姓名：班級第4節宇宙航行本課重點理解人造衛星的規律本課難點理解第一宇宙速度一、單選題1．2020年12月17日凌晨，“嫦娥五號”月球探測器載著月球土壤順利返回地球。探測器在降落到月球上之前繞月球表面運行一周的時間為，已知引力常量為G，月球的半徑為R，月球可看成質量分布均勻的球體，不考慮月球自轉的影響。下列說法正確的是（）A．月球的密度為B．探測器在被月球捕獲之前做勻速圓周運動的線速度大于C．若探測器在被月球捕獲之前繞地球做半徑為r的勻速圓周運動，則該探測器運動一周的時間為D．若將一石子從月球表面上高度為H處靜止釋放，則從石子剛釋放到下落到月球表面上用時2．2021年10月16日神州十三號飛船成功發射進入預定軌道，3名宇航員順利進駐天和核心艙，開啟6個月的在軌駐留，開展更多的空間科學實驗與技術試驗。核心艙軌道離地高度約為430km，地球同步衛星軌道離地約為36000km，若核心艙和同步衛星的運動均可看做勻速圓周運動，下列說法正確的是（）A．核心艙的運行速度略大于第一宇宙速度B．核心艙的運行速度小于同步衛星的運行速度C．核心艙的運行周期小于同步衛星的運行周期D．核心艙運行時的向心加速度小于同步衛星的向心加速度3．2021年10月16日，航天員翟志剛、王亞平、葉光富先后進入天和核心艙，中國空間站迎來了首位女飛行員，這三位宇航員將在空間站生活、工作6個月的時間，并進行一系列的空間實驗，在空間站內，以下操作可實現的是（）A．用天平測量物體的質量 B．用彈簧秤測物體受到的重力C．用紅外線溫度計測物體的溫度 D．用自由落體運動測重力加速度4．“天問一號”是中國自主設計的火星探測器，已于2021年3月到達火星。已知火星直徑約為地球直徑的50%，火星質量約為地球質量的10%，下列說法正確的是（）A．“天問一號”的發射速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度B．火星表面的重力加速度比地球表面的重力加速度大C．“天問一號”在火星表面圓軌道上的繞行速度大于7.9km/sD．火星近地衛星的周期大于地球近地衛星的周期5．如圖所示，一顆人造衛星原來在橢圓軌道1繞地球E運行，在P變軌后進入軌道2做勻速圓周運動，Q為橢圓軌道1的近地點。下列說法正確的是（）A．不論在軌道1還是在軌道2運行，衛星在P點的速度都相同B．不論在軌道1還是在軌道2運行，衛星在P點的向心加速度都相同C．衛星在P點的加速度，在軌道1大D．衛星在軌道1的Q點的向心加速度大于軌道1的P點的向心加速度6．一火箭發射，假定它從地球表面開始豎直向上做初速度為0的勻加速直線運動，上升到距地球表面高度為地球半徑的處，火箭發動機在此過程的起點、終點提供的推力差值為F。已知地球表面的重力加速度為g，萬有引力常量為G，忽略地球的自轉，下列說法正確的是（）A．該火箭的質量為B．火箭勻加速直線運動的加速度為C．若地球的質量為M，則地球的第一宇宙速度為D．若地球的半徑為R，火箭勻加速的加速度為a，則在終點火箭的動能為7．2020年6月23日，我國北斗三號最后一顆全球組網衛星發射成功，這顆衛星是地球靜止軌道衛星。關于該衛星，下列說法正確的是（）（已知同步衛星軌道半徑約為地球半徑的6.6倍，赤道上地面線速度大小約為465m/s）A．該衛星相對地心靜止 B．該衛星發射速度大于11.2km/sC．該衛星運行速度小于7.9km/s D．該衛星定點在中國大陸上空8．2021年6月17日，神舟十二號載人飛船采用自主快速交會對接模式成功對接于天和核心艙前向端口，與此前已對接的天舟二號貨運飛船一起構成三艙組合體。組合體繞地球飛行的軌道可視為圓軌道，該軌道離地面的高度約為400km。已知同步衛星離地面高度為，下列說法正確的是（）A．組合體在軌道上飛行的周期大于24hB．組合體在軌道上飛行的速度大于第一宇宙速度C．若已知地球半徑R和表面重力加速度g，則可算出組合體的周期TD．神舟十二號載人飛船從低軌道變軌與天和號核心艙對接時，需要減速9．若使空間探測器掙脫太陽引力的束縛，其發射速度至少要達到（）A．