7.4 宇宙航行 课后练习 -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 一、单选题 1.某位同学设想了人造地球卫星轨道(卫星发动机关闭),其中不可能的是(　　) 2.关于宇宙速度,下列说法正确的是(　　) A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度 B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度 D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度 3.关于静止卫星的描述正确的是(　　) A.静止卫星的轨道平面与赤道平面成0度角 B.静止卫星的轨道高度可以是任意高度 C.静止卫星的周期与月球的公转周期相同 D.静止卫星转向与地球的转向相反 4.研究表明,地球自转在逐渐变慢,3亿年前地球自转的周期约为22 h。假设这种趋势会持续下去,地球的其他条件都不变,未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比(　　) A.距地面的高度变大 B.向心加速度变大 C.线速度变大 D.角速度变大 5.量子卫星成功运行后,我国在世界上首次实现了卫星和地面之间的量子通信,构建了天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。假设量子卫星轨道在赤道平面,如图所示。已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m倍,静止卫星的轨道半径是地球半径的n倍,图中P点是地球赤道上一点,由此可知(　　) A.静止卫星与量子卫星的运行周期之比为 B.静止卫星与P点的速率之比为 C.量子卫星与静止卫星的速率之比为 D.量子卫星与P点的速率之比为 6.羲和号是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示,该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动,轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻,沿相同方向经过地球表面A点正上方,恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为R,自转周期为T,地球表面重力加速度为g,则羲和号卫星轨道距地面高度为(　　) A.-R B. C.-R D. 7.对于地球同步卫星的认识,正确的是(　　) A.同步卫星可在我国北京上空运行,常用于我国的电视转播 B.与地球自转同步,运行的角速度等于地球自转角速度 C.所有同步卫星的轨道半径都相同,一定在赤道的正上方,且运行速度大于近地卫星的速度 D.不同的同步卫星轨道半径可以不同 8.如图所示,A为地球表面赤道上的物体,B为轨道在赤道平面内的气象卫星,C为在赤道上空的地球同步卫星,已知卫星C和卫星B的轨道半径之比为4∶1,且两卫星的绕行方向相同,下列说法正确的是(　　) A.卫星A、B、C的线速度大小关系为vA<vB<vC B.卫星A、B、C的角速度大小关系为ωA<ωB<ωC C.在卫星B上一天内可看到8次日出 D.卫星A、B、C的向心加速度大小的关系为aA<aB<aC 二、多选题 9.我国北极黄河站科考队员在北极附近进行实验:在冰面以上h高度处,将小钢球自由释放,经时间t落地。已知地球的半径为R,万有引力常量为G。则(　　) A.当地重力加速度为 B.地球的质量为 C.第一宇宙速度为 D.若在相同位置以初速度v0将该小球水平抛出,则落地时速度大小为 10.假如一颗做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍仍做圆周运动,则(　　) A.根据公式v=ωr,可知卫星运动的线速度增大到原来的2倍 B.根据公式F=m,可知卫星所需的向心力将减小到原来的 C.根据公式F=,可知地球提供的向心力将减小到原来的 D.根据上述B和C中给出的公式,可知卫星运动的线速度减小到原来的 11.如图所示,在发射地球同步卫星的过程中,卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ,然后在Q点通过改变卫星速度,使卫星进入地球同步轨道Ⅱ,则以下说法不正确的是(　　) A.该卫星的发射速度必定大于11.2 km/s B.卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9 km/s C.在轨道Ⅰ上,卫星在P点的速度大于在Q点的速度 D.在Q点,卫星在轨道Ⅰ上的加速度大于在轨道Ⅱ上的加速度 三、非选择题 12.某行星的质量为地球质量的16倍,半径为地球半径的4倍,已知地球的第一宇宙速度为7.9 km/s,该行星的第一宇宙速度是多少? 13.如图所示,航天员站在某星球表面一斜坡上P点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球。测得小球经时间t落到斜面上另一点Q。斜面的倾角为θ,已知该星球半径为R,求: (1)该星球表面的重力加速度; (2)该星球的第一宇宙速度。 14.如图所示,我国发射的天问一号携带的祝融号火星车已成功着陆火星,为减小在火星车太阳能板上的尘土对火星车的影响,祝融号火星车的太阳能板可以像蝴蝶一样扇动翅膀。若在扇动太阳能板时,在太阳能板边缘、距火星地面高度为h的某块尘土无初速下落,经过时间t落在地面上。已知引力常量为G,火星可视为半径为R、质量分布均匀的球体,忽略火星大气的影响。求: (1)火星的重力加速度g1; (2)火星近地卫星做匀速圆周运动的速度大小和运行周期。 标准答案 一、单选题 1.答案:D 解析:人造地球卫星靠万有引力提供向心力,做匀速圆周运动,万有引力的方向指向地心,所以圆周运动的圆心是地心。故选项A、B、C正确,不符合题意,D错误,符合题意。 2.答案:A 解析:第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度,也是地球卫星绕地球飞行的最大速度,选项A正确,B错误;第二宇宙速度是在地面上发射物体,使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度,选项C错误;第三宇宙速度是在地面上发射物体,使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度,选项D错误。 3.答案:A 解析:静止卫星的轨道平面与赤道平面成0度角,选项A正确;静止卫星的周期与地球自转周期相等,小于月球的公转周期,根据T=2π可知周期一定,则运动半径一定,即静止卫星的轨道高度是一定的,距离地球的高度约为36 000 km,选项B、C错误;静止卫星相对于地球静止,其转向与地球的转向相同,选项D错误。 4.答案:A 解析:对地球同步卫星环绕地球的运动,由向心力公式及万有引力定律有=m(R+h),由此可知,随着地球自转周期T的逐渐增大,地球同步卫星轨道离地面的高度h将逐渐变大;由=ma,=m=m(R+h)ω2可知,卫星的向心加速度、线速度和角速度都将逐渐减小,故选项B、C、D错误,A正确。 5.答案:D 解析:根据=mr得T=2π,由于r量=mR,r同=nR,,选项A错误。P为地球赤道上的一点,P点的角速度等于地球静止卫星的角速度,根据v=ωr可知,选项B错误。根据=m得v=,所以,选项C错误。由B、C项分析可知,v同=nvP,,联立可得,选项D正确。 6.答案:C 解析:地球表面的重力加速度为g,根据牛顿第二定律得=mg,解得Gm0=gR2,根据题意可知,卫星的运行周期为T'=,根据牛顿第二定律,万有引力提供卫星运动的向心力,则有=m(R+h),联立解得h=-R,选项C正确。 7.答案:B 解析:地球同步卫星只能在赤道的正上方运行,不可能在北京正上方运行,选项A错误;同步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同,相对地球静止,根据=mrω2,因为ω一定,所以r必须确定,选项B正确,D错误;根据万有引力提供向心力,列出等式=m得v=,第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径,故同步卫星的运行速度一定小于第一宇宙速度,选项C错误。 8.答案:C 解析:根据G=m=mω2r=ma,得v=,ω=,a=,因为rB<rC,则vB>vC,ωB>ωC,aB>aC,A与同步卫星C的角速度相同,即ωA=ωC,由v=ωr,a=ω2r可知vA<vC,aC>aA,则vA<vC<vB,ωB>ωA=ωC,aB>aC>aA,选项A、B、D错误;由题意得=4,得,由T=,得TC=8TB,即卫星B的周期为同步卫星周期和地球自转周期的,说明在卫星B上一天内可看到8次日出,选项C正确。 二、多选题 9.答案:ABD 解析:根据题意,设当地重力加速度为g1,则有h=g1t2,解得g1=,选项A正确;根据题意,由万有引力等于重力有=mg1,解得m地=,选项B正确;根据题意,由万有引力提供向心力有=m,解得v=,选项C错误;若在相同位置以初速度v0将该小球水平抛出,落地时的竖直速度为vy=,则落地速度为v=,选项D正确。 10.答案:CD 解析:v=ωr中,只有当角速度恒定时,线速度才会变成原来的2倍,但事实上半径变化后角速度也随之发生变化,应该根据v=,ω=来判断,选项A、B错误,C、D正确。 11.答案:ABD 解析:11.2 km/s是第二宇宙速度,若卫星的速度等于或大于11.2 km/s,它就会克服地球的引力,永远离开地球,而同步卫星仍然绕地球运动,故选项A错误,符合题意;7.9 km/s是第一宇宙速度,是近地卫星的环绕速度,而同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径,根据v=,可知同步卫星的线速度一定小于第一宇宙速度,故选项B错误,符合题意;在轨道Ⅰ上,卫星由P点向Q点运动,万有引力做负功,动能减小,所以卫星在P点的速度大于在Q点的速度,故选项C正确,不符合题意;根据a=可知,在Q点,卫星在轨道Ⅰ上的加速度等于在轨道Ⅱ上的加速度,故选项D错误,符合题意。 三、非选择题 12.解:根据G=m 得第一宇宙速度v= 因为行星的质量为地球质量的16倍,半径为地球半径的4倍,则行星第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2倍。所以行星的第一宇宙速度v=7.9×2 km/s=15.8 km/s。 13.解:(1)物体落在斜面上有tan θ=,解得g=。 (2)根据万有引力提供向心力得G=m,另Gm0=gR2, 则v=。 14.解:(1)尘土做自由落体运动有h=g1t2,g1=。 (2)由万有引力提供近地卫星做匀速圆周运动的向心力,有=mR, v=,T=2π,由重力等于万有引力,有=mg1,解得m火=,则v=,T=2π。 学科网（北京）股份有限公司 $