1、7.4宇宙航行 随堂检测（含解析）1.北京时间2019年11月5日1时43分，我国成功发射了北斗系统的第49颗卫星据介绍，北斗系统由中圆地球轨道()卫星、地球静止轨道()卫星、倾斜地球同步轨道()卫星三种卫星组成，其中()卫星距地高度大约2.4万公里，()卫星和()卫星距地高度都是大约为3.6万公里，这三种卫星的轨道均为圆形下列相关说法正确的是( )A发射地球静止轨道卫星速度应大于B倾斜地球同步轨道卫星可以相对静止于某个城市的正上空C根据题中信息和地球半径，可以估算出中圆地球轨道卫星的周期D中圆地球轨道卫星的加速度小于倾斜地球同步轨道卫星的加速度2.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道
2、1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送人同步圆轨道3.轨道1、2相切于点，轨道2、3相切于点，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ）A.要将卫星由圆轨道1送人圆轨道3，需要在圆轨道1的点和椭圆轨道2的远地点分别点火加速一次B.由于卫星由圆轨道1送人圆轨道3点火加速两次，则卫星在圆轨道3上正常运行速度大于卫星在圆轨道1上正常运行速度C.卫星在椭圆轨道2上的近地点点的速度一定大于，而在远地点的速度一定小于D.卫星在椭圆轨道2上经过点时的加速度大于它在圆轨道3上经过点时的加速度3.已知地球的半径，质量，万有引力常量，忽略地球的自转时地表的重力
3、加速度，则地球的第一宇宙速度（ ）A B C D4.“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星(同步卫星).中轨道卫星和倾斜同步卫星组成。地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行,它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍,下列说法中正确的是( )A.静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍B.静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍C.静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的D.静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的5.人造地球卫星在运行中,火箭沿线速度方向的反方向喷火,喷火后在新的轨道上仍能做匀速圆周运动,则( )A.a减小,T增大,r减小 B.a减小,T减小,r减小C.
4、a减小,T增大,r增大 D.a增大,T减小,r增大6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的最大速度D第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度7(多选)关于地球同步通信卫星，下列说法正确的是()A它一定在赤道上空运行B各国发射的这种卫星轨道半径都一样C它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D它运行的线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间8.a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星其中a、c的轨道相交于P，b、d在同一个圆轨道上，b、c轨道在同一平
5、面上某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示下列说法中正确的是()Aa、c的加速度大小相等，且大于b的加速度Bb、c的角速度大小相等，且小于a的角速度Ca、c的线速度大小相等，且小于d的线速度Da、c存在在P点相撞的危险9.如图所示的三个人造地球卫星，下列说法正确的是()A卫星可能的轨道为a、b、cB卫星可能的轨道为a、bC同步卫星可能的轨道为aD同步卫星可能的轨道为a、c10近地卫星线速度为7.9 km/s，已知月球质量是地球质量的，地球半径是月球半径的3.8倍，则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度约为()A1.0 km/sB1.7 km/sC2.0 km/s D1.5 km/s11如图所示，
6、在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是()A根据v可知，运行速度满足vAvBvCB运转角速度满足ABCC向心加速度满足aAaBaCD运动一周后，A最先回到图示位置12.如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则()A卫星a的角速度小于c的角速度B卫星a的加速度大于b的加速度C卫星a的运行速度大于第一宇宙速度D卫星b的周期大于24 h13登上火星是人类的梦想“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响根据
7、下表，火星和地球相比()行星半径/m质量/kg轨道半径/m地球6.41066.010241.51011火星3.41066.410232.31011A.火星的公转周期较小B火星做圆周运动的加速度较小C火星表面的重力加速度较大D火星的第一宇宙速度较大14在地球的卫星中有两类卫星的轨道比较特殊，一是极地卫星，二是同步卫星已知某极地卫星的运行周期为12 h，则下列关于对极地卫星和同步卫星的描述正确的是( )A该极地卫星的运行速度一定小于同步卫星的运行速度B该极地卫星的向心加速度一定大于同步卫星的向心加速度C该极地卫星的发射速度一定大于同步卫星的发射速度D该极地卫星和同步卫星均与地面相对静止15宇航员在
8、月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面(设月球半径为R)据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为()A. B. C. D.16利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为()A1 h B4 h C8 h D16 h17星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为该星球的“第二宇宙速度”，星球的“第二宇宙速度”v2与“第一宇宙速度”v1的关系是v2v1.已知某星球的
9、半径为r，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的，不计其他星球的影响，则该星球的“第二宇宙速度”为( )A. B. C. D.gr18、美国国家科学基金会2010年9月29日宣布，天文学家发现一颗迄今为止与地球最类似的太阳系外的行星，如图所示，这颗行星距离地球约20亿光年(189.21万亿公里)，公转周期约为37年，这颗名叫Gliese581g的行星位于天秤座星群，它的半径大约是地球的2倍，重力加速度与地球相近。则下列说法正确的是（ ）A.飞船在Gliese581g表面附近运行时的速度小于B.该行星的平均密度约是地球平均密度的C.该行星的质量约为地球质量的2倍D.在地球上发射航天器到达该星
10、球、航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度19、我国志愿者王跃曾与俄罗斯志愿者一起进行“火星-500”的实验活动。假设王跃登陆火星后，测得火星的半径是地球半径的，质量是地球质量的。已知地球表面的重力加速度是g，地球的半径为R，王跃在地面上能向上竖直跳起的最大高度是h，忽略自转的影响，下列说法正确的是（ ）A.火星的密度为B.火星表面的重力加速度是C.火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比为D.王跃以与在地球上相同的初速度在火星上起跳后，能达到的最大高度是20、2018年2月,我国500m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”,其自转周期。假设星体为质量均匀分布的球体,
11、已知引力常量为.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为( )A.B.C.D.21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（）Ab所需向心力最小Bb、c的周期相同且小于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等，且大于a的线速度222019年5月17日23时48分，我国第45颗北斗导航卫星升空，“北斗二号”任务胜利收官。我国北斗卫星导航系统中，有5颗地球同步卫星，它们就好像静止在地球上空的某点。对于这5颗静止轨道卫星，下列说法正确的是（）A它们均位于赤道正上方B它们的周期小于近地卫星的周期C它们离地面的高
12、度可以不同D它们绕地球转动的方向可以是不同的23如图所示描绘的四条虚线轨迹，可能是人造地球卫星无动力飞行轨道的是（）ABC D242020年5月5日，为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱，在文昌航天发射场点火升空，载荷组合体被送入预定轨道，首飞任务取得圆满成功；未来两年内，我国还将发射核心舱、轨道舱等在轨组合中国空间站，发射载人飞船、货运飞船，向空间站运送航天员以及所需的物资。关于火箭的发射以及空间站的组合、对接，下列说法正确的是（）A火箭发射升空的过程中，发动机喷出的燃气推动空气，空气推动火箭上升B货运飞船要和在轨的空间站对接，通
13、常是将飞船发射到较低的轨道上，然后使飞船加速实现对接C未来在空间站中工作的航天员因为不受地球引力，所以处于失重状态D空间站一定在每天同一时间经过文昌发射场上空25据报道，我国准备在2020年发射火星探测器，并于2021年登陆火星，如图为载着登陆舱的探测器经过多次变轨后登陆火星的轨迹图，其中轨道I、为椭圆，轨道为圆探测器经轨道I、运动后在Q点登陆火星，O点是轨道 I、的交点，轨道上的O、P、Q三点与火星中心在同一直线上，O、Q两点分别是椭圆轨道的远火星点和近火星点。已知火星的半径为R，OQ= 4R，轨道上经过O点的速度为v，下列说法正确的有（ ）A在相等时间内，轨道I上探测器与火星中心的连线扫过
14、的面积与轨道上探测嚣与火星中心的连线扫过的面积相等B探测器在轨道运动时，经过O点的加速度等于C探测器在轨道I运动时，经过O点的速度大于vD在轨道上第一次由O点到P点与轨道上第一次由O点到Q点的时间之比是3：2262018年11月1日23时57分，我国长征三号乙运载火箭成功地将北斗三号工程首颗地球同步轨道卫星送入预定轨道。关于该同步卫星，下列说法正确的是（）A环绕速度一定大于7.9km/sB环绕速度一定大于近地卫星C速率一定与其他地球同步卫星相同D向心加速度一定大于赤道地面上静止物体随地球自转所需的向心加速度27一颗卫星在离地表h高度绕地球做匀速圆周运动已知地球半径r，地球表面的重力加速度g，引
15、力常量为G，求：（1）地球的质量M；（2）该卫星绕地球运动的线速度大小v28若宇航员登上月球后，在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一高度由静止同时释放，二者几乎同时落地.若羽毛和铁锤是从高度为h处下落，经时间t落到月球表面.已知引力常量为G，月球的半径为R.求：(不考虑月球自转的影响)(1)月球表面的自由落体加速度大小g月.(2)月球的质量M.(3)月球的密度.29在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为v0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计
16、火星大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T火星可视为半径为r0的均匀球体。30已知海王星和地球的质量之比为M：m16：1，它们的半径比为R：r4：1，求：(1)海王星和地球的第一宇宙速度之比；(2)海王星表面和地球表面的重力加速度之比31木星的卫星之一叫“艾奥”，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为18 m/s时，上升高度可达90 m已知“艾奥”的半径为R1 800 km，忽略“艾奥”的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，引力常量G6.671011 Nm2/kg2，求：(1)“艾奥”的质量；(2)“艾奥”的第一宇宙速度答案以及解析1.答案：C解析：A.11.2km/s是第二
17、宇宙速度，是卫星脱离地球的最小发射速度，故发射地球静止轨道卫星速度应小于11.2km/s，故A错误。B.倾斜地球同步轨道卫星相对地球表面运动，不能相对静止于某个城市的正上空，故B错误。C.中圆地球轨道卫星和地球同步卫星均绕地球做匀速圆周运动,根据开普勒第三定律可知,，其中r=R+h，已知地球半径R，两颗卫星据地高度h，同步卫星的周期24h，可以估算出中圆轨道卫星的周期，故C正确。D.根据万有引力提供向心力,解得加速度，中圆地球轨道卫星的轨道半径小，故加速度大于倾斜地球同步轨道卫星的加速度，故D错误。故选：C。2.答案：AC解析：卫星由小圆变椭圆，需要在点点火加速，而卫星由椭圆变大圆，需要在点点
18、火加速；卫星在3轨道和1轨道做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，可得线速度为，而，可知卫星在圆轨道3上正常运行速度小于卫星在圆轨道1上正常运行速度；卫星在1轨道的速度为，而由1轨道加速进入2轨道，则在椭圆轨道2上的近地点的速度一定大于，而椭圆上由近地点到远地点减速，且3轨道的线速度大于椭圆在远地点的速度，故在远地点的速度一定小于，即卫星在椭圆轨道2和圆轨道3经过点的加速度相同，故AC正确3.答案：AC4.答案：A解析：由万有引力提供向心力可知,整理可得周期,线速度,角速度,向心加速度,设地球的半径为R,由题意知静止轨道卫星的运行半径是,中轨道卫星的运行半径是,由比例关系可得静止轨道卫星的周期
19、约为中轨道卫星的倍,故A正确;同理可判断出选项BCD均错误。5.答案：C解析：人造地球卫星在运行中,火箭沿线速度方向的反方向喷火,线速度变大,做离心运动,半径变大,稳定后做匀速圆周运动,根据万有引力提供卫星做圆周运动的向心力得,解得增大,则a减小,T增大,故C正确.6解析：解决本题的关键点是要弄清三种宇宙速度在发射速度和运行速度上的大小关系第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星绕地球飞行的最大速度，A正确，B错误；第二宇宙速度是在地面上发射物体，使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，C错误；第三宇宙速度是在地面上发射物体，使之飞到太阳系以外的宇宙空间
20、所必需的最小发射速度，D错误答案：A7解析：地球同步卫星一定位于赤道上空，故选项A正确；根据万有引力提供向心力可知，地球同步卫星的轨道是确定的，故选项B正确；稳定运行时v ，且rRh，故同步卫星的速度小于第一宇宙速度，选项C正确，选项D错误答案：ABC8.解析：由Gmmr2mrma，可知B、C错误，A正确，a、c的线速度相等，故永远不相撞，D错误答案：A9.解析：卫星围绕地球做圆周运动，万有引力提供圆周运动向心力，由于万有引力指向地心，故卫星轨道的圆心为地心，由图可知，轨道b的平面不过地心，故b不可能是地球卫星的轨道，故A、B错误；同步卫星的轨道平面与赤道平面重合，轨道c不与赤道共面，不可能是
21、同步卫星轨道，同步卫星可能的轨道为a，故C正确，D错误答案：C10解析：由Gm得近地(月)卫星的线速度为v .近月卫星与近地卫星的线速度之比为 ，所以近月卫星的线速度为：v20.22v10.227.9 km/s1.7 km/s，选项B正确答案：B11解析：由Gm得，v ，r大，则v小，故vAvBvC，A错误；由Gm2r得，r大，则小，故ABC，B错误；由Gma得，a，r大，则a小，故aAaBTBTC，因此运动一周后，C最先回到图示位置，D错误答案：C12.解析：由Gm2r可得，轨道半径越大，角速度越小，故卫星a的角速度小于c的角速度，A正确；由Gma可得a，由于a、b的轨道半径相同，所以两者的
22、向心加速度相同，B错误；第一宇宙速度是近地卫星绕地球做圆周运动的速度，由Gm可得v ，轨道半径越大，线速度越小，所以卫星a的运行速度小于第一宇宙速度，C错误；由Gmr可得T2 ，a、b轨道半径相同，周期相同，所以卫星b的周期等于24 h，D错误答案：A13解析：根据Gmr，得，结合表中数据，可算出火星的公转周期较大，A错；根据Gma，得aG，可判断火星的加速度较小，B对；根据gG，可算出火星表面的重力加速度较小，C错；第一宇宙速度v ，可算出火星的第一宇宙速度较小，D错答案：B14解析：由Gmma得v ，a，同步卫星的周期为24 h，则同步卫星的周期大于极地卫星的周期，由周期与轨道半径的关系知
23、，同步卫星的轨道半径较大，则同步卫星的线速度较小，加速度较小，故A错误、B正确；同步卫星的高度高，所以同步卫星的发射速度大，C错误；极地卫星不是地球同步卫星，所以相对于地面不静止，D错误答案：B15解析：设月球表面的重力加速度为g，由物体“自由落体”可得hgt2，飞船在月球表面附近做匀速圆周运动可得Gm，在月球表面附近mg，联立得v，故B正确答案：B16解析：地球自转周期变小，卫星要与地球保持同步，则卫星的公转周期也应随之变小，由开普勒第三定律k可知卫星离地球的高度应变小，要实现三颗卫星覆盖全球的目的，则卫星周期最小时，由数学几何关系可作出他们间的位置关系如图所示卫星的轨道半径为r2R由得 .
24、解得T24 h.答案：B17解析：设地球的质量为M，半径为r，绕其飞行的卫星质量为m，由万有引力提供向心力得：m在地球表面有mg求第一宇宙速度时有Rr联立式得v利用类比的关系知该星球“第一宇宙速度”为v1“第二宇宙速度”v2与“第一宇宙速度”v1的关系是v2v1即v2.答案：C18、答案： BC解析： 天王星是在一个偶然的情况下被发现的,是观测的结果,不是依据万有引力定律计算其轨道而发现的,故A错误; 人们在长期的观察中发现天王星的实际运动轨道与应用万有引力定律计算出的轨道总存在一定的偏差,所以怀疑在天王星周围还可能存在有行星,然后应用万有引力定律,结合对天王星的观测资料,便计算出了另外两颗行
