宇宙航行訓(xùn)練-【新教材】人教版高中物理必修同步word版含答案

宇宙航行一、單選題國家航天局探月與航天工程中心表示，2020年我國首次實施火星探測任務(wù)，并計劃實現(xiàn)對火星的全球性、綜合性環(huán)繞探測．下列關(guān)于火星探測器的說法中正確的是(????)A.發(fā)射速度只要大于第一宇宙速度即可

B.發(fā)射速度只有達到第三宇宙速度才可以

C.發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度

D.以上說法均不正確2020年6月23日，我國北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功，這顆衛(wèi)星是地球靜止軌道衛(wèi)星。如圖所示，在發(fā)射的過程中，衛(wèi)星首先進入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進入地球同步軌道Ⅱ，則：A.該衛(wèi)星的發(fā)射速度必定大于11.?2?km/s

B.衛(wèi)星在同步軌道Ⅱ上的運行速度小于7.?9?km/s，可以位于北京上空我國計劃2020年左右建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。如圖所示，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星(離地面高度約21000?km)及其他軌道衛(wèi)星共35顆組成。則(????)A.靜止軌道衛(wèi)星指相對地表靜止，其可定位在北京正上空

B.中地球軌道衛(wèi)星的線速度比靜止軌道衛(wèi)星大

C.中地球軌道衛(wèi)星周期大于24小時

D.靜止軌道衛(wèi)星的發(fā)射速度小于第一宇宙速度2018年12月8日凌晨2點24分，中國長征三號乙運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，把“嫦娥四號”探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，“嫦娥四號”經(jīng)過地月轉(zhuǎn)移軌道的P點時實施一次近月調(diào)控后進入環(huán)月圓形軌道I，再經(jīng)過系列調(diào)控使之進入準備“落月”的橢圓軌道Ⅱ，于2019年1月3日上午10點26分，最終實現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸。若繞月運行時只考慮月球引力作用，下列關(guān)于“嫦娥四號”的說法正確的是(????)A.

經(jīng)過軌道I的P點時必須進行減速才能進入軌道Ⅱ

B.

沿軌道I運行的速度大于月球的第一宇宙速度

C.

“嫦娥四號”的發(fā)射速度必須大于11.2km/s

D.

沿軌道I運行至P點的加速度小于沿軌道Ⅱ近年科學(xué)界經(jīng)過論證認定：肉眼無法從太空看長城，但遙感衛(wèi)星可以“看”到長城。已知某遙感衛(wèi)星在離地球高度約為300km的圓軌道上運行，地球半徑約為6400km，地球同步衛(wèi)星離地球高度約為地球半徑的5.6倍。則以下說法正確的是A.遙感衛(wèi)星的發(fā)射速度不超過第一宇宙速度

B.遙感衛(wèi)星運行速度約為8.1km/s

C.地球同步衛(wèi)星運行速度約為3.1km/s

D.遙感衛(wèi)星只需加速，即可追上同軌道運行的其他衛(wèi)星假設(shè)宇宙中有兩顆相距無限遠的行星A和B，半徑分別為RA和RB.兩顆行星周圍衛(wèi)星的軌道半徑的三次方(r3)與運行周期的二次方(T2)A.行星A的質(zhì)量小于行星B的質(zhì)量

B.行星A的密度小于行星B的密度

C.行星A的第一宇宙速度等于行星B的第一宇宙速度

D.當兩行星的衛(wèi)星軌道半徑相同時，行星A的衛(wèi)星的向心加速度大于行星B的衛(wèi)星的向心加速度科技日報北京2017年9月6日電，英國《自然天文學(xué)》雜志發(fā)表的一篇論文稱，某科學(xué)家在銀河系中心附近的一團分子氣體云中發(fā)現(xiàn)了一個黑洞．科學(xué)研究表明，當天體的逃逸速度(逃逸速度為第一宇宙速度的2倍)超過光速時，該天體就是黑洞．已知某天體與地球的質(zhì)量之比為k，地球的半徑為R，地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度(第一宇宙速度)為v1，光速為c，則要使該天體成為黑洞，其半徑應(yīng)小于A.2v12Rkc2 B.“雙星系統(tǒng)”由相距較近的星球組成，每個星球的半徑均遠小于兩者之間的距離，而且雙星系統(tǒng)一般遠離其他天體，它們在彼此的萬有引力作用下，繞某一點做勻速圓周運動。如圖所示，某一雙星系統(tǒng)中A星球的質(zhì)量為m1，B星球的質(zhì)量為m2，它們球心之間的距離為L，引力常量為G，則下列說法正確的是(

