7.4 宇宙航行-【无敌原创】2025-2026学年高中物理必修第二册同步课时卷

物理 宇宙航行 基础过关) 1.我国“北斗导航系统”中有多颗同步卫星，下列关于地球同步卫星的说法中正确的是 A.它们的质量可能不同 B.它们的速率可能不同 C.它们离地心的距离可能不同 D.它们的向心加速度大小可能不同 2.(2022·宁夏)2020年11月24日04时30分，“嫦娥五号”发射成功，进行月球表面月壤样本的采 集。关于“嫦娥五号”月球探测器，下列说法正确的是 第2题图 长 A.飞离地球时，受地球的引力越来越大 B.在近月圆形轨道运行时，不受月球的引力作用 C.在近月圆形轨道运行时，探测器内物体处于完全失重状态 D.从地球上发射时，发射要速度大于11.2km/s 亲 3.(2022·河北)（多选）2020年6月23日，我国在西昌卫星发射中心成功发射北斗系统第55颗导航 卫星，至此北斗全球卫星导航系统星座部署全面完成。其中北斗导航系统第41颗卫星为地球同步 卫星，离地高度约36000km;第49颗卫星为倾斜地球同步轨道卫星，轨道半径约为4.2×10？m, 运行周期都等于地球的自转周期24h;第50、51颗卫星为中圆地球轨道卫星，离地高度约 20000km。下列说法正确的是 ( 第3题图 A.中圆地球轨道卫星周期大于24小时 B.地球同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度 C.倾斜地球同步轨道卫星一天2次经过赤道正上方同一位置 D.中圆地球轨道卫星比地球同步卫星线速度小 4.1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运 动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为、2，近地点到地心的距离为r,地球质量 为M,引力常量为G。则 () 1 地球 远地点 近地点中 第4题图 GM A.U1>20= B.v>hw>√ GM GM C.w<2w= GM D.u<2u> 5.(2022·全国)2020年10月1日，国家航天局发布“天问一号”探测器在深空自拍的飞行图像，如图 所示。“天问一号”探测器成功发射后，沿地火转移轨道飞行七个多月，将于2021年2月中旬到达 火星附近，要通过制动减速被火星引力俘获，才能进入环绕火星的轨道飞行。已知地球的质量约 为火星质量的10倍，半径约为火星半径的2倍，下列说法正确的是 第5题图 A.“天问一号”探测器的发射速度一定大于7.9km/s,小于11.2km/s B.“天问一号”探测器在火星附近制动减速时需要朝速度的反方向喷气 C.火星与地球的第一宇宙速度之比为1：5 D.物体分别在火星和地球表面附近做自由落体运动，下落相同高度用时之比为5：√2 23 。能力提升) 1.2020年3月9日19时55分，我国在西昌卫星发射中心成功发射北斗系统第五十四颗导航卫 星一北斗三号GEO-2,该卫星是一颗地球同步轨道卫星。关于这颗卫星的判断，下列说法正确 的是 () A.地球同步轨道卫星的轨道平面可以与赤道平面垂直 B.地球同步轨道卫星绕地运行时所受引力保持不变 C.地球同步轨道卫星绕地运行时处于平衡状态 D.地球同步轨道卫星的在轨运行速度小于第一宇宙速度 2.“嫦娥五号”从发射入轨到返回器回收，共经历发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下 降、月面工作、月面上升、交会对接、环月等待、月地转移、再人回收十一个阶段。已知地球质量约 为月球的81倍，地球半径约为月球的3.7倍，地球的第一宇宙速度为7.9km/s。则 () A.“环月飞行”阶段“嫦娥五号”的运行速度为7.9km/s B.“环月飞行”阶段“嫦娥五号”运行的加速度为0 C.着陆器在“着陆下降”阶段一直处于完全失重状态 D.返回器从“环月等待”需要加速才能进入“月地转移”轨道 3.2020年11月6日，我国成功发射全球首颗6G试验卫星，卫星的轨道半径的三个 次方与其周期的二次方的关系图像如图所示。根据图像给出的信息，已知地 球半径为R,引力常量为G,下列说法正确的是 A地球的质量为2 a re 第3题图 B,地球表面的重力加速度大小为4如b aR? C,绕地球表面运行的卫星的线速度大小为，√a D.地球密度为， 4.2020年7月23日13时25分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载 火箭成功发射首次火星探测任务天问一号探测器，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之 旅，迈出了我国行星探测第一步。如图所示，地球和火星可视为绕太阳做匀速圆周运动，地球半径 是火星半径的力倍，地球质量为火星质量的q倍。忽略行星的自转。则下列说法正确的是() 第4题图 24无敌原创·同步课时卷物理·必修第二册 A.火星的第一字宙速度是地球的，卫倍 B.火星表面的重力加速度是地球的卫倍 C.火星绕太阳运动的加速度比地球大 D.地球绕太阳运动的周期比火星大 5.如图所示中的L,和L2称为地月连线中的拉格朗日点L和拉格朗日点L2,在L1点处的物体可与月 球同步绕地球转动。在L2点处附近的飞行器无法保持静止平衡，但可在地球引力和月球引力共同 作用下围绕L2点绕行，且处于动态平衡状态。我国中继星鹊桥就是绕L2点转动的卫星，“嫦娥四 号”在月球背面工作时所发出的信号通过鹊桥卫星传回地面，若鹊桥卫星与月球、地球两天体中心 距离分别为R1,R2,信号传播速度为c。则 ( 通信中继星鹊桥 地球 正面 背面 第5题图 A.鹊桥卫星在地球上发射时的发射速度大于第二宇宙速度 B.处于L1点绕地球运转的卫星其向心加速度a1大于地球同步卫星的加速度a2 C.“嫦娥四号”发出信号到传回地面的时间为t=+R D.处于L1点的绕地球运转的卫星周期接近28天 6.我国已于2020年11月24日凌晨在海南文昌发射场用长征五号运载火箭成功发射 “嫦娥五号”月球探测器，并实现区域软着陆，此次“挖土”之旅标志着我国进入探月 月球) 虑 阶段，如图所示，探测器发射到月球上要经过多次变轨，最终降落到月球表面上，其 中轨道I为圆形轨道，到月心的距离为r,运行周期为T;轨道Ⅱ为椭圆轨道，近月点 第6题图 到月心距离为？，下列说法正确的是 () A.探测器在环月轨道I上P点的加速度小于在环月轨道Ⅱ上P点的加速度 B.探测器的发射速度必定大于11.2km/s C探剥器在轨道Ⅱ上的运行周期为33T D.为使探测器从P点由轨道I进人轨道Ⅱ，必须在P点点火加速 7.如图所示，为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运 0 动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半 径)，c为地球的同步卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是 () A.b卫星转动线速度大于7.9km/s 0 B.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为aa>a,>a。 第7题图 C.a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Te>Tb>Ta D.在b、c中，b的速度大据万有引力提供向心力G恤=m(竿)，整理得到M= C示，A正确：因为“天问一号“的质量在计算时可以直接约掉， 4π2r3 所以火星的质量计算与“天问一号”的质量无关，B、C错误；若已 知线速度和角速度，可以求出半径为r=巴，根据万有引力提供 向心力，G咖=m号，整理得到M=总D正确，放选AD.】 r2 6.B℃[解析：探测器内的物体随探测器绕月球做匀速圆周运 动，则不是处于平衡状态，A错误；探测器运行角速度。具，根 据角速度与周期的关系可知，探测器做圆周运动的周期T 2红=2，B正确：探测器绕月球做匀速圆周运动，根据万有引力 提供向心力可得G=m斧R,解得月球质量M=器，C正 确；由于不知道月球半径，故无法求解月球密度，D错误。故 选BC。] 7.解：(1)“嫦娥四号”着陆前近月环绕月球做圆周运动，万有引 力提供向心力，有G=m禁R,另有“嫦娥因号”受到的万 有引力等于在月球表面受到的重力，G-mg,以上两式联立 解得T=2x√g R (2》由万有引力提供向心力，有G=mg,解得M= R2 G。地 球的体积为V=号R,地球的密度为p出-： M 3g 4宇宙航行 【基础过关】 1.A【解析：地球同步卫星公转周期等于地球自转周期，由万 有引力定律提供向心力可知，高度都相同，所以线速度、向心加 速度大小都相同，但是不同的同步卫星质量可能不同。故 选A。] 