2019-2021年北京高一（下）期末物理试卷试题汇编：宇宙航行

1/12019-2021北京高一（下）期末物理汇编宇宙航行一、多选题1．（2021·北京二中高一期末）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星（）A．质量之积 B．质量之和C．速率之和 D．各自的自转角速度2．（2020·北京师大附中高一期末）关于地球的同步卫星，下列说法正确的是（）A．它处于平衡状态，且具有一定的高度B．它的加速度可能等于9.8m/s2C．它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合D．它绕行的速度小于7.9km/s3．（2020·北京·101中学高一期末）在银河系中，双星的数量非常多。所谓双星就是两颗相距较近的星球，在相互间万有引力的作用下，绕连线上某点做匀速圆周运动。如图所示，两颗质量不等的星球a、b构成一个双星系统，它们分别环绕着O点做匀速圆周运动。关于a、b两颗星球的运动和受力，下列判断正确的是（）A．向心力大小相等 B．线速度大小相等C．周期大小相等 D．角速度大小相等二、单选题4．（2021·北京二中高一期末）若人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，离地面越远的卫星（）A．向心加速度越小 B．运行的角速度越大C．运行的线速度越大 D．做圆周运动的周期越小5．（2021·北京·101中学高一期末）为了对大气二氧化碳进行全天时、高精度监测，我国研制的全球首颗搭载主动激光雷达的大气环境监测卫星，将于2021年7月出厂待发射。与地球同步轨道卫星（图中卫星1）不同，大气环境监测卫星（图中卫星2）是轨道平面与赤道平面夹角接近90°的卫星，一天内环绕地球飞14圈。下列说法正确的是（）A．卫星2的速度大于卫星1的速度B．卫星2的周期大于卫星1的周期C．卫星2的向心加速度小于卫星1的向心加速度D．卫星2所处轨道的重力加速度等于卫星1所处轨道的重力加速度6．（2021·北京·101中学高一期末）2020年6月23日，我国在西昌卫星发射中心成功发射了北斗三号系统的“收官之星”—第55颗北斗导航卫星。该卫星的成功发射标志着北斗三号全球星座部署全面完成。该卫星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，该卫星（

）A．线速度是近地轨道卫星的1B．角速度是近地轨道卫星的1C．周期是近地轨道卫星的49倍D．加速度是近地轨道卫星的17．（2021·北京市第五十七中学高一期末）如图所示，地球和月球组成“地月双星系统”，两者绕共同的圆心C点（图中未画出）做周期相同的圆周运动。数学家拉格朗日发现，处在拉格朗日点（如图所示）的航天器在地球和月球引力的共同作用下可以绕“地月双星系统”的圆心C点做周期相同的圆周运动，从而使地、月、航天器三者在太空的相对位置保持不变。不考虑航天器对地月双星系统的影响，不考虑其它天体对该系统的影响。已知：地球质量为M，月球质量为m，地球与月球球心距离为d。则下列说法正确的是（）A．位于拉格朗日点的绕C点稳定运行的航天器，其向心加速度小于月球的向心加速度B．地月双星系统的周期为T=2πC．圆心C点在地球和月球的连线上，距离地球和月球球心的距离之比等于地球和月球的质量之比D．拉格朗日点距月球球心的距离x满足关系式GM8．（2021·北京·101中学高一期末）2020年7月23日，我国首个独立火星探测器“天问一号”搭乘长征五号遥四运载火箭，从文昌航天发射场成功升空。已知火星的直径约为地球的12，质量约为地球的1A．火星表面的重力加速度小于9.8m/s²B．探测器在火星表面所受重力等于在地球表面所受重力C．探测器在火星表面附近的环绕速度等于7.9km/sD．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度9．（2021·北京市第五十七中学高一期末）“神舟七号”宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，它比地球同步卫星轨道低很多，则“神舟七号”宇宙飞船与同步卫星相比（）A．线速度小一些 B．周期小一些C．向心加速度小一些 D．角速度小一些10．（2020·北京·首都师范大学附属中学高一期末）地球质量为M，半径为R，自转周期为T，引力常量G已知。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（相对地面静止），这些卫星的（）A．质量可以不同 B．轨道半径可以不同C．轨道平面可以不同 D．速率可以不同11．（2020·北京·首都师范大学附属中学高一期末）地球质量为M，半径为R，自转周期为T，引力常量G已知。在一些参考资料中，经常看到这样的说法：绕地球运动的卫星“近大远小”。下面的物理量哪些并不满足“近大远小”的变化规律（）A．卫星在不同半径轨道处的线速度 B．卫星在不同半径轨道处的加速度C．卫星在不同半径轨道处的角速度 D．卫星在不同半径轨道处的周期12．（2020·北京·首都师范大学附属中学高一期末）地球质量为M，半径为R，自转周期为T，引力常量G已知。根据上述已知条件，计算地球表面附近重力加速度g的表达式的依据是（）A．物体在地球表面受到的万有引力与重力是一对平衡力B．物体在地球表面受到的万有引力与重力是一对作用力与反作用力C．物体在地球表面所受重力提供物体随地球自转所需的向心力D．即便考虑到物体随地球一起自转，万有引力与重力大小差别几乎可以忽略13．（2020·北京·首都师范大学附属中学高一期末）地球质量为M，半径为R，自转周期为T，引力常量G已知。仅在引力作用下，物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度。为了求第一宇宙速度的大小，可以依据以下哪些等量关系（该问重力加速度g视为已知）（）A．v=2πRT B．v=gT C．mg=mv14．（2020·北京市第十二中学高一期末）在轨卫星碰撞产生的大量碎片会影响太空环境。假定有甲、乙两块碎片绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是（）A．甲的运行周期一定比乙的长B．甲距地面的高度一定比乙的低C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的向心加速度一定比乙的小15．（2020·北京市八一中学高一期末）2019年春节期间，中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播，人类带着地球“流浪”至靠近木星时，上演了地球的生死存亡之战。影片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，其逃离过程如图所示，地球在椭圆轨道I上运行到远日点B变轨，进入圆形轨道II，在圆形轨道II上运行到B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．在轨道I上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大B．沿轨道I运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度C．沿轨道I运行的机械能小于沿轨道II运行的机械能D．在轨道I上B点的动能等于在轨道II上B点的动能16．（2020·北京·北理工附中高一期末）图甲为“中星9A”在定位过程中所进行的10次调整轨道的示意图，其中的三条轨道如图乙所示，曲线Ⅰ是最初发射的椭圆轨道，曲线Ⅱ是第5次调整后的椭圆轨道，曲线Ⅲ是第10次调整后的最终预定圆轨道；轨道Ⅰ与Ⅱ在近地点A

