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4.B设两恒星的质量分别为m1、m2,距离为L,双星靠彼此的 球自转的影响，可得G伽=mg 引力提供向心力，则有G四2=m景， 4π2 R 即GM=gR =m2T2 联立解得T= 4m(R+h)_2(R+h)/R+h gR R g 并且r,+2=L,解得T=2m√G(m+m,) L (2)设地球的第一字宙速度为，则mg=m'R 当两星总质量变为原来的k倍，两星之间距离变为原来的 解得v=√gR 倍时T'=2π n'L √k(m+m)√ T。故选B。 练案[14] 5.BC在同步轨道Ⅲ运行时卫星属于同步卫星，与地球自转周 基础巩固练 期保持相同，轨道I属于近地卫星轨道，与地球自转不同步，A R+3RY 错误：根据万有引力充当合外力，则有G=加，经过B点 1.A根据开普勒第三定律可 2 T (3R) ,解得T2:T3= 时与地心距离相同，所以加速度相同，B正确；在地面上，则有 2,万：35，故A正确；根据万有引力提供向心力有Gm =g,对于轨道卫星，则有G=m,可解得 m号，解得。入√一，航天器在轨道1上运行的速度大于在 /GM -,C正确；卫星在轨道I向轨道Ⅱ变轨时做离心运动， 轨道Ⅲ上运行的速度，故B错误；根据开普勒第二定律可知， 需要加速，故火箭需在A点点火向后喷气，D错误。故选BC。 在同一轨道上相同时间内环绕天体（航天器）与地心连线扫 过的面积相等，故C错误；航天器从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ时需 6AD根据6=m 4wr 是r=mwr=ma得T=√M,w 256