A.B星球的軌道半徑為m2m1+m2L

B.A星球運行的周期為2πLLG(m1+m北京時間2019年4月10日21點整，全世界的太空迷們翹首以盼，人類首張黑洞照片即將揭開神秘面紗。黑洞究竟長什么樣？物理和天文學(xué)者眼里的黑洞和普通人看到的有什么不一樣呢？如圖所示是M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞的模擬圖像。中間的黑色區(qū)域是黑洞的剪影。人類首次發(fā)現(xiàn)的引力波就來源于距地球之外13億光年的兩個黑洞互相繞轉(zhuǎn)最后合并的過程。設(shè)兩個黑洞A、B繞其連線上的O點做勻速圓周運動，黑洞A的質(zhì)量大于黑洞B的質(zhì)量，引力常量為G，則A.黑洞A的軌道半徑大于黑洞B的軌道半徑

B.黑洞A的線速度一定大于黑洞B的線速度

C.若兩個黑洞間的距離為L，其運動周期為T，則兩個黑洞的總質(zhì)量為

M=4π2L32016年2月11日，科學(xué)家宣布“激光干涉引力波天文臺(LIGO)”探測到由兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號，這是在愛因斯坦提出引力波概念100周年后，引力波被首次直接觀測到。在兩個黑洞合并過程中，由于彼此間的強大引力作用，會形成短時間的雙星系統(tǒng)。如圖(略)所示，黑洞A、B可視為質(zhì)點，它們圍繞連線上O點做勻速圓周運動，且AO大于BO，不考慮其他天體的影響。下列說法正確的是(????)A.黑洞A的向心力大于B的向心力

B.黑洞A的線速度大于B的線速度

C.黑洞A的質(zhì)量大于B的質(zhì)量

D.兩黑洞之間的距離越大，A的周期越小二、多選題(多選)同步衛(wèi)星在赤道上空同步軌道上定位以后，由于受到太陽、月球及其他天體的引力作用影響，會產(chǎn)生漂移運動而偏離原來的位置，若偏離達到一定程度，就要發(fā)動衛(wèi)星上的小發(fā)動機進行修正。如圖所示，實線為離地面36000km的同步軌道，B和C為兩個已經(jīng)偏離軌道但仍在赤道平面內(nèi)運行的衛(wèi)星，要使它們回到同步軌道上應(yīng)(????)A.開動B的小發(fā)動機向前噴氣，使B適當減速

B.開動B的小發(fā)動機向后噴氣，使B適當加速

C.開動C的小發(fā)動機向前噴氣，使C適當減速

D.開動C的小發(fā)動機向后噴氣，使C適當加速(多選)如圖所示，關(guān)于人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是(????)A.衛(wèi)星可能的軌道為a、b、c B.衛(wèi)星可能的軌道為a、c

C.同步衛(wèi)星可能的軌道為a、c D.同步衛(wèi)星可能的軌道為a如圖所示，地球同步衛(wèi)星的發(fā)射過程可分為三個階段：先將衛(wèi)星發(fā)射到近地的圓軌道1；然后設(shè)法使其沿橢圓軌道2運行；最后使其進入同步軌道3.軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，衛(wèi)星分別在三條軌道上正常運行時，以下說法正確的是(

)A.在軌道3的角速度小于在軌道1的角速度

B.在所有軌道上運行的速度都不可能大于7.9?km/s

C.在軌道2上通過P點時的加速度與通過Q點時的加速度相等

D.在軌道3上通過p點時的速率小于在軌道2上通過Q點時的速率(多選)如下圖所示，質(zhì)量相同的三顆衛(wèi)星a、b、c繞地球做勻速圓周運動，其中衛(wèi)星b、c在地球的同步軌道上，衛(wèi)星a距離地球表面的高度為R，此時衛(wèi)星a、b恰好相距最近．已知地球的質(zhì)量為M、半徑為R、地球的自轉(zhuǎn)角速度為ω.引力常量為G，則(????)A.發(fā)射衛(wèi)星a時速度要大于7.9km/s

B.衛(wèi)星b距地面的高度為3GMω2

C.衛(wèi)星a和b下一次相距最近還需經(jīng)過時間t=2πGM8R3-ω三顆人造衛(wèi)星A、B、C都在赤道正上方同方向繞地球做勻速圓周運動，A、C為地球同步衛(wèi)星，某時刻A、B相距最近，如圖所示，已知地球自轉(zhuǎn)周期為T1，B的運行周期為T2，則下列說法正確的是(

)A.C加速可追上同一軌道上的A

B.經(jīng)過時間T1T22(T1-T2)，A、B相距最遠

C.A、C三、計算題天文學(xué)家觀測發(fā)現(xiàn)，天王星的運動軌道有些“古怪”，根據(jù)萬有引力計算出來的軌道與實際觀測的結(jié)果總有一些偏差；英國劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當斯和法國年輕的天文學(xué)家雷維耶相信在天王星軌道外面還存在一顆未發(fā)現(xiàn)的行星；他們根據(jù)天王星的觀測資料，各自獨立地利用萬有引力定律計算出這顆“新”行星的軌道，后來這顆行星被命名為“海王星”；設(shè)天王星和海王星各自繞太陽做勻速圓周運動，兩行星的軌道平面共面，它們繞行的方向相同；天王星的軌道半徑為r0，周期為T0，根據(jù)萬有引力計算出來的軌道與實際觀測的結(jié)果每經(jīng)時間t出現(xiàn)一次偏差；假設(shè)忽略各行星之間的萬有引力，引力常量為G，求(1)太陽的質(zhì)量M，

(2)根據(jù)所給條件計算海王星的軌道半徑r．

如圖所示，A是地球的同步衛(wèi)星，另一衛(wèi)星B的圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為h。已知地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)角速度為ω，地球表面的重力加速度為g，O為地球中心。

(1)求衛(wèi)星B的運行周期；(2)若衛(wèi)星B繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，某時刻A、B兩衛(wèi)星相距最近，則至少經(jīng)過多長時間，它們再一次相距最近?

已知月球半徑為R，月球表面的重力加速度為g0，飛船在繞月球的圓形軌道Ⅰ上運動，A點距月球表面的高度為月球半徑的3倍，飛船到達軌道Ⅰ的A點時點火變軌進入橢圓軌道Ⅱ，到達軌道的近月點B時再次點火進入近月軌道Ⅲ繞月球做圓周運動。已知引力常量G，把月球看做質(zhì)量分布均勻的球體，求：

(1)月球的質(zhì)量和飛船在軌道Ⅰ上運動的周期；(2)飛船從軌道Ⅱ上的遠月點A運動至近月點B所用的時間；(3)如果在軌道Ⅰ、Ⅲ上分別有一顆衛(wèi)星，它們繞月球飛行方向相同，某時刻兩衛(wèi)星相聚最遠，則再經(jīng)過多長時間，它們會第一次相聚最近？

答案解析

【解析】火星探測器飛離地球擺脫地球引力束縛，并未飛出太陽系擺脫太陽引力束縛，故發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，A、B、D錯誤，C正確．

【解析】A.該衛(wèi)星的發(fā)射速度必須小于第二宇宙速度11.2km/s，因為一旦達到第二宇宙速度，衛(wèi)星會掙脫地球的引力，不繞地球運行。故A錯誤；

B.7.9km/s即第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，也是最大的環(huán)繞速度，故同步衛(wèi)星運行的線速度一定小于第一宇宙速度，但同步衛(wèi)星只能固定在赤道上空，故B錯誤；

C.在軌道Ⅰ上，由P點向Q點運動，萬有引力做負功，則動能減小，P點的動能大于Q點的動能。故C錯誤；

D.由于稀薄大氣的影響，如不加干預(yù)，在運行一段時間后，半徑變小，速度變大，該衛(wèi)星的動能可能會增加，則D正確故選D。

【解析】A.靜止軌道衛(wèi)星指相對地表靜止的同步衛(wèi)星，周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期，但是同步衛(wèi)星軌道只有一個，在赤道上空，不能定位在北京正上空，故A錯誤；B.由根據(jù)萬有引力提供向心力GMmr2=mvC.由GMmr2=m(2π)2D.第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，故靜止軌道衛(wèi)星的發(fā)射速度大于第一宇宙速度，故D錯誤。故選B。

【解析】A、要想讓衛(wèi)星進行近月軌道，經(jīng)過軌道I的P點時必須進行減速，從而使萬有引力大于其需要的向心力，從而使高度下降，故A正確；

B、I是繞月球轉(zhuǎn)動的軌道，由公式v=GM月r可知，軌道I的半徑大于月球的半徑，所以沿軌道I運行的速度小于月球的第一宇宙速度，故B錯誤；

C、嫦娥四號仍在地月系里，也就是說嫦娥四號沒有脫離地球的束縛，故其發(fā)射速度需小于第二宇宙速度而大于第一宇宙速度，故C錯誤；

D、衛(wèi)星經(jīng)過P點時的加速度由萬有引力產(chǎn)生，不管在哪一軌道只要經(jīng)過同一個P點時，萬有引力在P點產(chǎn)生的加速度相同，故D錯誤。

【解析】A.由題中數(shù)據(jù)可知，飛船運行離地表很近，飛船的線速度接近第一宇宙速度，但發(fā)射速度是飛離地球的初速度，一定大于第一宇宙速度才可以成為衛(wèi)星，A錯誤；

B.遙感衛(wèi)星運行速度小于地球第一宇宙速度7.9?km/s，B錯誤；

C.GMm(6.6R)2=m?6.6R?(2πT)2=mv26.6R【解析】A、根據(jù)萬有引力提供向心力，有GMmr2=m4π2T2r，解得T2=4π2r3GM，對于環(huán)繞行星A表面運行的衛(wèi)星，有T02=4π2RA3GMA，對于環(huán)繞行星B表面運行的衛(wèi)星，有T02=4π2RB3GMB，聯(lián)立解得RA3MA=RB3MB，由題圖可知RA【解析】地球的第一宇宙速度為v1，根據(jù)萬有引力提供向心力，有

GMmR?2=mv12R

得到：GM=v12?R

由題得第二宇宙速度v2=【解析】A.由于兩星球的周期相同，則它們的角速度也相同，設(shè)兩星球運行的角速度為ω，根據(jù)牛頓第二定律，對A星球有：Gm1m2L2=m1ω2r1，對B星球有：Gm1m2L2=m2ω2r2，得r1:r2=m2:m1，又r1+r2=L，得r1【解析】A、兩個黑洞構(gòu)成雙星，相互的引力充當向心力，即GmAmBL2=mAω2rA=mBω2rB，角速度相等，軌道半徑與質(zhì)量成反比，黑洞A的質(zhì)量大于黑洞B的質(zhì)量，則A的軌道半徑小于B的軌道半徑，故A錯誤；

B、根據(jù)v=ωr知A的線速度小于B的線速度，故B錯誤；

C、根據(jù)Gm【解析】A、雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第三定律可知，A對B的作用力與B對A的作用力大小相等，方向相反，則黑洞A的向心力等于B的向心力，故A錯誤；

B、雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，具有相同的角速度，由圖可知A的半徑比較大，根據(jù)v=ωr可知，黑洞A的線速度大于B的線速度．故B正確；

C、在勻速轉(zhuǎn)動時的向心力大小關(guān)系為：mA?ω?2rA?=mB?ω?2rB?，由于A的半徑比較大，所以A的質(zhì)量小，故C錯誤，

D、雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，所以G【解析】AB.由題意可知：B衛(wèi)星軌道高度大于同步衛(wèi)星軌道，要回到同步軌道衛(wèi)星需做近心運動，根據(jù)近心運動條件的萬有引力大于在B軌道上圓周運動所需的向心力，所以B衛(wèi)星需減速，即向前噴氣，使得所需向心力減小從而滿足近心運動條件，故A正確、B錯誤；

CD.由題意可知：A衛(wèi)星軌道高度小于同步衛(wèi)星的軌道高度，要回到同步衛(wèi)星軌道衛(wèi)星需做離心運動，根據(jù)離心運動條件有萬有引力要小于圓周運動的向心力，所以A衛(wèi)星需加速，即向后噴氣，使得所需向心力增加而滿足離心運動條件做離心運動而抬高軌道至同步衛(wèi)星軌道，故D正確、C錯誤。故選AD。

【解析】AB.衛(wèi)星圍繞地球做圓周運動，萬有引力提供圓周運動向心力，由于萬有引力指向地心，故衛(wèi)星軌道的圓心為地心，由圖可知，軌道b的平面與地心不共面，故b不可能是地球衛(wèi)星的軌道，故A錯誤，B正確；

CD.同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，故其軌道平面與赤道平面重合，軌道c不與赤道共面，不可以是同步衛(wèi)星軌道，同步衛(wèi)星可能的軌道為a，故C錯誤，D正確；

故選BD。

【解析】A.衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運動，由萬有引力提供向心力：GMmr2=m4π2rT2，T=2πr3GM；軌道3半徑比軌道1半徑大，所以衛(wèi)星在軌道3上的周期大于在軌道B.衛(wèi)星在軌道1上做勻速圓周運動，線速度恰好為第一宇宙速度：7.9Km/s，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過Q點時做離心運動，說明其速度比軌道1上速度要大，因此衛(wèi)星在圓軌道2上Q附近的運行速率大于7.9km/s，故B錯誤；C.衛(wèi)星運行時只受萬有引力，加速度a=GMr2，所以衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度等大于它在軌道2上經(jīng)過PD.勻速圓周運動的衛(wèi)星線速度：V=GM?r衛(wèi)星在軌道3上經(jīng)過速率速率小于在軌道1上的速率，在軌道2上通過Q點時做離心運動，說明此時速率大于軌道1上運行速率，而軌道1上時的速率又大于在軌道3上的速率所以

D正確。故選AC【解析】A.衛(wèi)星b、c繞地球在較高的軌道上做勻速圓周運動，7.9km/s是指在地球上發(fā)射的物體繞地球飛行作圓周運動所需的最小初始速度，所以發(fā)射衛(wèi)星b、c時速度大于7.9km/s，故A正確；

、c在地球的同步軌道上，所以衛(wèi)星b、c和地球具有相同的周期和角速度。由萬有引力提供向心力，GMmr2=mω2r，

得r=3GMω2，所以衛(wèi)星b距離