相切，轨道Ⅱ与Ⅲ在远地点B相切。卫星在变轨的过程中质量变化忽略不计，下列说法正确的是（）A．卫星在轨道Ⅲ上运行的速度大于第一宇宙速度B．卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的速度等于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的速度C．卫星在轨道Ⅰ上经过A点时的机械能小于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的机械能D．卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的加速度小于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的加速度17．（2020·北京·101中学高一期末）“北斗卫星导航系统“是中国自行研制的全球卫星导航系统，同步卫星是其重要组成部分。发射同步卫星时，可以先将卫星发射至近地圆轨道I，然后通过一系列的变轨过程，将卫星送入同步圆轨道III。假设卫星经过两次点火后由近地轨道到达同步圆轨道，简化变轨过程如图所示。卫星在轨道I、轨道III上的运动均可视为匀速圆周运动。卫星在轨道I上做匀速圆周运动的速度大小为v1，周期为T1；卫星在轨道III上做匀速圆周运动的速度大小为v3，周期为T3。下列关系正确的是（）A．v1>v3，T1>T3B．v1>v3，T1<T3C．v1<v3，T1>T3D．v1<v3，T1<T318．（2020·北京·101中学高一期末）“北斗卫星导航系统”是中国自行研制的全球卫星导航系统，同步卫星是其重要组成部分。发射同步卫星时，可以先将卫星发射至近地圆轨道I，然后通过一系列的变轨过程，将卫星送入同步圆轨道III。假设卫星经过两次点火后由近地轨道到达同步圆轨道，简化变轨过程如图所示。卫星在轨道I、轨道III上的运动均可视为匀速圆周运动。卫星在轨道I、II、III上正常运行时，下列说法正确的是（）A．飞船在轨道I上经过P点的加速度大于它在轨道II上经过P点的加速度B．飞船在轨道I上经过P点的加速度小于它在轨道II上经过P点的加速度C．飞船在轨道II上经过Q点的速度大于它在轨道III上经过Q点的速度D．飞船在轨道II上经过Q点的速度小于它在轨道III上经过Q点的速度19．（2020·北京师大附中高一期末）人造地球卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，下列说法正确的是（）A．半径越大，速度越小，周期越小B．半径越大，速度越小，周期越大C．所有卫星的速度均是相同的，与半径无关D．所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关20．（2020·北京·北理工附中高一期末）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星），该卫星（）A．入轨后可以位于北京正上方B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C．发射速度大于第二宇宙速度D．若发射到近地圆轨道所需能量较少21．（2020·北京·首都师范大学附属中学高一期末）若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球的1.5倍，则此行星的第一宇宙速度约（）A．16km/s

B．32

km/s C．4km/s D．2km/s22．（2020·北京市八一中学高一期末）我国发射的风云一号气象卫星是极地卫星，周期为12h．风云二号气象卫星是地球同步卫星，周期是24h．与风云二号相比较，风云一号()A．距地面较近 B．角速度较小 C．线速度较小 D．受到地球的万有引力较小23．（2019·北京师大附中高一期末）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星），该卫星（

