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

**基本信息** 分层递进设计，覆盖宇宙速度、卫星运动等核心知识点，从概念辨析到综合计算，适配新授课知识巩固与科学思维培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |单项选择|宇宙速度概念、卫星运动基本参量|直接辨析基础概念，如第1题考查第一宇宙速度定义，强化物理观念| |多项选择|轨道类型、同步卫星特点|综合判断轨道参量关系，如第8题分析不同轨道发射速度，培养科学推理| |填空题|不同轨道参量比较、天体质量计算|公式直接应用，如第11题比较自转与轨道线速度，巩固运动与相互作用观念| |解答题|综合计算与实际情境分析|结合嫦娥卫星等真实情境，如第15题推导月球与地球物理量比值，体现模型建构与科学论证|

高中物理人教版必修第二册 第七章《万有引力与宇宙航行》 7.4 宇宙航行 同步练 1、 单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.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绕地球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近地点的速度 D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度 2．2021年10月16日，我国在酒泉卫星发射中心成功发射神舟十三号载人飞船，约6个半小时后，飞船与天和核心舱顺利完成快速自主交会对接．飞船在近地点高度200公里，远地点高度356公里的轨道上运行．若将神舟十三号绕地球的运动视作匀速圆周运动，则下列关于神舟十三号载人飞船的分析正确的是(　　) A．飞船发射速度大于11.2 km/s B．飞船绕地球飞行速度大于7.9 km/s C．飞船绕地球飞行周期小于24 h D．飞船绕地飞行过程中宇航员不再受重力作用 3．某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星(即卫星相对于地面静止)。则此卫星的(　　) A．线速度大于第一宇宙速度 B．周期小于同步卫星的周期 C．角速度大于月球绕地球运行的角速度 D．向心加速度大于地面的重力加速度 4．金星的半径是地球半径的，质量是地球质量的，忽略金星、地球自转的影响，金星表面的自由落体加速度与地球表面的自由落体加速度之比，金星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比分别是(　　) A．5∶8　1∶2 B．5∶8　∶2 C．1∶2　∶2 D．1∶2　1∶2 5.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为(　　) A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s 6.已知地球半径为R，地面处的重力加速度为g(忽略地球自转的影响)，一颗距离地面高度为2R的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，下列关于卫星运动的说法正确的是(　　) A.线速度大小为 B.角速度为 C.加速度大小为 D.周期为6π 7.2020年11月24日4时30分，中国在海南文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”探测器，顺利将探测器送入预定轨道．如图为探测器先后绕月做匀速圆周运动的示意图，被月球捕获后进入轨道Ⅰ绕月球运行，距月球表面高度为200 km，经变轨后在轨道Ⅱ上运行，距月球表面高度为100 km.根据以上信息可知下列说法不正确的是(　　) A．在轨道Ⅱ上的运行速率大于在轨道Ⅰ上的运行速率 B．在轨道Ⅱ上的运行周期大于在轨道Ⅰ上的运行周期 C．在轨道Ⅱ上的向心加速度大于在轨道Ⅰ上的向心加速度 D．在轨道Ⅱ上和轨道Ⅰ上运行时，所携带的仪器都处于完全失重状态 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.如图所示，在地球表面附近的A点发射卫星，当发射速度为v1时，卫星的轨道刚好为近地圆轨道1，当发射速度为v3时卫星恰好脱离地球的引力变为了绕太阳运动的小行星，则以下说法正确的是(　　) A.轨道3对应的发射速度v3为7.9 km/s B.轨道1对应的发射速度v1为7.9 km/s C.轨道2对应的发射速度可能为14.5 km/s D.轨道2对应的发射速度可能为10.8 km/s 9.如图所示，三颗人造卫星正在围绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(　　) A．卫星可能的轨道为a、b、c B．卫星可能的轨道为a、c C．同步卫星可能的轨道为a、c D．同步卫星可能的轨道为a 10.如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等，且小于c的质量，则(　　) A.b所需向心力最小 B.b、c的周期相同且大于a的周期 C.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度 三、填空题（共计2题，共计16分） 11．(6分)西昌卫星发射中心的火箭发射架上，有一待发射的卫星，它随地球自转的线速度为v1，周期为T1；发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动，线速度为v2，周期为T2；实施变轨后，使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动，线速度为v3，周期为T3.则v1、v2、v3的大小关系是____________；T1、T2、T3的大小关系是____________． 12．(9分)“嫦娥五号”卫星在2020年11月发射升空．如图，已知月球的半径为R，月球表面的重力加速度为g月，引力常量为G，若“嫦娥五号”到月球中心的距离为r，忽略月球自转的影响，则月球的质量M＝______，“嫦娥五号”的运行周期T＝________，月球的第一宇宙速度v＝________. 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.（10分）牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星．据此思考并讨论以下问题： (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？当抛出速度非常大时，物体还能落回地球吗？ (2)已知地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G，若物体紧贴地面飞行而不落回地面，其速度大小为多少？ (3)已知地球半径R＝6 400 km，地球表面的重力加速度g＝10 m/s2，则物体环绕地球表面做圆周运动的速度多大？ 14.(14分)“嫦娥一号”探月卫星的运动可简化为如图所示的过程，卫星由地面发射后，经过发射轨道进入停泊轨道，在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道。已知卫星在停泊轨道和工作轨道运行的半径分别为R和R1，地球半径为r，月球半径为r1，地球表面重力加速度为g，月球表面重力加速度为。求： (1)卫星在停泊轨道上运行的线速度大小； (2)卫星在工作轨道上运行的周期。 15. （17分）“嫦娥五号”月球探测器实现了中国首次无人月面取样返回，为中国探月工程的收官之战。已知地球表面重力加速度为 ，地球半径为 ，月球质量与地球质量之比为 ，月球半径与地球半径之比为 。求： （1） 月球表面的重力加速度； （2） 月球平均密度与地球平均密度之比； （3） 月球上的第一宇宙速度与地球上第一宇宙速度之比。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理人教版必修第二册 第七章《万有引力与宇宙航行》 7.4 宇宙航行 同步练解析版 1、 单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.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绕地球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近地点的速度 D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度 答案　A 解析　第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小发射速度，也是人造地球卫星绕地球飞行的最大环绕速度，A正确，B错误；当卫星的速度大于等于第二宇宙速度时卫星脱离地球的吸引而进入绕太阳运行的轨道，而卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度小于第二宇宙速度，故C错误；当物体的速度大于等于第三宇宙速度16.7 km/s时物体将脱离太阳的束缚成为一颗人造恒星，故D错误。 2．2021年10月16日，我国在酒泉卫星发射中心成功发射神舟十三号载人飞船，约6个半小时后，飞船与天和核心舱顺利完成快速自主交会对接．飞船在近地点高度200公里，远地点高度356公里的轨道上运行．若将神舟十三号绕地球的运动视作匀速圆周运动，则下列关于神舟十三号载人飞船的分析正确的是(　　) A．飞船发射速度大于11.2 km/s B．飞船绕地球飞行速度大于7.9 km/s C．飞船绕地球飞行周期小于24 h D．飞船绕地飞行过程中宇航员不再受重力作用 答案　C 解析　第一宇宙速度7.9 km/s是绕地球做圆周运动的卫星的最大绕行速度，也是最小的发射速度，则飞船的发射速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s，飞船绕地球飞行速度一定小于7.9 km/s，故A、B错误；地球同步卫星的轨道高度大约为地球半径的6倍，大于飞船的远地点高度，因为“越高越慢”，飞船绕地球飞行的周期小于24 h，故C正确；飞船飞行过程中仍受地球引力作用，宇航员仍受重力作用，故D错误． 3．某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星(即卫星相对于地面静止)。则此卫星的(　　) A．线速度大于第一宇宙速度 B．周期小于同步卫星的周期 C．