7.4 宇宙航行 同步练习 2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

7.4 宇宙航行 同步练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．在某星球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，若物体只受该星球引力作用，忽略其他力的影响，物体上升的最大高度为H，已知该星球的直径为D，如果要在这个星球上发射一颗绕它运行的近“地”卫星，其环绕速度为（   ） A． B． C． D． 2．人造地球卫星给我们提供了很多服务，若卫星运动的轨道为圆形轨道，则卫星的轨道不可能是下图中的（　　） A． B． C． D． 3．一人造卫星绕地球运动，由于受到稀薄气体阻力的作用，其轨道半径会缓慢发生变化．若卫星绕地球运动一周的过程都可近似看作圆周运动，则经过足够长的时间后，卫星绕地球运行的（  ） A．半径变大，角速度变大，速率变大 B．半径变小，角速度变大，速率变大 C．半径变大，角速度变小，速率变小 D．半径变小，角速度变小，速率变小 4．如图所示，“鹊桥”中继卫星位于绕地月第二拉格朗日点的轨道，第二拉格朗日点是地月连线延长线上的一点，处于该位置的卫星与月球同步绕地球公转，月球的轨道半径大于地球同步卫星的轨道半径，则下列说法正确的是（　　） A．“鹊桥”中继卫星绕地球运动的周期比月球绕地球运动的周期大 B．月球的线速度小于地球同步卫星的线速度 C．“鹊桥”中继卫星的线速度小于月球公转的线速度 D．“鹊桥”中继卫星的加速度小于月球公转的加速度 5．如图，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球静止卫星。三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为、、，角速度大小分别为、、，周期分别为、、，向心加速度大小分别为、、，则（　　） A． B． C． D． 6．2022年12月4日20时09分，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，三名航天员安全返回。如题图为质量为m的神舟十四号飞船成功对接于空间站画面，此时飞船与空间站相对静止，共同在距地面高为h处做匀速圆周运动，地球半径为R，地球表面重力加速度为g。忽略地球自转，则下列关于神舟十四号飞船说法正确的是（　　） A．周期为 B．动能为 C．角速度为 D．向心加速度为 7．中国空间站的梦天实验舱与天和核心舱顺利对接后，天和、问天、梦天三舱形成“T”字构型组合体，对接后的组合体仍沿天和核心舱原来的轨道（可视为圆轨道）运行，轨道离地面高度约为地球半径的，下列判断正确的是（　　） A．实验舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的 B．组合体在轨道上飞行的周期小于地球静止卫星的周期 C．组合体在轨道上飞行的速度大于地球的第一宇宙速度 D．对接后，组合体的质量增大，加速度减小 8．下列关于物理学的发展史和物理规律说法正确的是（　　） A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变 B．伽利略通过逻辑推理和实验验证认为重物比轻物下落的快 C．由万有引力定律可得，两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大 D．从地球表面发射火星探测器的速度必须大于第二宇宙速度 9．下列说法正确的是（　　） A．卡文迪什巧妙的利用扭秤装置，第一次在实验室里较准确的测量出万有引力常量G B．“嫦娥二号”卫星的发射速度必须大于11.2km/s C．牛顿若能得到月球的具体运动数据，就能通过“地月检验”测算出地球的质量 D．开普勒通过观测天体运动，积累下大量的数据，总结出行星运动三大定律 10．如图，O为地球的球心，可视为质点的卫星A、B在同一平面内绕地球做同向匀速圆周运动。某时刻，连线BA垂直于BO，BA与OA的夹角=30°，卫星B的公转周期为2小时，则卫星A的公转周期为（　　） A．8小时 B．5.6小时 C．4小时 D．3.4小时 二、多选题 11．2018年12月27日，中国北斗三号基本系统完成建设，开始提供全球服务。北斗三号卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。假如静止轨道卫星先沿椭圆轨道1飞行，后在远地点P处点火加速，由椭圆轨道1变成静止圆轨道2，下列说法正确的是（    ） A．卫星在轨道2上运行时的速度小于7.9km/s B．卫星变轨前后的速度相等 C．卫星在轨道2上运行时的向心加速度比在赤道上相对地球静止的物体的向心加速度小 D．卫星在轨道1上的P点和在轨道2上的P点的加速度大小相等 12．2008年9月25日21时10分，载着翟志刚、刘伯明、景海鹏三位宇航员的“神舟七号”飞船在中国酒泉卫星发射中心发射成功。如果“神舟七号”飞船在离地球表面h高处的轨道上做周期为T的匀速圆周运动，已知地球的半径为R，引力常量为G，在该轨道上，关于“神舟七号”飞船，下列说法中正确的是（　　） A．运行的线速度大于第一宇宙速度 B．运行时的向心加速度大小为 C．地球表面的重力加速度大小可表示为 D．运行的线速度大小为 13．至今为止，我国北斗导航系统已经全部完成了第二阶段的卫星发射任务，共有16颗卫星在工作，其中包括5颗地球静止轨道卫星，有关这16颗卫星，下列说法正确的是 A．卫星的质量可以都不相同 B．卫星的绕行方向可以都不相同 C．卫星的轨道半径可以都不相同 D．5颗地球静止轨道卫星轨道平面都相同 14．如图所示，发射同步卫星的一般程序是：先让卫星进入一个近地的圆轨道，然后在P点变轨，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步圆轨道上的Q点），到达远地点Q时再次变轨，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，加速度大小为a1；在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2，加速度大小为a2；沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在同步轨道上的速率为v4，加速度大小为a4；沿近地圆轨道、椭圆轨道、同步圆轨道运动的周期分别为T1、T2、T3，则下列说法正确的是（　　） A．在P点变轨时需要加速，Q点变轨时要减速 B．a1>a2>a4 C．T3>T2>T1 D． 15．作为一种新型的多功能航天飞行器，航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身。假设一航天飞机在完成某维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，如图所示，已知A点距地面的高度为2R（R为地球半径），B点为轨道Ⅱ上的近地点（离地面高度忽略不计），地球表面重力加速度为g，地球质量为M。不计空气阻力。则下列说法中正确的有（　　） A．该航天飞机在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 B．该航天飞机在轨道Ⅱ上经过B点的速度小于轨道Ⅰ上经过A点的速度 C．该航天飞机在轨道Ⅱ上经过B点的速度大于7.9km/s，小于11.2km/s D．该航天飞机在轨道Ⅱ上从A运动到B的时间为 三、填空题 16．2023年10月26日，神舟十七号载人飞船与“天和核心舱”完成对接。对接过程的示意图如图所示，“天和核心舱”处于半径为的圆轨道Ⅲ；神舟十五号飞船处于半径为的圆轨道Ⅰ，运行周期为，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与“天和核心舱”对接。则：    （1）飞船在轨道Ⅰ上A点的加速度 （选填“大于”、“等于”、“小于”）在轨道Ⅱ上A点的加速度； （2）飞船沿轨道Ⅱ运行的周期为 。 17．作为中国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，嫦娥五号任务实现了多项重大突破，标志着中国探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。若探测器测得月球表面的重力加速度为。已知月球的半径为，地球表面的重力加速度为g，地球的半径为R。忽略地球、月球自转的影响，则月球密度与地球密度之比为 。月球第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比为 。 四、解答题 18．在未来的“星际穿越”中，宇航员发现了一颗未知星球。 （1）若宇航员驾驶飞船绕星球表面做匀速圆周运动，运动一周所需时间为T，把星球看作质量均匀的球体，已知万有引力常量为G，求星球的密度； （2）宇航员来到某星球表面做了如下实验：将一小钢球由距星球表面高h（h远小于星球半径）处由静止释放，小钢球经过时间t落到星球表面，若该星球的半径为R，引力常量为G，求该星球的第一宇宙速度。 19．我国航天技术飞速发展设想数年后宇航员登上了某星球表面。宇航员从距该星球表面高度为h处，让一个小球由静止开始自由下落，下落的时间为t，已知该星球的半径为R，引力常量为G。无空气阻力忽略该星球自转影响。求： (1)该星球表面的重力加速度g的大小； (2)该星球的质量； (3)该星球的第一宇宙速度。 20．如图，地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做匀速圆周运动。地球的运转周期为T。地球和太阳的连线与地球和行星的连线所夹的角叫地球对该行星的观察视角（简称视角）。已知该行星的最大视角为θ，当行星处于最大视角处时，是地球上天文爱好者观察该行星的最佳时期。 （1）求行星绕太阳转动的角速度与地球绕太阳转动的角速度之比； （2）若某时刻该行星正处于最佳观察期，则该行星下一次处于最佳观察期至少需经历多长时间？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《7.4 宇宙航行 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D A B B B D B D A B 题号 11 12 13 14 15 答案 AD BC AD CD ACD 1．D 【详解】物体做竖直上抛过程据速度位移公式可得 故该星球表面的重力加速度为 近地卫星运动过程中由重力作为向心力，可得 联立解得 故选D。 2．A 【详解】因为万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，指向地心，所以卫星的轨道一定过地心，则卫星的轨道不可能是A图。 故选A。 3．B 【详解】当卫星在某一半径为r的轨道上做圆周运动时，由万有引力提供向心力 其中G为引力常量，M为地球质量，m为卫星的质量，r为轨道半径，v为卫星在该轨道的线速度．此时，是由万有引力提供的向心力，而是在轨道r上做圆周运动所需要的向心力，当两者相等，卫星能稳向在轨道上，由于气体阻力的作用，若轨道半径不发生变化，卫星的速度会变小，这时就会有 即提供的向心力 > 需要的向心力，卫星将做向心运动，轨道半径r会变小，当卫星经过一段时间后，在新的轨道上做圆周运动时，根据 可得 由于轨道半径r变小，所以卫星的线速速度v也会变大，由公式 知角速度变大，故B正确，ACD错误。 故选B。 考点：考查了万有引力定律的应用 4．B 【详解】ACD．“鹊桥”中继卫星与月球同步绕地球公转，所以“鹊桥”中继卫星绕地球运动的角速度等于月球绕地球运动的角速度，“鹊桥”中继卫星绕地球运动的周期等于月球绕地球运动的周期；根据， 由于“鹊桥”中继卫星的轨道半径大于月球的轨道半径，所以“鹊桥”中继卫星的线速度大于月球公转的线速度，“鹊桥”中继卫星的加速度大于月球公转的加速度，故ACD错误； B．根据万有引力提供向心力可得 可得 由于地球同步卫星的轨道半径小于月球的轨道半径，所以月球的线速度小于地球同步卫星的线速度，故B正确。 故选B。 5．B 【详解】A为地面上的待发射卫星，C为地球静止卫星，则有 ， 由图可知 A．根据万有引力提供向心力 可得 则 可得 故A错误； B．根据，由于 可知 即 故B正确； C．根据万有引力提供向心力 可得 可知 又根据可知 则 故C错误； D．根据万有引力提供向心力 可得 可知 根据可知 则 故D错误。 故选B。 6．D 【详解】A．根据 解得 故A错误； B．空间站的线速度 又 解得 故B错误； C．角速度为 故C错误； D．向心加速度为 故D正确。 故选D。 7．B 【详解】A．实验舱在地面的万有引力大小为 实验舱进入轨道后所受地球的万有引力大小为 所以实验舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的，故A错误； B．根据开普勒第三定律可知组合体在轨道上飞行的周期小于地球静止卫星的周期，故B正确； C．地球的第一宇宙速度是最大的环绕速度，组合体在轨道上飞行的速度小于地球的第一宇宙速度，故C错误； D．对接后，组合体所受万有引力提供向心力有 解得 虽然组合体质量增大，但加速度不变，故D错误。 故选B。 8．D 【详解】A．亚里士多德认为有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就静止，故A错误； B．伽利略通过逻辑推理和实验验证认为，重物和轻物下落的一样快，故B错误； C．公式中从数学角度讲：当r趋近于零时其值是趋于无穷大，然而万有引力定律公式只适合于两个可以看作质点的物体，即，物体（原子）的自身半径相对两者的间距可以忽略时适用；而当距离无穷小时，相临的两个物体（原子）的半径远大于这个距离，它们不再适用万有引力公式，故C错误； D．火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，还在太阳系内，则发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，故D正确。 故选D。 9．A 【详解】A．卡文迪什巧妙的利用扭秤装置，第一次在实验室里较准确的测量出万有引力常量，A正确； B．卫星的发射速度需大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，故应大于7.9km/s，小于11.2km/s，故B错误； C．牛顿通过“地月检验”证明了月球受到的引力，与地上物体受到的引力是同一种力，即万有引力，在卡文迪什测出万有引力常量之前，无法通过“地月检验”测算出地球的质量，C错误； D．开普勒通过研究第谷观测天体运行得到的大量数据，从而总结出行星运动三定律，D错误。 故选A。 10．B 【详解】设卫星A的轨道半径为r，由几何关系可得卫星B的轨道半径 对卫星A有 对卫星B有 联立，可得 故选B。 11．AD 【详解】A．7.9km/s是第一宇宙速度，是近地卫星的环绕速度，也是最大的圆周运动的环绕速度，轨道2的半径要大于近地卫星的轨道半径，根据可知，卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度， A正确。 B．由椭圆轨道1变到圆轨道2要加速，速度增大， B错误。 C．轨道2是同步轨道，在轨道2上的角速度与在赤道上相对地球静止的物体的角速度相同由 可知半径大的加速度大，C错误。 D．在同一点引力相同，则加速度相等，D正确。 故选AD。 12．BC 【详解】A．第一宇宙速度是近地卫星环绕的速度，根据 可知“神舟七号”飞船运行的线速度小于第一宇宙速度，故A错误； B．“神舟七号”飞船向心加速度大小为 故B正确； C．地球表面的重力加速度大小 又因为 可得 联立求得 故C正确； D．“神舟七号”飞船运行的线速度大小 故D错误。 故选BC。 13．AD 【分析】了解静止卫星的含义，即静止卫星的周期必须与地球自转周期相同．物体做匀速圆周运动，它所受的合力提供向心力，也就是合力要指向轨道平面的中心．通过万有引力提供向心力，列出等式通过已知量确定未知量． 【详解】卫星的质量可以都不相同，故A正确；5颗地球静止轨道卫星，卫星的周期必须与地球自转周期相同，与地球相对静止，所以卫星的绕行方向必须都与地球自转方向相同，故B错误； 根据万有引力提供向心力，列出等式：，，由于静止卫星的周期必须与地球自转周期相同，所以T为一定值，根据上面等式得出：5颗地球静止轨道卫星的轨道半径相同，故C错误；5颗地球静止轨道卫星，它若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的，所以我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空，故D正确；故选AD． 【点睛】地球质量一定、自转速度一定，静止卫星要与地球的自转实现同步，就必须要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度必须都是一定的． 14．CD 【详解】A．在P、Q点变轨时均需要加速，故A错误； B．根据牛顿第二定律可得 所以 由于卫星在近地圆轨道上到地心的距离与椭圆形转移轨道的近地点P点到地心的距离相等，小于同步轨道半径，所以 故B错误； C．根据开普勒第三定律可知，轨道半径或半长轴越大，则公转周期越大，所以 故C正确； D．卫星在圆轨道时，万有引力等于向心力，即 所以 所以 在P、Q点变轨需要加速，则， 卫星在椭圆轨道运行时，近地点速度大于远地点速度，即 所以 故D正确。 故选CD。 15．ACD 【详解】A．根据开普勒第三定律可知，该航天飞机在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期，A正确； B．根据开普勒第二定律可知，卫星在椭圆轨道运动时，在远地点的速度小于在近地点的速度，即该航天飞机在轨道Ⅱ上经过A点的速度小于经过B点的速度，B错误； C．由于航天飞机在近地点做离心运动，且离地面高度忽略不计，因此航天飞机在轨道Ⅱ椭圆轨道近地点B的速度大于近地圆形轨道的环绕速度，而近地圆形轨道的环绕速度为第一宇宙速度7.9km/s；由于航天飞机在轨道Ⅱ上依然绕地球飞行，因此速度小于第二宇宙速度11.2km/s，故C正确； D．根据开普勒第三定律有 在轨道Ⅰ上有 又 联立解得 航天飞机在轨道Ⅱ上从A点运动到B点的时间为 D正确。 故选D。 16． 等于 【详解】[1]根据牛顿第二定律 可得 故飞船在轨道Ⅰ上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度。 [2]轨道Ⅱ的半轴长为 根据开普勒第三定律 解得飞船沿轨道Ⅱ运行的周期为 17． 【详解】[1]星球表面的重力等于万有引力，有 且 可得 所以有 [2]根据 可得，第一宇宙速度为 所以有 18．（1）；（2） 【详解】（1）由万有引力提供向心力有 得 由 得 （2）由钢球做自由落体运动有 设星球的重力加速度为g0，第一宇宙速度为v，则有 由重力提供圆周运动的向心力 即 19．(1)；(2)；(3) 【详解】(1)由 解得 (2)在该星球表面，有 解得 (3)由 解得 20．（1）；（2）见解析 【详解】（1）根据万有引力提供向心力有 解得 该行星与太阳和地球连线之间的夹角为α，则由正弦定理得 即 显然，当 α=90° 此时该行星的视角最大，此时行星的轨道半径 则 （2）设A、B表示某时刻行星处于最佳观察期时地球和行星的位置，O为太阳所在位置，且行星和地球都逆时针旋转，则下一次行星处于最佳观察期时一定出现在行星超前于地球时，如图所示： 则 所以 若行星最初处于最佳观察期时，其位置超前于地球，则下一次行星处于最佳观察期时一定是行星落后于地球，因而有 即 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $