第5章 第2讲 人造卫星 宇宙速度(练习Word版)-【创新教程】2027年高考物理总复习大一轮课时作业

**基本信息** 以航天工程实例为载体，构建"概念辨析-公式应用-综合建模"三阶训练体系，突出万有引力定律在天体运动中的科学推理与模型建构。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础落实练|7题|单选为主，含1道多选|从空间站陀螺受力分析切入，通过神舟飞船周期计算、月球第一宇宙速度推导，建立"万有引力提供向心力"核心逻辑链| |能力综合练|3题|2道多选1道单选|结合火星探测、出舱活动等情境，训练轨道参量比较（v、T、a）及重力加速度与密度关联计算，强化科学论证能力| |素养培优练|2题|多选|以卫星对接、地月三星星座为背景，考查变轨原理与开普勒第三定律应用，渗透科学态度与社会责任|

课时冲关26　人造卫星　宇宙速度 学生用书　P376 [基础落实练] 1. “天宫课堂”中，航天员演示了关于陀螺的实验．对于在空间站中处于“静止”状态的陀螺，下列说法正确的是(　　) A．陀螺相对于地球表面静止 B．陀螺所受合外力不为零 C．陀螺受到万有引力和向心力的作用 D．陀螺处于失重状态，不受重力 解析：B　[陀螺与空间站相对静止，则陀螺随空间站在万有引力作用下绕地球做匀速圆周运动，故A错误；陀螺随空间站在万有引力作用下绕地球做匀速圆周运动，其合外力不为0，故B正确；陀螺受到万有引力作用，向心力是效果力，故C错误；陀螺处于失重状态，依然受重力作用，故D错误．] 2.2025年4月24日，神舟二十号载人飞船成功发射并与中国空间站成功对接．已知地球质量6.0×1024kg，地球半径6.4×103 km，万有引力常量6.67×10－11 N·m2/kg2.若空间站在轨做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　) A．空间站运行的周期约1.5 h B．空间站在轨运行速度大于7.9 km/s C．鱼在水中摆尾游动时不受水的作用力 D．根据以上数据可求出空间站的引力大小 解析：A　[中国空间站绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得＝mr， 可得T＝，其中r＝R＋h＝6.8×103 km，代入数据解得空间站运行的周期为T≈1.5 h，故A正确；由万有引力提供向心力得＝m，可得v＝，地球第一宇宙速度7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大线速度，所以空间站在轨运行速度小于7.9 km/s，故B错误；鱼在水中摆尾游动时，鱼与水存在相互作用，鱼受水的作用力，故C错误；由于空间站的质量不知道，所以根据以上数据不能求出空间站的引力大小，故D错误．] 3．我国计划在2030年前实现载人登月．已知地球与月球的密度之比为5∶3，近地卫星的环绕周期为T，月球的半径为R，则月球的第一宇宙速度为(　　) A.·　　　　　　 B.· C.· D.· 解析：A　[设地球质量为M，地球半径为r，则G＝mr2，又ρ＝， 解得ρ＝，同理，飞船贴着月球表面环月飞行时ρ＝，解得T′＝T， 月球的第一宇宙速度v＝＝·，故选A.] 4. (多选)如图所示，a为地球赤道上随地球自转的物体，b、c均为人造卫星，其中c为地球静止轨道同步卫星。已知地球半径为R，卫星b、c的轨道半径分别为r1、r2，则(　　) A．a、c的向心加速度的大小之比为r∶R2 B．a、c的向心加速度的大小之比为R∶r2 C．a、b的周期之比为∶ D．a、b的周期之比为∶ 解析：BD　[a、c的角速度相等，根据a＝ω2r可得，a、c的向心加速度的大小之比为aa∶ac＝R∶r2，故A错误，B正确；a、c的周期相等，所以a、b的周期之比等于c、b的周期之比，根据开普勒第三定律可得＝，可得a、b的周期之比为Ta∶Tb＝Tc∶Tb＝∶，故C错误，D正确．] 5．6月2日，嫦娥六号成功着陆月背南极—艾特肯盆地，它通过早先发射的“鹊桥二号”中继卫星与地球实现信号传输及控制，完成了月球背面采样任务．在地月连线上存在一点“拉格朗日L2”，“鹊桥二号”在随月球绕地球同步公转的同时，沿“Halo轨道”(与地月连线垂直)绕L2转动，如图所示．下列有关说法正确的是(　　) A．“鹊桥二号”的发射速度大于11.2 km/s B．“鹊桥二号”的向心力由月球引力提供 C．“鹊桥二号”绕地球运动的周期约等于月球绕地球运动的周期 D．“鹊桥二号”若刚好位于L2点，能够更好地为嫦娥六号探测器提供通信支持 解析：C　[“鹊桥二号”依然绕地球运动，其发射速度应大于7.9 km/s，小于11.2 km/s.故A错误；“鹊桥二号”的向心力由月球引力和地球引力共同提供．故B错误；依题意，“鹊桥二号”随月球绕地球同步公转，可知绕地球运动的周期约等于月球绕地球运动的周期．故C正确；“鹊桥二号”若刚好位于L2点，由几何关系可知，通讯范围较小，不能够更好地为嫦娥六号探测器提供通信支持．故D错误．] 6.如图所示，A是地球赤道上方的一颗地球同步卫星，B是一颗地球遥感卫星，它们都绕着地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　) A．A卫星与地球球心的连线在8小时内转过的圆心角为 B．在相同时间内，A卫星转过的弧长比B卫星转过的弧长短 C．B卫星的运行周期一定大于24小时 D．B卫星的运行速度大于第一宇宙速度 解析：B　[A是同步卫星，周期为24 h，与地球球心的连线在8小时内转过的圆心角为θ＝×2π＝，故A错误；根据＝m，解得v＝，可知A卫星的线速度小于B卫星的线速度，由s＝vt，可知在相同时间内，A卫星转过的弧长比B卫星转过的弧长短．故B正确；同理，由＝mr，解得T＝，可知B卫星的运行周期一定小于A卫星的周期，即小于24小时．故C错误；第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度，所以B卫星的运行速度小于第一宇宙速度．故D错误．] 7．2025年4月，我国已成功构建国际首个基于DRO(远距离逆行轨道)的地月空间三星星座．若卫星甲从DRO变轨进入环月椭圆轨道，该轨道的近月点和远月点距月球表面的高度分别为a和b，卫星的运行周期为T；卫星乙从DRO变轨进入半径为r的环月圆形轨道，周期也为T.月球的质量为M，半径为R，引力常量为G.假设只考虑月球对甲、乙的引力，则(　　) A．r＝　　　　 B．r＝ C．M＝ D．M＝ 解析：C　[对于环月椭圆轨道和环月圆轨道，根据开普勒第三定律有＝， 可得r＝，故A、B错误； 对于环月圆轨道，根据万有引力提供向心力可得＝m2r 可得M＝，故C正确，D错误．] [能力综合练] 8．(多选)“天问一号”是执行中国首次火星探测任务的探测器于2021年5月15日在火星表面成功着陆．“天问二号”于2025年5月29日成功发射．已知火星质量约为地球质量的，火星半径约为地球半径的.假设探测器着陆前绕火星运行的轨道为圆轨道，半径近似为火星半径．关于探测器的运动，下列说法正确的是(　　) A．其相对于火星的速度小于地球第一宇宙速度 B．其相对于火星的速度大于地球第一宇宙速度 C．其绕火星飞行的周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的 倍 D．其绕火星飞行的周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的 倍 解析：AC　[设星球质量为M，半径为R，第一宇宙速度为v，根据＝m， 解得v＝， 可得v地＝，v火＝＝·， 即探测器相对于火星的速度小于地球第一宇宙速度，故A正确，B错误； 同理，可得＝mR， 解得T＝， 可得T地＝，T火＝＝· 即探测器绕火星飞行的周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的 倍，故C正确，D错误．] 9．(多选)2025年12月9日18时45分，“神舟二十一号”乘组航天员张陆、武飞、张洪章紧密协同，在空间站机械臂和地面科研人员配合下，完成了8个多小时的出舱活动，圆满完成了第一次出舱任务．以下说法中正确的是(　　) A．航天员出舱时，可以不系安全绳 B．航天员不受重力，处于漂浮状态 C．航天员的速度和向心加速度都比地球同步卫星大 D．