宇宙航行同步测试卷- 高一年级下册物理人教版（2019）必修第二册

4宇宙航行同步测试卷

一、单选题

1.“天问一号”火星登陆探测器被火星俘获后首先在高轨道做圆周运动，然后转移到低

轨道做圆周运动，为着陆火星做准备，相比高轨道，探测器在低轨道运行时（）

A.周期较大B.线速度较大

C.角速度较小D.加速度较小

2.2021年5月30日，我国成功发射的“天舟二号”货运飞船与“天和核心舱”完成自主快

速交会对接，河北辛集中学校友白明生正是天舟二号货运飞船总设计师。已知对接形成

的组合体仍沿“天和核心舱”原来的轨道（可视为圆轨道）运行，对接前“天和核心舱”的

运行轨道高度为393km，“天舟二号”货运飞船轨道高度为386km,它们的运行轨道均

视为圆周，则（）

A.“组合体”比“天和核心舱”加速度大

B.“组合体”比“天和核心舱”角速度大

C.“组合体”比“天和核心舱”周期大

D.“组合体”比“天舟二号”货运飞船机械能大

3.2021年6月，“神舟十二号”载人飞船成功发射，并进入预定轨道，飞船入轨后，与“天

和”核心舱在轨运行的情形如图所示,两轨道均高于近地轨道，下列说法正确的是（）

A.P是飞船，。是“天和”，它们的发射速度均大于第一宇宙速度

B.尸、。在轨运行时均处于完全失重状态，因此它们的加速度相同

C.在轨运行时尸的速度小于。的，尸若加速可以追上。，实现对接

D.在轨运行时尸的速度大于。的，。若加速可以追上P,实现对接

4.如图所示，三颗卫星A、B、C都在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动，其中B为

同步卫星。则三颗卫星中（）

AtBRct

­/，:

»,•

7:*♦:

,•t,

,t

A.卫星C绕地球运动的周期小于24小时B.卫星C的加速度最大

C.卫星A的速度最小D.卫星C的速度最小

5.2018年2月2日，我国首颗教育共享卫星“少年星一号”搭乘长征二号运载火箭在酒

泉卫星发射中心成功发射升空。这颗承载着10万多名中小学生创意思维的卫星，终于

成功发射，两名东莞学生胡政和夏闻天就参与了“中国少年微星计划”的“造星环节”。若

少年星一号运行轨道可视为圆周轨道，每天绕地球13圈。已知同步卫星距离地面的高

度约为3.6x104km,下列说法正确的是（）

A.“少年星一号”可能会与地面相对静止

B.“少年星一号”运行速度小于同步卫星的运行速度

C.“少年星一号”的向心加速度小于同步卫星的向心加速度

D.“少年星一号”距离地面的高度小于3.6xl（）4km

6.“天问一号”已于2020年7月23日在中国文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭

发射升空，成功进入预定轨道。“天问一号”现已完成“环绕”、“着陆”“巡视”火星这三大

任务。已知日地间距约为L5亿公里，火星直径约为地球的一半，质量约为地球的11%,

将火星和地球绕太阳的运动均视为圆周运动，两者每隔26.3个月相遇（相距最近）一

次。不考虑火星和地球间万有引力的影响，取地球表面重力加速度为10m/s,下列说法

正确的是（）

A.“天问一号”的发射速度必须大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度

B.火星表面的“重力加速度”约为8m/s2

C.由上述材料和天文学常识可以估算出火星公转的周期约为22个月

D.由上述材料和天文学常识可以估算出火星到太阳之间的距离约为4亿公里

7.我国首个独立火星探测器“天问一号”已于今年5月15日成功着陆火星表面，对我国

持续推进深空探测、提升国家软实力和国际影响力具有重要意义。假设火星是质量分布

均匀的球体，半径为R,自转周期为T,引力常量为G,则（）

A.火星密度为券

试卷第2页，共6页

B.火星第一宇宙速度为〒

C.火星赤道表面重力加速度为竽

D.一个质量为根的物体分别静止在火星两极和赤道时对地面的压力的差值为什*

T-

8.2021年5月15日，我国“天问一号”火星探测器成功实现火星表面软着陆，降落在乌

托邦平原南部，一次性完成"绕落巡''三大任务。已知火星与地球半径之比约为1：2,表

面重力加速度大小之比约为4：9,则火星与地球第一宇宙速度之比约为（）

A.2：3B.72：3C.3：2D.3：夜

9.2020年7月23日中午12：41分，我国第一个火星探测器“天问一号”搭载长征五号

遥四运载火箭在海南的文吕航天发射中心的发射场地成功升空。火星直径约为地球的一

半，质量约为地球的十分之一，它绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的1.5倍。

根据以上数据，以下说法正确的是（）

A.火星与地球表面的重力加速度之比约为1:10

B.火星与地球的公转周期之比约为2:3

C.火星与地球的第一宇宙速度之比约为2:石

D.火星与地球受到太阳的引力之比约为2:45

10.在两个大物体的引力场空间中存在着一些点在这些点处的小物体可相对于两个大物

体基本保持静止，这些点称为拉格朗日点中国探月工程中的“鹊桥号”中继星是世界上首

运行于地月拉格朗日4点的通信卫星，如图所示，在几乎不消耗燃料的情况下与月球同

步绕地球做圆周运动，关于处于拉格朗日乙和4点上同等质量的卫星，下列说法正确的

A.两卫星绕地球做圆周运动的角速度不相等

B.两卫星绕地球做圆周运动的向心力相同

C.两卫星绕地球做圆周运动的周期相同

D.以地球为参考系两卫星的动能相等

11.2021年5月22日，“天问一号”火星探测器所携带的“祝融号”火星车及其着陆组合

体成功到达火星表面。如图是“天问一号”环绕火星变轨示意图。“天问一号”先沿轨道I

绕火星做匀速圆周运动，再在A点开始变轨后进入环绕火星的椭圆轨道H运动。则“天

问一号“（）

轨道L-父、

/轨道n\

A.由轨道I进入轨道H需要在A点加速

B.在轨道II上A点的速度小于B点的速度

C.在轨道I上的运行周期小于在轨道H上的运行周期

D.在轨道I上经过A点时的加速度大于在轨道II上经过A点时的加速度

12.甲、乙两颗地球卫星，甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫

星轨道均可视为圆轨道。以下判断正确的是（）

A.甲的角速度大于乙的角速度B.甲的线度大于乙的线度

C.甲的加速度大于乙的加速度D.甲的周期大于乙的周期

二、多选题

13.银河系的恒星大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体Si和&构成，两星

在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点。做匀速圆周运动，由天文观察

测得其运动周期为T,S1到。点的距离为n，S2到。点的距离为r2,S1和S2间的距

离为r,且ri＞「2,已知引力常数为G,那么以下说法正确的是：（）

51的质量为

GT2

47r之九

$2的质量为

GT2

c.S的质量小于S2的质量

试卷第4页，共6页

D.双星的总质量一定，若双星之间的距离增大，其转动周期变小

14.科幻影片《流浪地球》中为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动

机，使地球完成一系列变轨操作，其逃离过程可设想成如图所示，地球在椭圆轨道I上

运行到远日点尸变轨进入圆形轨道II,在圆形轨道II上运行一段时间后在P点时再次

加速变轨，从而最终摆脱太阳束缚。对于该过程，下列说法正确的是（）

A.地球在尸点通过向前喷气减速实现由轨道I进入轨道n

B.若地球在I、II轨道上运行的周期分别为Ti、T2,则

C.地球在轨道I正常运行时（不含变轨时刻）经过P点的加速度比地球在轨道H正常

运行（不含变轨时刻）时经过P点的加速度大

D.地球在轨道I上过。点的速率比地球在轨道II上过P点的速率大

15.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r约为地球半径R的6.6倍，假设地球的自转周期变小，

若仍然用三颗同步卫星来实现上述目的，则以下说法正确的是（）

A.同步卫星的周期将变小B.同步卫星的轨道半径最小可为2R

C.地球自转周期最小值约为8hD.地球自转周期的最小值约为4h

三、解答题

16.如图所示，嫦娥三号探测器在月球上着陆的最后阶段为：当探测器下降到距离月球

表面高度为/7时悬停一会儿，之后探测器由静止自由下落，在重力（月球对探测器的重

力）作用下经过f时落在月球表面上。已知月球半径为R且无远小于R,引力常数为G,

忽略月球自转的影响。求：

（1）月球表面附近重力加速度g的大小；

（2）月球的密度夕；

（3）月球的第一宇宙速度vi是多大。

h

17.2011年7月11日23时41分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，

成功将“天链一号02星”送入太空。火箭飞行约26分钟后，西安卫星测控中心传来的数

据表明，星箭分离，卫星成功进入地球同步转移轨道。“天链一号02星”是我国第二颗

地球同步轨道数据中继卫星，又称跟踪和数据中继卫星，由中国航天科技集团公司所属

中国空间技术研究院为主研制。中继卫星被誉为“卫星的卫星“，是航天器太空运行的数

据“中转站”，用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面

的信息的地球静止通信卫星。

(1)已知地球半径R,地球表面的重力加速度g,地球自转周期7,那么“天链一号02

星”的轨道半径是什么？

(2)某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号，需要位于赤道地面基站正上方

的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器，如果航天器与“天链一号02

星''处于同轨道最远可通信距离的情况下，航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号

的时间是多少？已知地球半径为R,地球同步卫星轨道半径为广，无线电波的传播速度

为光速c。

试卷第6页，共6页

4宇宙航行同步测试卷参考答案

1.B

【详解】

由引力作为向心力可得

-Mmv24/

3——=m—=mro2)=mr——=ma

rrT

解得

4%2r3

GMGM

V=-----,co=-------，〃=n-

GMr

探测器在低轨道运行时，轨道半径较小，线速度较大，角速度较大，周期较小，向心加速度

较大，B正确。

故选B。

2.D

【详解】

ABC.“组合体”与“天和核心舱”运行的轨道相同，根据

-Mm4/

G——=mo)2r=m——r=ma

r2T2

可知，"组合体’'与"天和核心舱”运行的加速度相同，角速度相同，运行的周期相同，选项

ABC错误;

D.“组合体”比“天舟二号”货运飞船质量大，且运行半径较大，则机械能大，选项D正确。

故选D。

3.A

【详解】

A,发射轨道高于近地轨道的卫星时，发射速度需要大于第一宇宙速度，故A正确;

B.尸、。均处于完全失重状态。但由于轨道不同。由

GMm

——--二ma

r

则

GM

可知轨道半径不同，加速度就不同，故B错误;

C.由牛顿第二定律有

答案第1页，共11页

可知，P的线速度较大，。的线速度较小，故c错误；

D.。如果加速会做离心运动，距离尸更远，无法对接，故D错误。

故选A„

4.D

【详解】

A.由引力作为向心力可得

同步卫星B的运行周期为24h,C的轨道半径大于B的轨道半径，故运行周期大于24h,A

错误；

B.由引力作为向心力可得

「Mm

G——=ma

解得

卫星C的轨道半径最大，加速度最小，B错误;

CD.由引力作为向心力可得

A的轨道半径最小，线速度最大，C的轨道半径最大，线速度最小，C错误，D正确。

故选D。

5.D

答案第2页，共11页

【详解】

A.“少年星一号”每天绕地球13圈，周期小于同步卫星周期，不可能与地面相对静止，A

错误；

BCD.由

Mm4万2v2

可得

由于“少年星一号,，周期较小，故轨道半径较小（离地高度小于3.6x104km）,可得线速度、

向心加速度较大，BC错误，D正确。

故选D。

6.C

【详解】

A.“天问一号”到达火星位置时，已经脱离地球的束缚，但没有脱离太阳的束缚，因此发射

速度必须大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，A错误；

B.根据

GMm

厂2—mg

可得

r2

g火*

与g地=11%X(2)2xl0m/s2=4.4m/s2

火M地,女

B错误；

C.由于每隔26.3个月相遇一次,因此

(―-—)26.3=2^-

心T火

而

.=12月

整理得

限=22月

C正确;

答案第3页，共11页

D.根据开普勒第三定律

诃=声

/火/地

可得

”2.2亿公里

D错误。

故选C。

7.D

【详解】

ABC.根据

GMm4/mR

k二.

M=pV

可知求火星密度，需要火星的公转周期，同理求火星的第一宇宙速度和火星表面的重力加速

度，都需要用火星的公转周期，故ABC错误；

D.物体静止在火星两极时，对地面的压力大小等于物体受到的万有引力，即

2=绊

1R2

在赤道时，物体跟着火星做匀速圆周运动，物体受到的万有引力一部分提供物体的向心力，

所以物体对赤道的压力小于万有引力，为

^^7t2mRGMm4/mR

N。=F---5—=------5—

T2R2T2

则

47r2mR

T2

故D正确。

故选D。

8.B

【详解】

根据

mv2

mg-

可得

答案第4页，共11页

♦火_卜火R火'_

V地Ng地R地3

故选B。

9.D

【详解】

A.在星球表面有

「Mm

mg=G下

所以有

陷&、4=2

g2M?R；105

A错误;

B.根据开普勒第三定律得

4=甲=3&

元一后一丁

B错误;

C.在星球表面有

厂Mmv2

G-z-=m——

R?R

所以有

五=呵=]

v2NM2R1布

C错误;

D.根据万有引力公式得

___2

F2一M2r；~45

D正确。

故选D。

10.C

【详解】

AC.两卫星相对于两个大物体的中心基本保持静止，因此绕地球做圆周运动的周期相等,

答案第5页，共11页

角速度相等，A错误，C正确;

B.根据向心力公式尸=m02r可知，半径大的卫星向心力较大。B错误；

D.处于4点上的卫星做圆周运动的半径比处于乙点上的卫星大，所以处于4点上的卫星

速度大，动能大，D错误。

故选Co

11.B

【详解】

A.“天问一号”火星探测器由高轨道进入地轨道需要在远火星点减速，选项A错误；

B.A点为远火点，由开普勒第二定律可知，在轨道II上A点的速度小于8点的速度，选项

B正确；

C.“天问一号”在轨道I上的运行半径大于在轨道II上的运行半径，由开普勒第三定律可知,

在轨道I上的运行周期大于在轨道n上的运行周期，选项c错误；

Mm

D.由="也可知"天问一号”在轨道I上经过A点时的加速度等于在轨道n上经过A

点时的加速度，选项D错误。

故选B。

【详解】

A.根据

乙的运行高度低于甲的运行高度，则甲的角速度小于乙的角速度，A错误;

B.根据

乙的运行高度低于甲的运行高度,甲的线度小于乙的线度，B错误;

C.根据

答案第6页，共11页

「Mm

G——=ma

解得

Mm

乙的运行高度低于甲的运行高度，甲的加速度小于乙的加速度，C错误;

D.根据

_Mm4/

解得

23

T_4/rr

GM

乙的运行高度低于甲的运行高度，甲的周期大于乙的周期，D正确。

故选D。

13.BC

【详解】

AB.根据万有引力提供向心力有

Grrum.(2下丫(2»丫

2=叫TTgT弓

得

412r2G

"GT2

4;小/q

m=

2GT92

故A错误，B正确；

C.根据万有引力提供向心力有

CJITL22

---L"二叫①么=恤①丫2

有

m2rx

即半径与其质量成反比，因为可＞4，所以叫〈生，即S1质量小于S2质量，故C正确;

D.双星总质量

答案第7页，共11页

则双星的总质量一定，若双星之间的距离增大，其转动周期变大，选项D错误。

故选BC。

14.BD

【详解】

A.地球在尸点通过向后喷气加速实现由轨道I进入轨道II。A错误;

B.根据开普勒第三定律，地球在I轨道的半长轴小于II轨道的半径，所以B正确;

C.地球的加速度由万有引力提供，不管在哪个轨道，在P点的万有引力相等，所以加速度

相等。C错误;

D.以太阳为圆心，。点到太阳的距离为半径做圆轨道in,则轨道ni在。点的线速度小于轨

道I上。点的线速度，根据线速度公式v=—可知，轨道HI的线速度大于轨道II的线速

度，所以地球在轨道I上过。点的速率比地球在轨道n上过尸点的速率大。D正确。

故选BD„

15.ABD

【详解】

A.地球的自转周期变小，则其同步卫星的周期变小。A正确;

B.同步卫星的半径最小时有

此时地球与两卫星间的连线相切,根据几何关系有

—=2R

sin300

B正确;

CD.根据牛顿第二定律得

「Mm4/--「「Mm4%2

G-----=mx6.6R,G—=m^2R

(6.6R)2(24h)2

联立解得

T=4h

答案第8页，共11页

C错误，D正确。

故选ABD。

3h

16.(1)g=~^~；(2)p=；(3)H=交恒

2兀GFR

【详解】

(1)在月球表面附近做自由落体运动，在下落力的过程中则有

,12

h=2gr

解得月球表面附近的重力加速度为g=,2h

(2)不考虑自转，万有引力等于重力，对探测器则有

cMm

mg=G-^-

解得月球的质量

2hR2

M=

M

根据密度「=解得月球密度

3

3h

P-------5—

2兀Gt?R

(3)对贴近月球表面附近的卫星，万有引力提供向心力，则有

m2=m—

R

解得月球的第一宇宙速度