物理人教版必修第二册第4节宇宙航行作业

【精品】第4节宇宙航行练习

一.单项选择（）

1.某颗中子星的质量约为地球质量的5x10、倍，半径约为20km,每秒钟可沿自己的轴

线自转600圈。已知地球的半径为aiOOkm,地球表面的重力加速度取10m/s2,则该中

子星赤道的重力加速度大小与地球表面的重力加速度大小之比约为（）

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

2.“嫦娥四号”月球探测器成功在月球背面软着陆，这是人类首次成功登陆月球背面。

如图所示，假设“嫦娥四号”在半径为r的圆形轨道I上绕月球运行，周期为T.某时刻

“嫦娥四号”在A点变轨进入椭圆轨道U,在月球表面的B点贴近月球表面飞行，

40、3三点在一条直线上.已知月球的半径为此引力常量为G,则（）

A.在轨道n上/和6两点的加速度之比为

B.在轨道n上/和8两点的线速度之比为

R+r

从力点运动到4点的时间为4r2r

D.月球的平均密度为彳

3.2021年9月20日，“天舟三号”货运飞船成功发射，并与空间站“天和”核心舱顺

利对接。中国空间站“天和”核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高

度约为地球半径的16。已知地球表面重力加速度大小为g（忽略地球自转），地球的半

径为R,则核心舱飞行的周期为（）

7%17R17兀

而gD.16Yg

4.“神舟”五号飞船的成功升空标志着我国进入了载人航天时代，“神舟”五号飞船

绕地球的飞行可视为匀速圆周运动，则对于飞船运行速度b的大小来说，正确的是（）

A.v<7.9km/s

B.v=7.9km/s

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

D.v=11.2km/s

5.中国科学技术大学潘建伟教授领衔的团队实现干公里级的星地双向量子纠缠分发。

已知“墨子号”卫星最后定轨离地面500km的圆轨道上，同步卫星距离地面的高度约为

36000km,已知引力常量G,地球半径此地球表面重力加速度&地球自转周期兀下

列正确的是（）

A.“墨子号”卫星的线速度小于地球同步通信卫星的线速度

B.“墨子号”卫星的向心加速度与地面的重力加速度相同

C.由以上数据不能算出地球的质量

D.由以上数据可以算出“墨子号”环绕地球运行的线速度大小

6.地球.火星运行到太阳的两侧且三者近乎处于一条直线，这种现象称作“日凌”。

2021年9月下旬至10月中旬，火星探测器“天问一号”处在“日凌”阶段，“天问一

号”与地球的通信受到太阳电磁辐射干扰，出现不稳定甚至中断。10月中旬“日凌”结

束时，火星的位置可能是（）

/.L.O10月中旬

；太阳\

:.一。羽下旬

火星qy一…地球/

力■、y

CO-

A.1处B.B处C.C处D.。处

7.2021年7月4日航天员刘伯明.汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航

天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱，在机械臂支持下，相互配合开展空间站舱外

有关设备组装等作业。如图所示，站在机械臂上的航天员（）

A.对地速度为零

B.对地加速度为零

C.处于二力平衡状态

D.处于完全失重状态

8.“探月热”方兴未艾，“嫦娥三号”于2013年12月2日发射升空，其所搭载的“玉

兔”月球车成功降落月球。若已知月球质量为布月，半径为凡引力常量为G,以下说法

正确的是（）

A.若在月球上以初速度%竖直上抛一个物体，则物体上升的最大高度为2Gm月

B.若在月球上以初速度%竖直上抛一个物体，则物体落回到抛出点所用时间为Gm月

C.若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最大运行速度为

2兀R

Gm

D.若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最小周期为f]

9.2021年10月14日18时51分，我国在太原卫星发射中心成功发射首段太阳科学技

术实验卫星“羲和号”，运行于高度为517公里的轨道，主要科学载荷为太阳空间望远

镜，10月16日凌晨00时23分神舟十三号载人飞船原地升空。9时58分航天员翟志

刚。王亚平.叶光富先后进入中国空间站，空间站离地高度约为400公里，关于“羲和

号”实验卫星和空间站。以下说法正确的是（）

A.前者运行速度较大B.前者运行角速度较大

C.后者加速度更大D.后者运行周期更大

10.2021年9月17日12时许，北京航天飞行控制中心通过指令成功将神舟十二号载

人飞船轨道舱与返回舱分离。17日13时许，中国宇航员聂海胜.刘伯明.汤洪波顺利

返回地球。若已知地球半径庐6400km。飞船轨道舱运行在离地高度400km的圆轨道上。

下列说法正确的是（）

A.轨道舱的向心加速度a=9.8m/s2

B.轨道舱的运行速度为广8.0X103m/s

C.轨道舱的圆周运动周期约为左5.5X10%

D.轨道舱运行角速度小于地球同步卫星（离地高度约为36000km）运行角速度

11.北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航.定位等功能。“北斗”系统

中两颗工作卫星1和2均绕地心。做匀速圆周运动，轨道半径均为r,某时刻两颗工作

卫星分别位于轨道上的48两位置，如图所示。若卫星均顺时针运行，地球表面处的

重力加速度为g,地球半径为此不计卫星间的相互作用力。以下判断正确的是（）

卫星1

nr

A.两颗卫星的角速度相同，它们之间的距离为3

B.两颗卫星所受的向心力大小一定相等

nr\r

C.卫星1由位置4运动到位置6所需的时间可能为

D.如果要使卫星1追上卫星2,一定要使卫星1加速

12.2021年4月29日H时23分，在海南文昌航天发射场用“长征”5B运载火箭将中

国首个空间站核心舱“天和”号送入太空。中国空间站包括“天和”核心舱.“问天”

实验舱和“梦天”实验舱3个舱段，整体呈“T”字构型，计划于2022年全部完成发射，

“天和”核心舱是未来空间站的管理和控制中心。已知“天和”核心舱在轨运行时离地

面的平均高度为h,地球半径为R,地球表面重力加速度为g,下列说法正确的是（）

A.实验舱在做匀速圆周运动的过程中，速度始终不变

gR2

B.“天和”核心舱所在轨道处的加速度大小为R+“

C.“天和”核心舱绕地球运行的周期

D.要实现“问天”.“梦天”实验舱从较低轨道与“天和”核心舱对接，需使实验舱

减速变轨

13.2021年2月10日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，

成为火星卫星。如图所示为探测器经过多次变轨后登陆火星的轨道示意图，其中轨道

I.m为椭圆，轨道n为圆，探测器经轨道I.n.in后从o点登陆火星。。点是三个

轨道的交点，轨道上的。.P.。三点与火星中心在一条直线上o.。分别为椭圆轨道in

的远火点和近火点。已知火星的半径为兄°Q=4R,探测器在轨道II上正常运行时经

过。点的速度为右在此轨道上运行的周期为T,下列说法正确的（）

A.沿轨道I运行时探测器与。点的连线在相等时间内扫过的面积相等

v2

B.沿轨道n运行时探测器经过。点时的加速度为R

c.沿轨道II运行的过程中探测器处于平衡状态

%

D.沿轨道III运行时探测器从。点到0点的时间为9

14.由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的

()

A.周期可以不同B.离地高度可以不同

C.动能可以不同D.运行速率可以不同

15.2021年6月11日，我国在太原卫星发射中心用“长征二号”丁运载火箭成功将

“北京三号”卫星送入预定轨道，变轨过程简化为如图所示，轨道H与轨道I相切于轨

道I的远地点M,与圆轨道III相切于“点。下列说法正确的是()

A.卫星从轨道I进入轨道H,需要在"点减速

B.卫星从轨道n进入轨道in,需要在十点加速

c.卫星在轨道I中运动的周期可能与轨道m中运动的周期相等

D.卫星在轨道II中从〃点运动到M点的过程中，其机械能逐渐减小

参考答案与试题解析

1.【答案】I)

【解析】

地球表面物体受到的万有引力近似等于物体的重力

GMm。

=M

中子星的自转角速度

CD=2n7T

假设在中子星赤道上有一质量为必的物体

GM'm,2

—z-------mg=mrco"

r

联立以上各式得

g'=2.24xl0"m/s2

该中子星赤道的重力加速度大小与地球表面的重力加速度大小之比约为

qa2xl0i°

g

故选Do

2.【答案】C

【解析】

A.“嫦娥四号”在轨道II上4和6两点的万有引力分别为

„GMm„GMm

瓜=丁，生==

则加速度之比为

GM

组==昌2

即GM

R2

故A错误；

B.由开普勒第二定律，有

1„1

-RvKt=-rvAt

整理，可得

幺=4

%r

故B错误；

C.椭圆轨道的半长轴为

R+r

a=------

2

设在椭圆轨道上运行的周期为工，由开普勒第三定律有

从［点运动到8点的时间为

,二宜

2

解得

(/?+/,R+」

t=-47-

故c正确；

D.月球的平均密度为

M

p=­

V

“嫦娥四号”在轨道I上绕月球做匀速圆周运动，有

GMm4/

r2T2

月球的体积可以表示为

V=-TTR3

3

联立，可得

4-/

_GT2_3万，

3

故D错误。

故选C。

3.【答案】A

【解析】

在地球表面上万有引力等于重力，则有

_Mm

G~^~=mg

对核心舱由万有引力提供向心力有

2

「Mm'