研究机械臂具体操作时，不可以把机械臂看成质点 解析：CD　[航天员处于完全失重状态，以某一速度出舱时一定要系安全绳，否则回不来，航天员仍受重力，这时万有引力和重力相等，提供航天员圆周运动的向心力，故A、B错误；根据万有引力提供向心力G＝ma＝m，解得a＝G，v＝，因为“神舟二十一号”运行的轨道半径小于地球同步卫星运行的轨道半径，则有航天员的速度和向心加速度都比地球同步卫星大，故C正确；研究机械臂具体操作时，机械臂的大小和形状不能忽略，所以不可以把机械臂看成质点，故D正确．] 10．2025年9月9日，我国以一箭11星方式，成功将吉利星座05组卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功．已知该组卫星绕地球做圆周运动的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，下列说法正确的是(　　) A．该组卫星的发射速度可能大于第二宇宙速度 B．该组卫星绕地球运行的线速度可能大于第一宇宙速度 C．该组卫星发射升空的过程中受到地球的万有引力不变 D．该组卫星的运行周期小于地球自转周期 解析：D　[第二宇宙速度(11.2 km/s)是脱离地球引力的最小速度．若发射速度超过第二宇宙速度，卫星将脱离地球引力束缚，无法绕地球运行．该组卫星仍绕地球运动，说明发射速度介于第一宇宙速度(7.9 km/s)和第二宇宙速度之间，但不可能超过第二宇宙速度，故A错误； 第一宇宙速度是近地轨道的最大环绕速度，该组卫星绕地球运行的线速度一定小于第一宇宙速度，故B错误； 由万有引力公式为F＝知 卫星发射升空时，轨道半径r逐渐增大，引力逐渐减小，故C错误； 根据万有引力提供向心力可得G＝mr，解得T＝， 由于该组卫星绕地球做圆周运动的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，则周期小于地球同步卫星的周期，即该组卫星的运行周期小于地球自转周期，故D正确．] 11．(多选)宇航员在离地球表面高h处由静止释放一小球，经时间t小球落到地面：若他在某星球表面同样高处由静止释放一小球，需经时间4t小球落到星球表面(星球和地球上的空气阻力均不计)．已知该星球的半径与地球的半径之比为＝，则星球与地球的(　　) A．第一宇宙速度之比为＝ B．第一宇宙速度之比为＝ C．密度之比为＝ D．密度之比为＝ 解析：BD　[小球做自由落体运动，则h＝gt2，可得g＝，可得星球与地球的表面附近的重力加速度之比为＝＝，根据万有引力提供向心力G＝m，根据万有引力与重力的关系G＝mg，可得v＝，星球与地球的第一宇宙速度之比为＝＝＝，故A错误，B正确；根据万有引力与重力的关系G＝mg，球体体积为V＝πR3，密度为ρ＝，联立可得ρ＝，密度之比为＝＝＝，故C错误，D正确．] [素养培优练] 12．(多选)2025年4月24日，神舟二十号载人飞船进入预定轨道，将按照预定程序与空间站组合体进行自主快速对接，并与神舟十九号航天员乘组进行在轨轮换．对接前，空间站、神舟二十号均绕地球沿顺时针方向转动，图乙中A为空间站的在轨位置．已知引力常量为G，则下列说法正确的是(　　) A．对接前，神舟二十号飞船可能先在B位置所在轨道绕行，再加速变轨与空间站对接 B．对接前，神舟二十号飞船的环绕速度小于空间站的环绕速度 C．对接的瞬间，神舟二十号飞船的加速度与空间站的加速度大小相等 D．对接后，由于组合体质量变大，则与地球间万有引力变大，故运行的角速度增大 解析：AC　[神舟二十号欲与天和空间站实现对接，神舟二十号应由低轨道点火加速，做离心运动与空间站对接，因此对接前神舟二十号可能先在B位置所在轨道绕行，故A正确；对接前神舟二十号应在低轨道上环绕地球做匀速圆周运动，则由＝m，得v＝，即对接前神舟二十号飞船的环绕速度大于空间站的环绕速度，故B错误；对接的瞬间，神舟二十号飞船、空间站到地心的距离相等，则由＝ma，得a＝，对接瞬间，二者的加速度大小相等，故C正确；由＝mrω2，可知m约去，故组合体质量变大，不影响角速度，故D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $