物理人教版必修第二冊第4節(jié)宇宙航行作業(yè)

【精品】第4節(jié)宇宙航行練習

一.單項選擇（）

1.某顆中子星的質量約為地球質量的5x10、倍，半徑約為20km,每秒鐘可沿自己的軸

線自轉600圈。已知地球的半徑為aiOOkm,地球表面的重力加速度取10m/s2,則該中

子星赤道的重力加速度大小與地球表面的重力加速度大小之比約為（）

A.8x10'*B.6x10"c.4xl0'2D.2xlO10

2.“嫦娥四號”月球探測器成功在月球背面軟著陸，這是人類首次成功登陸月球背面。

如圖所示，假設“嫦娥四號”在半徑為r的圓形軌道I上繞月球運行，周期為T.某時刻

“嫦娥四號”在A點變軌進入橢圓軌道U,在月球表面的B點貼近月球表面飛行，

40、3三點在一條直線上.已知月球的半徑為此引力常量為G,則（）

A.在軌道n上/和6兩點的加速度之比為

B.在軌道n上/和8兩點的線速度之比為

R+r

從力點運動到4點的時間為4r2r

D.月球的平均密度為彳

3.2021年9月20日，“天舟三號”貨運飛船成功發(fā)射，并與空間站“天和”核心艙順

利對接。中國空間站“天和”核心艙繞地球飛行的軌道可視為圓軌道，軌道離地面的高

度約為地球半徑的16。已知地球表面重力加速度大小為g（忽略地球自轉），地球的半

徑為R,則核心艙飛行的周期為（）

7%17R17兀

而gD.16Yg

4.“神舟”五號飛船的成功升空標志著我國進入了載人航天時代，“神舟”五號飛船

繞地球的飛行可視為勻速圓周運動，則對于飛船運行速度b的大小來說，正確的是（）

A.v<7.9km/s

B.v=7.9km/s

C.7.9km/s<v<11.2km/s

D.v=11.2km/s

5.中國科學技術大學潘建偉教授領銜的團隊實現干公里級的星地雙向量子糾纏分發(fā)。

已知“墨子號”衛(wèi)星最后定軌離地面500km的圓軌道上，同步衛(wèi)星距離地面的高度約為

36000km,已知引力常量G,地球半徑此地球表面重力加速度&地球自轉周期兀下

列正確的是（）

A.“墨子號”衛(wèi)星的線速度小于地球同步通信衛(wèi)星的線速度

B.“墨子號”衛(wèi)星的向心加速度與地面的重力加速度相同

C.由以上數據不能算出地球的質量

D.由以上數據可以算出“墨子號”環(huán)繞地球運行的線速度大小

6.地球.火星運行到太陽的兩側且三者近乎處于一條直線，這種現象稱作“日凌”。

2021年9月下旬至10月中旬，火星探測器“天問一號”處在“日凌”階段，“天問一

號”與地球的通信受到太陽電磁輻射干擾，出現不穩(wěn)定甚至中斷。10月中旬“日凌”結

束時，火星的位置可能是（）

/.L.O10月中旬

；太陽\

:.一。羽下旬

火星qy一…地球/

力■、y

CO-

A.1處B.B處C.C處D.。處

7.2021年7月4日航天員劉伯明.湯洪波身著中國自主研制的新一代“飛天”艙外航

天服，先后從天和核心艙節(jié)點艙成功出艙，在機械臂支持下，相互配合開展空間站艙外

有關設備組裝等作業(yè)。如圖所示，站在機械臂上的航天員（）

A.對地速度為零

B.對地加速度為零

C.處于二力平衡狀態(tài)

D.處于完全失重狀態(tài)

8.“探月熱”方興未艾，“嫦娥三號”于2013年12月2日發(fā)射升空，其所搭載的“玉

兔”月球車成功降落月球。若已知月球質量為布月，半徑為凡引力常量為G,以下說法

正確的是（）

A.若在月球上以初速度%豎直上拋一個物體，則物體上升的最大高度為2Gm月

B.若在月球上以初速度%豎直上拋一個物體，則物體落回到拋出點所用時間為Gm月

C.若在月球上發(fā)射一顆繞月球做圓周運動的衛(wèi)星，則最大運行速度為

2兀R

Gm

D.若在月球上發(fā)射一顆繞月球做圓周運動的衛(wèi)星，則最小周期為f]

9.2021年10月14日18時51分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射首段太陽科學技

術實驗衛(wèi)星“羲和號”，運行于高度為517公里的軌道，主要科學載荷為太陽空間望遠

鏡，10月16日凌晨00時23分神舟十三號載人飛船原地升空。9時58分航天員翟志

剛。王亞平.葉光富先后進入中國空間站，空間站離地高度約為400公里，關于“羲和

號”實驗衛(wèi)星和空間站。以下說法正確的是（）

A.前者運行速度較大B.前者運行角速度較大

C.后者加速度更大D.后者運行周期更大

10.2021年9月17日12時許，北京航天飛行控制中心通過指令成功將神舟十二號載

人飛船軌道艙與返回艙分離。17日13時許，中國宇航員聶海勝.劉伯明.湯洪波順利

返回地球。若已知地球半徑廬6400km。飛船軌道艙運行在離地高度400km的圓軌道上。

下列說法正確的是（）

A.軌道艙的向心加速度a=9.8m/s2

B.軌道艙的運行速度為廣8.0X103m/s

C.軌道艙的圓周運動周期約為左5.5X10%

D.軌道艙運行角速度小于地球同步衛(wèi)星（離地高度約為36000km）運行角速度

11.北斗導航系統又被稱為“雙星定位系統”，具有導航.定位等功能?！氨倍贰毕到y

中兩顆工作衛(wèi)星1和2均繞地心。做勻速圓周運動，軌道半徑均為r,某時刻兩顆工作

衛(wèi)星分別位于軌道上的48兩位置，如圖所示。若衛(wèi)星均順時針運行，地球表面處的

重力加速度為g,地球半徑為此不計衛(wèi)星間的相互作用力。以下判斷正確的是（）

衛(wèi)星1

nr

A.兩顆衛(wèi)星的角速度相同，它們之間的距離為3

B.兩顆衛(wèi)星所受的向心力大小一定相等

nr\r

C.衛(wèi)星1由位置4運動到位置6所需的時間可能為

D.如果要使衛(wèi)星1追上衛(wèi)星2,一定要使衛(wèi)星1加速

12.2021年4月29日H時23分，在海南文昌航天發(fā)射場用“長征”5B運載火箭將中

國首個空間站核心艙“天和”號送入太空。中國空間站包括“天和”核心艙.“問天”

實驗艙和“夢天”實驗艙3個艙段，整體呈“T”字構型，計劃于2022年全部完成發(fā)射，

“天和”核心艙是未來空間站的管理和控制中心。已知“天和”核心艙在軌運行時離地

面的平均高度為h,地球半徑為R,地球表面重力加速度為g,下列說法正確的是（）

A.實驗艙在做勻速圓周運動的過程中，速度始終不變

gR2

B.“天和”核心艙所在軌道處的加速度大小為R+“

C.“天和”核心艙繞地球運行的周期

D.要實現“問天”.“夢天”實驗艙從較低軌道與“天和”核心艙對接，需使實驗艙

減速變軌

13.2021年2月10日，中國首次火星探測任務“天問一號”探測器實施近火捕獲制動，

成為火星衛(wèi)星。如圖所示為探測器經過多次變軌后登陸火星的軌道示意圖，其中軌道

I.m為橢圓，軌道n為圓，探測器經軌道I.n.in后從o點登陸火星。。點是三個

軌道的交點，軌道上的。.P.。三點與火星中心在一條直線上o.。分別為橢圓軌道in

的遠火點和近火點。已知火星的半徑為兄°Q=4R,探測器在軌道II上正常運行時經

過。點的速度為右在此軌道上運行的周期為T,下列說法正確的（）

A.沿軌道I運行時探測器與。點的連線在相等時間內掃過的面積相等

v2

B.沿軌道n運行時探測器經過。點時的加速度為R

c.沿軌道II運行的過程中探測器處于平衡狀態(tài)

%

D.沿軌道III運行時探測器從。點到0點的時間為9

14.由于通訊和廣播等方面的需要，許多國家發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的

()

A.周期可以不同B.離地高度可以不同

C.動能可以不同D.運行速率可以不同

15.2021年6月11日，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征二號”丁運載火箭成功將

“北京三號”衛(wèi)星送入預定軌道，變軌過程簡化為如圖所示，軌道H與軌道I相切于軌

道I的遠地點M,與圓軌道III相切于“點。下列說法正確的是()

A.衛(wèi)星從軌道I進入軌道H,需要在"點減速

B.衛(wèi)星從軌道n進入軌道in,需要在十點加速

c.衛(wèi)星在軌道I中運動的周期可能與軌道m(xù)中運動的周期相等

D.衛(wèi)星在軌道II中從〃點運動到M點的過程中，其機械能逐漸減小

參考答案與試題解析

1.【答案】I)

【解析】

地球表面物體受到的萬有引力近似等于物體的重力

GMm。

=M

中子星的自轉角速度

CD=2n7T

假設在中子星赤道上有一質量為必的物體

GM'm,2

—z-------mg=mrco"

r

聯立以上各式得

g'=2.24xl0"m/s2

該中子星赤道的重力加速度大小與地球表面的重力加速度大小之比約為

qa2xl0i°

g

故選Do

2.【答案】C

【解析】

A.“嫦娥四號”在軌道II上4和6兩點的萬有引力分別為

?GMm?GMm

瓜=丁，生==

則加速度之比為

GM

組==昌2

即GM

R2

故A錯誤；

B.由開普勒第二定律，有

1?1

-RvKt=-rvAt

整理，可得

幺=4

%r

故B錯誤；

C.橢圓軌道的半長軸為

R+r

a=------

2

設在橢圓軌道上運行的周期為工，由開普勒第三定律有

從［點運動到8點的時間為

,二宜

2

解得

(/?+/,R+」

t=-47-

故c正確；

D.月球的平均密度為

M

p=-

V

“嫦娥四號”在軌道I上繞月球做勻速圓周運動，有

GMm4/

r2T2

月球的體積可以表示為

V=-TTR3

3

聯立，可得

4-/

_GT2_3萬，

3

故D錯誤。

故選C。

3.【答案】A

【解析】

在地球表面上萬有引力等于重力，則有

_Mm

G~^~=mg

對核心艙由萬有引力提供向心力有

2

「Mm'

Cr......-

RQ

且

R'=R+—R

16

解得

故選Ao

4.【答案】A

【解析】

神州飛船繞地球飛行時;飛船受到的萬有引力提供向心力得

因為“神州”五號飛船軌道半徑

r>R

所以

v<7.9km/s

故A正確，BCD錯誤。

故選Ao

5.【答案】D

【解析】

A.依題意，知“墨子號”衛(wèi)星的軌道半徑小于于地球同步通信衛(wèi)星的軌道半徑，根據

可知，“墨子號”衛(wèi)星的線速度大于地球同步通信衛(wèi)星的線速度，故A錯誤;

B.依題意，根據

—MmGM

G——=ma=>a=一廠

r-r

可知“墨子號”衛(wèi)星的向心加速度小于地面的重力加速度，故B錯誤;

CD.根據

G—―=機廠（亍-）=>T=

知道同步衛(wèi)星的周期

T=24h

已知半徑

r=h+R

所以可求解地球的質量；根據

又已知衛(wèi)星的軌道半徑

，'=/?+h'

所以，可求解“墨子號”環(huán)繞地球運行的線速度大小武，故C錯誤，D正確。

故選Do

6.【答案】A

【解析】

根據開普勒第三定律

二k

T2

火星的運動半徑大于地球，則周期更大，角速度更小，火星和地球均逆時針運動，相同

時間內地球運動到十月中旬位置時，火星運動軌跡對應的弧度小于地球運動軌跡對應的

弧度，只可能在A位置。

故選Ao

7.【答案】D

【解析】

A.站在機械臂上的航天員，隨核心艙一起繞地球做勻速圓周運動，速度不為零，A錯誤；

B.做勻速圓周運動時，航天員的加速度指向地心，不為零，B錯誤；

CD.航天員受力不平衡，所受的重力恰好提供做勻速圓周運動的向心力，因此航天員處

于完全失重狀態(tài)，C錯誤，D正確。

故選Do

8.【答案】A

【解析】

AB.設月球表面的重力加速度為根據

Gmn=g'R-

在月球上以初速度%豎直上拋一個物體，則物體上升的最大高度為

2g，2G，徇

上升時間為

S'G%

由運動的對稱性可知回到拋出點要用的時間為21，故A正確，B錯誤；

C.月球衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度為環(huán)繞月球表面飛行衛(wèi)星的運行速度，設衛(wèi)星質量為如萬

有引力提供向心力

解得

7平

故c錯誤；

D.萬有引力提供向心力

4后R

GR=m

T2

解得

可知衛(wèi)星的運行半徑越小，周期越小，所以月球衛(wèi)星的最小周期為

R

T=2TTR

Gmn

故D錯誤。

故選Ao

9.【答案】C

【解析】

A.根據

C跖"v2

G——=m——

廣r

解得

實驗衛(wèi)星比空間站的軌道半徑大,則速度小，A錯誤;

B.根據

cMtn2

G——-

解得

GM

co=

實驗衛(wèi)星比空間站的軌道半徑大,則角速度小，B錯誤;

C.根據

八Mm

G——=ma

解得

GM

a=

實驗衛(wèi)星比空間站的軌道半徑大,則加速度小，C正確;

D.根據

Mm4/

G=mr

干

解得

4萬2,

GM

實驗衛(wèi)星比空間站的軌道半徑大，則周期大，D錯誤。

故選Co

10.【答案】C

【解析】

A.由于萬有引力提供向心力，即有

?Mm

G---------=ma

(R+4

可得

GM

a=------r

(R+/?)2

故隨著軌道半徑的增大，向心加速度減小，又因在地球表面的重力加速為9.Sm/s2,故

軌道艙的向心加速度小于9.8m/s2,A錯誤；

B.由于萬有引力提供向心力，即有

_Mmv2

(J-j-=m-

rr

可得

可知，隨著軌道半徑的增大，運行速度也會減小，由于軌道半徑為地球半徑的運行速度

為p=7.9X103m/s,所以軌道艙的運行速度為小于7.9X10Ws,B正確;

C.由于萬有引力提供向心力，即有

「Mm，2萬、2

G—=/?(—)r

解得

T=2兆

GM

所以可得

T艙_叵

丁正

又知地球同步衛(wèi)星的周期為24h,故可得軌道艙的圓周運動周期約為

拄5.5X10、

C正確；

D.由于萬有引力提供向心力，即有

G——=mcor

解得

由于軌道艙所在的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，故可知軌道艙運行角速度大于地

球同步衛(wèi)星運行角速度，D錯誤。

故選C。

11.【答案】C

【解析】

A.兩顆衛(wèi)星的角速度相同，由幾何關系知它們之間的距離為

d—r

故A錯誤；

B.由

F=m（o2r

可知，向心力大小還與衛(wèi)星質量有關，而兩顆衛(wèi)星質量未知，所以向心力大小不一定相

等，故B錯誤；

C.由

G?-Mm=m4-^/rr

在地球表面

G八-M^m-=ms

衛(wèi)星1由位置力運動到位置6所需的時間

t=-T

6

聯立解得

t=

故C正確；

D.衛(wèi)星1加速后，將變軌道比原來軌道更高的軌道上，一定追不上衛(wèi)星2,故D錯誤。

故選C。

12.【答案】C

【解析】

A.實驗艙在做勻速圓周運動的過程中，速度方向在改變，A錯誤;

B.根據牛頓第二定律有

MmMm

G=mg,G（R+/Z）=ma

經過計算有

g.

a(R+〃)2

B錯誤；

C.實驗艙在做勻速圓周運動有

Mm+

2

GR