2.C【解析：根据万有引力公式F=G可知飞离地球时， “嫦娥五号”月球探测器受地球的引力越来越小，A错误；在近月 圆形轨道运行时，仍受月球的引力作用，B错误；在近月圆形轨 道运行时，万有引力完全提供向心力，探测器内物体处于完全失 重状态，C正确；若在地球上发射速度大于11.2km/s,则探测器 将脱离地球束缚，D错误。故选C。】 3.BC[解析：中圆地球轨道卫星的公转半径小于地球同步卫 星的轨道半径，根据开普勒第三定律，其运转周期小于24h,A 错误：轨道半径等于地球半径的卫星，其线速度等于第一宇宙速 GM 度，根据公式一√干可知，地球同步卫星的运行速度小于 第一宇宙速度，B正确；倾斜地球同步轨道卫星的轨道平面与赤 道平面之间有一定的夹角，卫星公转一周，地球自转一周；设某 时刻卫星恰好位于赤道某点正上方，则经过24h后，地球和卫星 都转了一周，卫星恰好又出现在该点的正上方，即一天2次经过 赤道正上方同一位置，C正确；中圆地球轨道卫星的公转半径小 于地球同步卫星的轨道半径，根据公式口=√网可知，中圆地 球轨道卫星比地球同步卫星线速度大，D错误。故选BC。】 4.B[解析：“东方红一号”从近地点到远地点速度减小，所以 4>功，过近地点圆周运动的速度为=√ 应，由于“东方红 -号”在椭圆上运动，所以≥√M。故选B】 5.D【解析：“天问一号”探测器需要脱离地球的引力才能奔向 火星绕火星运行，发射的最小速度为第二宇宙速度11.2km/s, A错误；“天问一号”探测器在火星附近时应朝速度方向喷气，才 能获得阻力实现制动减速，B错误；卫星在行星表面附近绕行的 速度为该行星的第一字宙速度，由G=m发，可得。 √受放欧·=1：5，C错误：在行星表面附运，由G /2hR2 mg和h=之g,可得1=√，故以：=5v2,D正确. 故选D。] 【能力提升】 1.D【解析：地球同步轨道卫星的轨道平面与赤道平面共面，A 错误；地球同步轨道卫星所受引力大小保持不变，方向改变，B 错误；地球同步轨道卫星绕地运行时万有引力提供向心力，不处 于平衡状态，C错误；地球同步轨道卫星的在轨运行速度小于第 一宇宙速度，D正确。故选D。] 2.D【解析：卫星做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可知G= n发解得4-√受两个宇街速度之比器-√密·念 由题给数据可知，v月1<7.9km/s,A错误；环月飞行阶段，“嫦娥 五号”做匀速圆周运动，速度方向变化，向心加速度不为0，B错 误；着陆器下降过程中着陆前要减速下降，处于超重状态，C错 误；返回器变轨离开月球，需要加速，做离心运动进入“月地转 移”轨道，D正确。故选D。] 3.B[解析：卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供， 即G0=m禁，解得地球的质量M=祭。由图像可知 r2 示-，代入可得M=密A错误：由G学=mg解得8 2 兴袋2，B正确：绕地球表面运行的卫是的半径等于地球半 径，由G=m装解得=受-√密，C错误地球的 4π2b 写产益% 密度p=V aG v2 GM地R=N√ 4A【解析：由G=m发有婴=√水经 q ,A 正确；由mg=G ,有会一微子：B蜡误：商公式 由G-mg知，一旦测出了引力常量，就可以算出地球的质 G=m,得a-以，由图可知，地球轨道半径比火星轨道半 量，C正确；根据牛顿对万有引力的研究史知D正确。故选B。】 r2 2.CD[解析：根据爱因斯坦的光速不变原理，可知甲、乙在两 径小，则地球绕太阳运动的加速度比火星大，C错误；由公式 种不同的参考系里测出的光速都为℃，A错误；根据钟慢效应，运 G=n(停)得T=2x√瓜，由图可知，地球轨道半径 r 动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走得越慢，接 近光速时，钟就几乎停止了，甲认为飞船中的钟变慢了，乙认为 比火星轨道半径小，则地球绕太阳运动的周期比火星小，D错 甲身边的钟变慢了，B错误；根据尺缩效应，在尺子长度方向上 误。故选A。] 运动的尺子比静止的尺子短，可知甲测得的AB间的距离大于 5.D[解析：“鹊桥”的发射速度应小于第二宇宙速度，A错误； 乙测得的AB间的距离，C正确；当光源S发生一次闪光后，甲 由a=rw2可知，处于L1点绕地球运转的卫星其向心加速度a1 认为A、B两处同时接收到闪光，对乙而言，则乙认为B先接收 小于月球的向心加速度，由a=GY可知，月球的向心加速度小 r2 到闪光，D正确。