角速度大于月球绕地球运行的角速度 D．向心加速度大于地面的重力加速度 答案 C　 解析 [根据万有引力提供向心力有＝m，得v＝，轨道半径越大，线速度越小，此卫星轨道 半径大于地球半径，线速度小于第一宇宙速度，A错误；该卫星相对于地面静止，周期应等于同步卫星的周期，B错误；该卫星周期为24 h，小于月球绕地球转动的周期(约27天)，ω＝，所以该卫星绕地球转动的角速度大于月球绕地球转动的角速度，C正确；根据＝ma，得a＝，卫星轨道半径大于地球半径，向心加速度小于地面的重力加速度，D错误。] 4．金星的半径是地球半径的，质量是地球质量的，忽略金星、地球自转的影响，金星表面的自由落体加速度与地球表面的自由落体加速度之比，金星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比分别是(　　) A．5∶8　1∶2 B．5∶8　∶2 C．1∶2　∶2 D．1∶2　1∶2 答案　B 解析　根据万有引力提供向心力，有＝m，解得v＝，得＝.根据在天体表面的物体的重力近似等于天体对物体的引力，有mg＝，解得g＝，所以＝，故选B. 5.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为(　　) A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s 答案　A 解析　在地球上有＝，行星上＝，将M′＝6M，R′＝1.5R，代入解得v′＝16 km/s，选项A正确。 6.已知地球半径为R，地面处的重力加速度为g(忽略地球自转的影响)，一颗距离地面高度为2R的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，下列关于卫星运动的说法正确的是(　　) A.线速度大小为 B.角速度为 C.加速度大小为 D.周期为6π 答案　B 解析　＝m＝mrω2＝mr＝ma，＝mg，解得v＝，ω＝，a＝g，T＝2π，选项B正确，A、C、D错误。 7.2020年11月24日4时30分，中国在海南文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”探测器，顺利将探测器送入预定轨道．如图为探测器先后绕月做匀速圆周运动的示意图，被月球捕获后进入轨道Ⅰ绕月球运行，距月球表面高度为200 km，经变轨后在轨道Ⅱ上运行，距月球表面高度为100 km.根据以上信息可知下列说法不正确的是(　　) A．在轨道Ⅱ上的运行速率大于在轨道Ⅰ上的运行速率 B．在轨道Ⅱ上的运行周期大于在轨道Ⅰ上的运行周期 C．在轨道Ⅱ上的向心加速度大于在轨道Ⅰ上的向心加速度 D．在轨道Ⅱ上和轨道Ⅰ上运行时，所携带的仪器都处于完全失重状态 答案　B 解析　根据G＝m可得v＝，则在轨道Ⅱ上的运行速率大于在轨道Ⅰ上的运行速率，所以A正确；根据＝m()2r可得T＝2π，则在轨道Ⅱ上的运行周期小于在轨道Ⅰ上的运行周期，所以B错误；根据G＝ma可得a＝，则在轨道Ⅱ上的向心加速度大于在轨道Ⅰ上的向心加速度，所以C正确；在轨道Ⅱ上和在轨道Ⅰ上运行时，万有引力全部提供向心力，则所携带的仪器都处于完全失重状态，所以D正确． 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.如图所示，在地球表面附近的A点发射卫星，当发射速度为v1时，卫星的轨道刚好为近地圆轨道1，当发射速度为v3时卫星恰好脱离地球的引力变为了绕太阳运动的小行星，则以下说法正确的是(　　) A.轨道3对应的发射速度v3为7.9 km/s B.轨道1对应的发射速度v1为7.9 km/s C.轨道2对应的发射速度可能为14.5 km/s D.轨道2对应的发射速度可能为10.8 km/s 答案　BD 解析　当卫星速度达到11.2 km/s，即为第二宇宙速度时，卫星就能脱离地球的束缚，变为了绕太阳运动的小行星，则v3大于11.2 km/s，故A错误；第一宇宙速度是人造地球卫星运行的最大环绕速度，也是发射卫星具有的最小发射速度，当发射速度为v1时，卫星的轨道刚好为近地圆轨道1，则v1为7.9 km/s，故B正确；卫星在轨道2上仍然围绕地球运动，没有脱离地球的束缚，所以轨道2对应的发射速度小于11.2 km/s，C错误，D正确。 9.如图所示，三颗人造卫星正在围绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(　　) A．卫星可能的轨道为a、b、c B．卫星可能的轨道为a、c C．同步卫星可能的轨道为a、c D．同步卫星可能的轨道为a 答案　BD 解析　卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必须与地心重合，所以卫星可能的轨道为a、c，A错误，B正确；同步卫星位于赤道的上方，可能的轨道为a，C错误，D正确． 10.如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等，且小于c的质量，则(　　) A.b所需向心力最小 B.b、c的周期相同且大于a的周期 C.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度 答案　ABD 解析　因卫星运动的向心力是由它们所受的万有引力提供的，而b所受的万有引力最小，故A正确；由＝ma得，a＝，即卫星的向心加速度与轨道半径的平方成反比，所以b、c的向心加速度大小相等且小于a的向心加速度，C错误；由＝mr得，T＝2π，即卫星运动的周期与其轨道半径三次方的平方根成正比，所以b、c的周期相等且大于a的周期，B正确；由G＝m得，v＝，即卫星的线速度与其轨道半径的平方根成反比，所以b、c的线速度大小相等且小于a的线速度，D正确。 三、填空题（共计2题，共计16分） 11．(6分)西昌卫星发射中心的火箭发射架上，有一待发射的卫星，它随地球自转的线速度为v1，周期为T1；发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动，线速度为v2，周期为T2；实施变轨后，使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动，线速度为v3，周期为T3.则v1、v2、v3的大小关系是____________；T1、T2、T3的大小关系是____________． 答案　v2>v3>v1(3分)　T1＝T3>T2(3分) 解析　对于待发射的卫星和同步卫星，角速度相等，由v＝rω知，v3>v1，由于同步卫星的周期与地球上的物体随地球自转的周期相同，故T1＝T3，根据万有引力提供向心力＝m得v＝，轨道半径越大，线速度越小，由于同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，故v2>v3，所以v1、v2、v3的大小关系是v2>v3>v1；根据万有引力提供向心力＝mr得T＝，轨道半径越大，周期越大，由于同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，故T3>T2，所以T1、T2、T3的大小关系是T1＝T3>T2. 12．(9分)“嫦娥五号”卫星在2020年11月发射升空．如图，已知月球的半径为R，月球表面的重力加速度为g月，引力常量为G，若“嫦娥五号”到月球中心的距离为r，忽略月球自转的影响，则月球的质量M＝______，“嫦娥五号”的运行周期T＝________，月球的第一宇宙速度v＝________. 答案　(3分)　(3分) (3分) 解析　在月球表面的物体受到的重力近似等于万有引力，＝mg月，化简可得月球的质量M＝. 根据万有引力提供向心力，＝mr，则周期T＝2π＝. 根据万有引力提供向心力，＝m，结合M＝，可知月球的第一宇宙速度v＝. 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.（10分）牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星．据此思考并讨论以下问题： (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？当抛出速度非常大时，物体还能落回地球吗？ (2)已知地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G，若物体紧贴地面飞行而不落回地面，其速度大小为多少？ (3)已知地球半径R＝6 400 km，地球表面的重力加速度g＝10 m/s2，则物体环绕地球表面做圆周运动的速度多大？ 答案　(1)当抛出速度较小时，物体做平抛运动．当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动．当抛出速度非常大时，物体不能落回地球． (2)物体不落回地面，应围绕地球做匀速圆周运动，所需向心力由万有引力提供，G＝m，解得v＝. (3)当其紧贴地面飞行时，r≈R，由mg＝m得v＝＝8 km/s. 14.(14分)“嫦娥一号”探月卫星的运动可简化为如图所示的过程，卫星由地面发射后，经过发射轨道进入停泊轨道，在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道。已知卫星在停泊轨道和工作轨道运行的半径分别为R和R1，地球半径为r，月球半径为r1，地球表面重力加速度为g，月球表面重力加速度为。求： (1)卫星在停泊轨道上运行的线速度大小； (2)卫星在工作轨道上运行的周期。 答案　(1)r　(2) 解析　(1)设卫星的质量为m，该卫星在停泊轨道上运行的线速度大小为v，地球的质量为M，处于地球表面的某一物体的质量为m′，卫星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，有 G＝m 且有G＝m′g 解得v＝r。 (2)设卫星在工作轨道上运行的周期为T，月球的质量为M1，处于月球表面的某一物体质量为m″，则有 G＝mR1 又有Gm″＝m″ 解得T＝。 15. （17分）“嫦娥五号”月球探测器实现了中国首次无人月面取样返回，为中国探月工程的收官之战。已知地球表面重力加速度为 ，地球半径为 ，月球质量与地球质量之比为 ，月球半径与地球半径之比为 。求： （1） 月球表面的重力加速度； （2） 月球平均密度与地球平均密度之比； （3） 月球上的第一宇宙速度与地球上第一宇宙速度之比。 答案 [1] [2] [3] [1]“嫦娥五号”在月球表面，由万有引力定律及牛顿第二定律可得 “嫦娥五号”在地球表面，有 联立得 。 [2]月球密度 地球密度 。 [3]月球上的第一宇宙速度 月 地球上第一宇宙速度 地 则月球上的第一宇宙速度与地球上第一宇宙速度之比 。 学科网（北京）股份有限公司 $