環繞速度 B．第一宇宙速度C．第二宇宙速度 D．第三宇宙速度10．2019年1月3日，中國“嫦娥四號”探測器成功在月球背面軟著陸，中國載入登月工程前進了一大步.假設將來某字航員登月后，在月球表面完成下面的實驗:將一小球（可視為質點，直徑路小于圓管內徑）以豎直向下的初速度v從A點進入固定的豎直光滑圓管軌道，如圖所示，小球運動到最高點B時恰好對圓管無擠壓.已知小球軌跡半徑為r，月球的半徑為R,則月球的第一宇宙速度為（）A． B． C． D．二、多選題11．2021年9月~10月，“天舟三號”貨運飛船和“神舟十三號”載人飛船發射后都會與空間站主體艙對接。2022年，我國空間站將初步建成，航天員在空間站會開展空間技術實驗、航天技術實驗、生物醫學實驗。中國空間站離地面，要在天上飛10年~15年，甚至更久。下列說法正確的是（）A．若在空間站外將一個小衛星自由釋放，則小衛星將做自由落體運動B．若在空間站外將一個小衛星自由釋放，則小衛星將做勻速直線運動C．“天舟三號”貨運飛船和“神舟十三號”載人飛船與空間站對接時幾乎保持相對靜止D．空間站進行回收時應先讓它減速進入轉移軌道12．宇宙中，兩顆靠得比較近的恒星，只受到彼此之間的萬有引力作用互相繞轉，稱之為雙星系統，設某雙星系統A、B繞其連線上的某固定點O點做勻速圓周運動，如圖所示。現測得兩星球球心之間的距離為L，運動周期為T，已知萬有引力常量為G。若AO>OB，則（）A．星球A的質量一定小于星球B的質量B．星球A所受向心力大于星球B所受向心力C．雙星的質量一定，雙星之間的距離減小，其轉動周期增大D．兩星球的總質量等于13．一衛星繞行星做圓周運動，由天文觀測可得，其運行周期為T，速度為v，引力常量為G，則（）A．行星的質量為 B．行星的密度C．衛星運動的軌道半徑 D．衛星運動的加速度為14．如圖所示，在火星與木星軌道之間有一小行星帶，假設該帶中的小行星只受到太陽的引力，并繞太陽做勻速圓周運動．下列判斷正確的是（）A．要從地球發射衛星探測小行星帶，發射速度應大于地球的第二宇宙速度B．小行星帶內側小行星的向心加速度大于外側小行星的向心加速度C．小行星帶內的小行星都具有相同的角速度D．各小行星繞太陽運動的周期均小于一年15．人造衛星的發射過程要經過多次變軌方可到達預定軌道，在發射地球同步衛星的過程中，衛星從圓形軌道Ⅰ的A點先變軌到橢圓軌道Ⅱ，然后在B點變軌進入地球同步軌道Ⅲ。已知A到地球中心的距離為，B到地球中心的距離為，地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g。下列說法正確的是（）A．該衛星在軌道Ⅰ上過A點的機械能比衛星在軌道Ⅱ上過B點的機械能大B．若衛星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軌道上運行的周期分別為，則C．該衛星在同步軌道Ⅲ上的運行速度小于地球的第一宇宙速度D．該衛星在Ⅱ軌道上通過B點時，其向心加速度三、解答題16．假如將來的某一天你成為了一名優秀的宇航員，并成功登上了月球。當你乘宇宙飛船繞月球表面附近做勻速圓周運動時，測得宇宙飛船的周期為T；已知引力常量為G，月球半徑為R，忽略月球的自轉。根據以上信息，求：（1）月球的質量；（2）月球表面的重力加速度；（3）月球上的第一宇宙速度。參考答案1．D【詳解】A．探測器在降落到月球上之前繞月球表面運行一周的時間為，根據萬有引力提供向心力可知密度公式聯立解得月球的密度故A錯誤；B．探測器在月球表面運行一周的時間為，則在月球表面的做勻速圓周運動的線速度為此速度為月球的第一宇宙速度，探測器在被月球捕獲之前做勻速圓周運動的線速度不可能跟大于，故B錯誤；C．探測器分別繞地球和月球做勻速圓周運動，中心天體發生變化，不能用開普勒第三定律求周期，故C錯誤；D．根據重力充當向心力可知小石塊做自由落體運動聯立解得故D正確。故選D。2．C【詳解】AB．根據可得軌道半徑越大，線速度越小，核心艙的運行速度小于第一宇宙速度，核心艙的運行速度大于同步衛星的運行速度，故AB錯誤；C．根據可得軌道半徑越小，周期越小，核心艙的運行周期小于同步衛星的運行周期，故C正確；D．根據可得軌道半徑越小，向心加速度越大，核心艙運行時的向心加速度大于同步衛星的向心加速度，故D錯誤。故選C。3．C【詳解】在空間站內處于完全失重狀態，用天平測量物體的質量、用彈簧秤測物體受到的重力以及用自由落體運動測重力加速度均不能實現，用紅外線溫度計測物體的溫度不受失重環境的影響。故選C。4．D【詳解】A．天問一號脫離地球的引力到火星，但是還在太陽系內，所以其發射速度必須大于地球的第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，故A錯誤；B．由可知火星表面的“重力加速度”小于地球表面的重力加速度，故B錯誤；C．由萬有引力提供向心力有解得則有則故C錯誤；D．根據萬有引力提供向心力可得解得則故火星近地衛星的周期大于地球近地衛星的周期，故D正確。故選D。5．D【詳解】A．衛星從軌道１到軌道２要在P點加速，則衛星在軌道1上P點的速度小于在軌道2上P點的速度，選項A錯誤；BC．根據可知，不論在軌道1還是在軌道2運行，衛星在P點的加速度都相同，但是衛星在軌道2上經過P點時只有向心加速度，而在軌道1上P點時向心加速度不等于該點的加速度，則衛星在軌道1與在軌道2運行時的向心加速度不相同，選項BC錯誤；D．衛星在軌道1的Q點的速度大于在軌道1上P點的速度，且在PQ兩點的軌道曲率半徑相等，則在軌道1上Q點時的向心加速度大于軌道1的P點的向心加速度，選項D正確。故選D。6．D【詳解】A．設火箭距地面高為處重力加速度為，在地面處火箭推力為，在離地面高為處火箭推力為，在地面處由牛頓第二定律可得在距地面高處故又因為聯立解得A錯誤；B．因為、是未知的，所以加速度a不可求出，B錯誤；C．若地球質量為M，第一宇宙速度為又聯立解得C錯誤；D．若地球的半徑為R，火箭勻加速的加速度為a，火箭上升高度時速度滿足在終點處火箭的動能為D正確。故選D。7．C【詳解】A．地球同步衛星是相對地面靜止的。故A錯誤；B．所有的地球衛星的發射速度均小于11.2km/s。故B錯誤；C．第一宇宙速度即7.9km/s，是最大的環繞速度，所以同步衛星的運行速度小于7.9km/s。故C正確；D．同步衛星與地面同步，地球在自轉，所以應該定位在赤道上空。故D錯誤。故選C。8．C【詳解】A．同步衛星的運行周期為24h，組合體的軌道半徑小于同步衛星的軌道半徑，所以運動周期小于24h，A錯誤；B．第一宇宙速度為衛星繞地球表面做勻速圓周運動的最大環繞速度（即近地衛星的速度）。組合體軌道半徑大于近地衛星的軌道半徑，故核心艙在軌道上飛行的速度小于7.9km/s，B錯誤；C．由引力作為向心力可得地球表面物體所受重力等于萬有引力若已知地球半徑R和表面重力加速度g，聯立可得可算出組合體的周期，C正確；D．神舟十二號載人飛船從低軌道變軌與天和號核心艙對接時，神州十二號載人飛船需要做離心運動，因此需要加速，故D錯誤。故選C。9．D【詳解】第三宇宙速度是指物體達到16.7km/s的運動速度時能擺脫太陽引力束縛的速度，所以要掙脫太陽引力的束縛，其發射速度至少要達到第三宇宙速度。故選D。10．D【詳解】設月球的重力加速度為g，小球運動到最高點B時恰好對圓管無擠壓，設此時的速度為v′，由牛頓第二定律可有小球從A點到B點，由機械能守恒定律可得解得月球的半徑為R，則月球的第一宇宙速度為ABC錯誤，D正確。故選D。11．CD【詳解】AB．若在空間站外將一個小衛星自由釋放，則在地球引力的作用下繞地球做勻速圓周運動，AB錯誤；C．“天舟三號”貨運飛船和“神舟十三號”載人飛船與空間站對接時幾乎保持相對靜止，C正確；D．空間站進行回收時應先讓它減速做向心運動進入轉移軌道，D正確。故選CD。12．AD【詳解】A．雙星A、B之間萬有引力提供向心力，有可知由于AO>OB，則星球A的質量一定小于B的質量，故A正確；B．雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，根據牛頓第三定律知向心力大小相等，故B錯誤；CD．雙星A、B之間萬有引力提供向心力，有其中聯立解得可知，雙星的質量一定，雙星之間的距離減小，其轉動周期減小。故C錯誤D正確。故選AD。13．AD【詳解】C．根據圓周運動知識，由行星運動的軌道半徑為C錯誤；A．根據萬有引力提供向心力解得A正確；B．根據題意無法求出行星的體積，所以不能求解行星的密度，B錯誤；D．衛星運動的加速度為D正確。故選AD。14．AB【詳解】A．地球的第二宇宙速度是指從地球表面上發射衛星時，要擺脫地球的引力而成為繞太陽轉動的衛星的最小發射速度，故要從地球發射衛星探測小行星帶，發射速度應大于地球的第二宇宙速度，故A正確；B．根據萬有引力提供向心力，可得顯然，小行星帶內側小行星的軌道半徑小于外側小行星的軌道半徑，所以內側小行星的向心加速度大于外側小行星的向心加速度，故B正確；C．根據萬有引力提供向心力，可得顯然，不在同一軌道上的小行星的角速度是不同的，故C錯誤；D．根據萬有引力提供向心力，可得顯然，各小行星繞太陽運動的軌道半徑大于地球繞太陽運行的軌道半徑，所以周期均大于一年，故D錯誤。故選AB。15．BCD【詳解】A．由于衛星從軌道Ⅰ變到軌道Ⅱ需要點火加速，從而消耗燃料的化學能，所以機械能增加，故A錯誤；B．設軌道Ⅱ的半長軸為，軌道Ⅰ、Ⅲ的半徑分別為和。則由題圖可知，根據開普勒第三定律有可得故B正確；C．第一宇宙速度是最大的環繞速度，也是近地衛星的環繞速度，同步衛星軌道高于近地衛星，所以速度小于第一宇宙速度，故C正確；D．根據可得故D正確。故選BCD。16．(1)；(2)；(3)【詳解】(1)根據可得月球的質量(2)忽略月球的自轉時，有可得月球表面的重力加速度(3)由可得月球上的第一宇宙速度27．（1）；（2）【詳解】（1）對塵土由自由落體公式有解得在火星表面有聯立解得（2）在火星表面有或解得火星的第一宇宙速度28．見解析【詳解】自從牛頓發現萬有引力定律，并設想在高山上水平拋出物體，當速度大到一定程度時，物體就不會落回地面，成為一顆人造衛星，300多年過去后，他的這一理論得到了證實，在地球上方發射了各種各樣的人造衛星。一、人造衛星的分類。1、按用途分：科學探測和研究的科學衛星，包括空間物理探測衛星和天文衛星等；試驗衛星，包括進行航天新技術試驗或者是為應用類衛星進行試驗的衛星；應用衛星，包括通信衛星、氣象衛星、地球資源衛星、偵察衛星、導航衛星等，2、按軌道的高低分：低軌道、中高軌道、地球同步軌道、地球靜止軌道、太陽同步軌道、大橢圓軌道和極地軌道7大類。3、按運行軌道劃分：順行軌道：順行軌道的特點是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小于90度。衛星地面較近，高度僅為數百公里，故又將其稱為近地軌道。我國用長征一、二號、風暴一號兩種運載火箭發射的8顆科學技術試驗衛星，17顆返回式遙感衛星，神州號試驗飛船，都是用順行軌道。逆行軌道：逆行軌道的特征是軌道傾角大于90度。欲把衛星送入這種軌道運行，運載火箭需要朝西南方向發射。不僅無法利用地球自轉的部分速度，而且還要付出額外能量克服地球自轉。因此，除了太陽同步軌道外，一般都不利用這類軌道。赤道軌道：赤道軌道的特點是軌道傾角為0度，衛星在赤道上空運行。這種軌道有無數條，但其中的一條地球靜止同步軌道具有特殊的重要地位。世界上主要的通信衛星都分布在這條軌道上。我國用長征三號火箭先后發射了1顆試驗衛星、5顆東方紅二號系列通信衛星、2顆風云二號氣象衛星、用長征三號甲火箭發射了1顆實踐四號探測衛星、2兩顆東方紅三號通信衛星、1顆中星22號通信衛星都在這一軌道上。極地軌道：就衛星軌道類型來說，還有一種軌道傾角為90度的極地軌道。它是因軌道平面通過地球南北兩極而得名。在這種軌道上運行的衛星可以飛經地球上任何地區上空。我國長征二號丙改進型火箭以1箭雙星的方式6次從太原起飛，把12顆美國依星送入太空，就屬于