故选CD.】 于同步卫星的向心加速度，故a2>a1,B错误；“嫦娥四号”发射 3.B[解析：根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的 出的信号通过的路程s为月球表面到地球表面，小于R1十R2,C 大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测 错误；由于位于L1点绕地球运转的卫星与月球同步，其周期接 出的光速都是c。故选B。] 近28天，D正确。故选D。] 4.D[解析：车内站着一个中等身材的人，说明不高；取路旁的 6.C[解析：探测器在轨道上稳定运行时，只受万有引力作用， 人为惯性系，车上的人相对路旁的人高速运动，根据尺缩效应， 人在运动方向将变窄，但在垂直于运动方向没有发生变化，所以 向心力由万有引力提供，同一位置的万有引力相等，即加速度相 观察的结果是这个人瘦但不高，故D正确，ABC错误。故 等，探测器在环月轨道I上P点的加速度等于在环月轨道Ⅱ上 选D。] P点的加速度，A错误；第二宇宙速度11.2km/s是卫星脱离地 5.A[解析：根据狭义相对论的尺缩效应，如果梭镖相对于观 球引力的束缚的最小发射速度，探测器最终没有脱离地球引力 察者运动，那么梭镖收缩变短，而管子长度不变，因此在某个位 的束缚，故发射速度小于11.2km/s,B错误；设轨道Ⅱ的周期为 置，管子能完全遮住梭镖，选项A正确，BC错误；D.由光速不变 T,半径为，根据开普勒第三定律，得只 -六又由几何关系 原理，可知物体的速度不会超过光速，故D错误。故选A。] 6.C[解析：由狭义相对论可知，其时间间隔为△t= 得上，2，解得了=T,C正确：由于轨道在P点的速 △x 8 ，由上述公式可知其物体运动的速度越快，时间间 度小于轨道I在P点的速度，为使探测器从P点由轨道I进入轨道 W1-(2) Ⅱ，必须在P点点火减速，D错误。故选C。] 隔越慢，而α、b、c三者做圆周运动，属于同轴转动，其角速度相 7.D[解析：b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星， 同，而其速度根据公式o=r可知c的半径最大，其速度最大， 根据万有引力定律，有G=m发，解得。=√受，代入数 时间最慢，α的半径最小，速度最慢，时间最快。故选C。] 7.CD[解析：A.经典力学理论的观点认为时间和空间都是绝 据得=7.9km/s,A错误；地球赤道上的物体与同步卫星具有 对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度 相同的角速度，所以w。=w。,根据a=ru知，c的向心加速度大 总不会改变；而相对论的观点认为时间和空间都是相对的，在不 于a的向，心加速度，根据a-必得b的向心加速度大于c的向 同的参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度会发生改 心加速度，即a.>a:>a,B错误；卫星c为同步卫星，所以T.= 变，故A错误；B.根据时间间隔的相对性t= 。一可知存在 T,根据T=2m√C成得c的周期大于b的周期，即T,=T:> 时间延缓效应，因此地面上的人看飞船中的时钟会变慢，但是飞 T,C错误，在b.c中，根据=√四，可知b的速度比c的速度 船中的宇航员却看到时钟是准确的，故B错误；C.根据长度的 大，D正确。故选D。】 相对性1=1√一三可知，在运动方向上长度缩短，所以在地面 5相对论时空观 上的人看来，以3km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变 窄，而飞船中的航天员却感到地面上的人看起来比飞船中的人 与牛顿力学的局限性 扁一些，故C正确；D.对低速宏观物体来说，《c时，△t≈△t, 【基础过关】 ≈，可知“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D 1.B[解析：牛顿运动定律适用于宏观、低速、弱作用力领域，不 正确。】 适用微观、高速、强引力场等物体的运动，A正确，B错误；卡文 【能力提升】 迪许利用扭秤实验测量出了引力常量G=6.67×101N·m/kg, 1.C[解析：根据爱因斯坦的相对论，可知飞行器中的飞行员认 43