Cr......-

RQ

且

R'=R+—R

16

解得

故选Ao

4.【答案】A

【解析】

神州飞船绕地球飞行时;飞船受到的万有引力提供向心力得

因为“神州”五号飞船轨道半径

r>R

所以

v<7.9km/s

故A正确，BCD错误。

故选Ao

5.【答案】D

【解析】

A.依题意，知“墨子号”卫星的轨道半径小于于地球同步通信卫星的轨道半径，根据

可知，“墨子号”卫星的线速度大于地球同步通信卫星的线速度，故A错误;

B.依题意，根据

—MmGM

G——=ma=>a=一厂

r-r

可知“墨子号”卫星的向心加速度小于地面的重力加速度，故B错误;

CD.根据

G—―=机厂（亍-）=>T=

知道同步卫星的周期

T=24h

已知半径

r=h+R

所以可求解地球的质量；根据

又已知卫星的轨道半径

，'=/?+h'

所以，可求解“墨子号”环绕地球运行的线速度大小武，故C错误，D正确。

故选Do

6.【答案】A

【解析】

根据开普勒第三定律

二k

T2

火星的运动半径大于地球，则周期更大，角速度更小，火星和地球均逆时针运动，相同

时间内地球运动到十月中旬位置时，火星运动轨迹对应的弧度小于地球运动轨迹对应的

弧度，只可能在A位置。

故选Ao

7.【答案】D

【解析】

A.站在机械臂上的航天员，随核心舱一起绕地球做匀速圆周运动，速度不为零，A错误；

B.做匀速圆周运动时，航天员的加速度指向地心，不为零，B错误；

CD.航天员受力不平衡，所受的重力恰好提供做匀速圆周运动的向心力，因此航天员处

于完全失重状态，C错误，D正确。

故选Do

8.【答案】A

【解析】

AB.设月球表面的重力加速度为根据

Gmn=g'R-

在月球上以初速度%竖直上抛一个物体，则物体上升的最大高度为

2g，2G，徇

上升时间为

S'G%

由运动的对称性可知回到抛出点要用的时间为21，故A正确，B错误；

C.月球卫星的最大环绕速度为环绕月球表面飞行卫星的运行速度，设卫星质量为如万

有引力提供向心力

解得

7平

故c错误；

D.万有引力提供向心力

4后R

GR=m

T2

解得

可知卫星的运行半径越小，周期越小，所以月球卫星的最小周期为

R

T=2TTR

Gmn

故D错误。

故选Ao

9.【答案】C

【解析】

A.根据

C跖"v2

G——=m——

广r

解得

实验卫星比空间站的轨道半径大,则速度小，A错误;

B.根据

cMtn2

G——-

解得

GM

co=

实验卫星比空间站的轨道半径大,则角速度小，B错误;

C.根据

八Mm

G——=ma

解得

GM

a=

实验卫星比空间站的轨道半径大,则加速度小，C正确;

D.根据

Mm4/

G=mr

干

解得

4万2,

GM

实验卫星比空间站的轨道半径大，则周期大，D错误。

故选Co

10.【答案】C

【解析】

A.由于万有引力提供向心力，即有

„Mm

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

(R+4

可得

GM

a=------r

(R+/?)2

故随着轨道半径的增大，向心加速度减小，又因在地球表面的重力加速为9.Sm/s2,故

轨道舱的向心加速度小于9.8m/s2,A错误；

B.由于万有引力提供向心力，即有

_Mmv2

(J-j-=m-

rr

可得

可知，随着轨道半径的增大，运行速度也会减小，由于轨道半径为地球半径的运行速度

为p=7.9X103m/s,所以轨道舱的运行速度为小于7.9X10Ws,B正确;

C.由于万有引力提供向心力，即有

「Mm，2万、2

G—=/«(—)r

解得

T=2兆

GM

所以可得

T舱_叵

丁正

又知地球同步卫星的周期为24h,故可得轨道舱的圆周运动周期约为

拄5.5X10、

C正确；

D.由于万有引力提供向心力，即有

G——=mcor

解得

由于轨道舱所在的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，故可知轨道舱运行角速度大于地

球同步卫星运行角速度，D错误。

故选C。

11.【答案】C

【解析】

A.两颗卫星的角速度相同，由几何关系知它们之间的距离为

d—r

故A错误；

B.由

F=m（o2r

可知，向心力大小还与卫星质量有关，而两颗卫星质量未知，所以向心力大小不一定相

等，故B错误；

C.由

G„-Mm=m4-^/rr

在地球表面

G八-M^m-=ms

卫星1由位置力运动到位置6所需的时间

t=-T

6

联立解得

t=

故C正确；

D.卫星1加速后，将变轨道比原来轨道更高的轨道上，一定追不上卫星2,故D错误。

故选C。

12.【答案】C

【解析】

A.实验舱在做匀速圆周运动的过程中，速度方向在改变，A错误;

B.根据牛顿第二定律有

MmMm

G=mg,G（R+/Z）=ma

经过计算有

g.

a(R+〃)2

B错误；

C.实验舱在做匀速圆周运动有

Mm+

2

GR