25、星的轨道,进而在计算的位置观察新的行星,这是海王星和冥王星。故BC正确,D错误。19、答案：A解析：由,得到,已知火星的半径是地球半径的,质量是地球质量的,则火星表面的重力加速度是地球表面茧力加速度的,即为,设火星的质量为M,由万有引力等于重力可得,解得,密度为,故A正确,B错误;由,得到,火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的,故C错误;王跃以最大初速度v在地球起跳时,根据竖直上抛的运动规律得出可跳起的最大高度是,由于火星表面的重力加速度是,王跃以与地球上相同的最大初速度在火星上起跳后,能达到的最大高度,故D错误。20、答案：C解析：毫秒脉冲星德定自转时由万有引力提供其表面物体做圆周运动的向
26、心力,根据得代入数据解得,C正确.21A【解析】根据万有引力提供向心力A因为a、b质量相同，且小于c的质量，可知b所需向心力最小，故A正确；B周期所以b、c的周期相同，大于a的周期，故B错误；C向心加速度b、c的向心加速度大小相等，小于a的向心加速度，故C错误；D线速度b、c的线速度大小相等，小于a的线速度，故D错误；故选A。22A【解析】A所有同步卫星均位于赤道正上方，选项A正确；B根据可得可知，因同步卫星的高度远大于地球的半径，则它们的周期大于近地卫星的周期，选项B错误；C因所有同步卫星的周期均相同，根据可知，它们的轨道半径相同，即离地面的高度相同，选项C错误；D同步卫星的绕地球转动的方向
27、都与地球自转的方向相同，选项D错误。故选A。23A【解析】人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力完全提供向心力，而万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心应该和地心重合，A正确，BCD错误。故选A。24B【解析】A火箭发射升空的过程中，发动机推动燃气向后喷出，根据牛顿第三定律，燃气向前推动火箭上升，A错误；B货运飞船要和在轨的空间站对接，通常是将飞船发射到较低的轨道上，然后使飞船加速做离心运动，实现对接，B正确；C未来在空间站中工作的航天员处于失重状态并非不受重力，而是所受重力全部提供航天员做圆周运动的向心力，C错误；D空间站的运动周期不是24小时，因此不会在每天同一时间经过文昌发射场上空，D错误
28、。故选B。25BC【解析】A因轨道I和轨道是探测器两个不同的轨道，则在相等时间内，轨道I上探测器与火星中心的连线扫过的面积与轨道上探测嚣与火星中心的连线扫过的面积不相等，选项A错误；B探测器在轨道运动时，轨道半径为3R，则经过O点的加速度等于，选项B正确；C探测器从轨道I到轨道要在O点减速，可知在轨道I运动时，经过O点的速度大于v，选项C正确；D探测器在轨道与轨道上的周期之比为则在轨道上第一次由O点到P点与轨道上第一次由O点到Q点的时间之比是选项D错误。故选BC。26CD【解析】ABC根据可知轨道半径越大，运动速率越小，轨道半径相同的卫星，运行速率相同，贴近地球表面运动的卫星的运行速度等于7.
29、9km/s，因此同步卫星的运行速度小于近地卫星的速度，但与其它同步卫星运行速率相同，AB错误，C正确；D根据角速度相同时，半径越大，向心加速度越大，同步卫星运行的角速度与赤道上的物体运行的角速度相同，因此同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度，D正确。故选CD。27（1）（2）【解析】（1）地球表面的物体受到的万有引力等于它受到的重力，地球质量为：（2）卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，解得：代入M，可得28（1） （2） （）【解析】试题分析：根据自由落体的位移时间规律可以直接求出月球表面的重力加速度；根据月球表面重力和万有引力相等，利用求出的重力加速度和月球半径可以求出
30、月球的质量M；根据即可求出月球的密度（1）月球表面附近的物体做自由落体运动：月球表面的自由落体加速度大小：（2）不考虑月球自转的影响有：，解得月球的质量为：（3）月球的密度29【解析】以表示火星表面附近的重力加速度，M表示火星的质量，表示火星的卫星的质量，表示火星表面出某一物体的质量，设v表示着陆器第二次落到火星表面时的速度，它的竖直分量为v1，水平分量仍为v0由万有引力定律和牛顿第二定律，有在火星表面的物体有探测器第二次落到火星表面时，竖直方向有由以上各式解得30解析：(1)设卫星的质量为m，对绕海王星和绕地球运动的卫星，分别有G，G联立解得 2.(2)对海王星表面的物体，有Gmg1对地球表面的物体，有Gmg2联立解得g1g21.答案：(1)21(2)1131解析：(1)岩块做竖直上抛运动，有vv2gh，解得g m/s21.8 m/s2.忽略“艾奥”的自转影响，则有mgG.解得M kg8.71022 kg.(2)某卫星在“艾奥”表面绕其做圆周运动时有Gm，则v ，代入解得v1.8103 m/s.答案：(1)8.71022 kg(2)1.8103 m/s21