）A．入轨后可以位于北京正上方B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C．发射速度大于第二宇宙速度D．入轨后的加速度小于地面重力加速度24．（2019·北京·首都师范大学附属中学高一期末）一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上．已知万有引力常量为G，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为A．4π3Gρ12 B．34π三、解答题25．（2021·北京二中高一期末）近20年来我国的航空航天事业取得了巨大成就，早在2007年10月和2010年10月29日，我国相继成功发射了“嫦娥一号”和“嫦娥二号”探月卫星，它们对月球进行了近距离探测，圆满完成了预定的科研任务。如图所示，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”环绕月球做匀速圆周运动时，距月球表面的高度分别为h和h2，已知月球的半径为R（1）求“嫦娥一号”和“嫦娥二号”环绕月球运动的线速度大小之比；（2）已知“嫦娥一号”的运行周期为T，求“嫦娥二号”的运行周期。26．（2021·北京市第五十七中学高一期末）已知地球质量为M，万有引力常量为G。将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体。忽略地球自转影响。（1）求地面附近的重力加速度g；（2）求地球的第一宇宙速度v；（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道哪些相关数据？请分析说明。27．（2020·北京师大附中高一期末）已知地球的半径为R，地球的质量为M，引力常量为G。某颗中轨道卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道离地面的高度是地球半径的3倍。求：（1）忽略地球自转，地球表面的重力加速度的大小；（2）卫星的线速度的大小。28．（2020·北京·101中学高一期末）2016年11月18日13时59分，“神舟十一号”飞船返回舱在内蒙古中部预定区域成功着陆，执行飞行任务的航天员在“天宫二号”空间实验室工作生活30天后，顺利返回祖国，创造了中国航天员太空驻留时间的新纪录，标志着我国载人航天工程空间实验室任务取得重要成果。有同学设想在不久的将来，宇航员可以在月球表面以初速度v0将一物体竖直上抛，测出物体上升的最大高度h。已知月球的半径为R，引力常量为G。请你求出：（1）月球表面的重力加速度大小g；（2）月球的质量M；（3）月球的第一宇宙速度v。29．（2020·北京市八一中学高一期末）我国航天人为实现中华民族多年的奔月梦想，正在向着“绕、落、回”的第三步进军，未来将有中国的航天员登上月球。设想航天员在月球上做自由落体实验，将某物体从距月球表面高h处由静止释放，经时间t后落到月球表面，已知月球是半径为R的均匀球体，引力常量为G，不考虑月球自转的影响。求：(1)月球表面的重力加速度g月；(2)月球的质量M；(3)绕月探测器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的速率v。30．（2020·北京市第十二中学高一期末）2017年4月入轨的中星16号是中国第一颗高轨道高通量通信卫星。中星16号是同步卫星，定点于东经115.5°，其轨道可近似为圆形轨道，示意图如图所示。已知卫星离地心的距离为r，地球半径为R，地球自转周期为T，引力常量为G(1)求中星16号在同步轨道上运行时的线速度大小v；(2)求地球的质量M。

参考答案1．BC【详解】AB．双中子星做匀速圆周运动的频率f=12Hz（周期T=1Gm1r1+r2=r=400km联立解得m选项B正确A错误；C．由v=2πfr可得v选项C正确；D．不能得出各自自转的角速度，选项D错误。【点睛】此题以最新科学发现为情景，考查天体运动、万有引力定律等。2．CD【详解】A．同步卫星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，处于不平衡状态，A错误；B．地球表面附近的向心加速度为a=设同步卫星离地球表面的高度为h，则a'=B错误；C．同步卫星的周期与地球自转的周期相等，为24h；同步卫星相对与地面静止，同时绕地心旋转，因此轨道平面与赤道平面重合，C正确；D．7.9km/s是卫星绕地球运行的最大速度，由于同步卫星距离地球表面具有一定的高度，因此它绕行的速度小于7.9km/s，D正确；故选CD。3．ACD【详解】A．双星系统由两者之间的万有引力提供向心力，则向心力大小相等，选项A正确；BCD．双星系统绕连线上某点做匀速圆周运动，则角速度大小相等，则周期相等，根据G因质量不等，则转动半径不等，根据v=ωr，则线速度不相等，选项CD正确B错误。故选ACD。4．A【详解】A．根据G解得a=离地面越远的卫星，向心加速度越小，A正确；B．根据G解得ω=离地面越远的卫星，运行的角速度越小，B错误；C．根据G解得v=离地面越远的卫星，运行的线速度越小，C错误；D．根据G解得T=离地面越远的卫星，做圆周运动的周期越大，D错误。故选A。5．A【详解】AB．因为地球同步卫星（卫星1）的周期是24h，而大气环境监测卫星（卫星2）的周期是24h14，可见卫星G可得T=2πr3GM，故卫星2G解得v=GMr，因卫星2的轨道半径小，所以卫星2的速度大于卫星1的速度，A正确，C．根据万有引力提供向心力，有G解得a=GMr2，因卫星2的轨道半径小，故它的向心加速度大于卫星1D．根据万有引力等于重力，有G解得g=GMr2，因卫星2的轨道半径小，故它的重力加速度大于卫星1故选A。6．D【详解】A．设地球静止卫星的线速度为v1，近地轨道卫星的线速度为v2，地球质量为M、半径为R，且卫星环绕时万有引力提供向心力，由G经过计算有v则vA错误；B．设地球静止卫星的角速度为ω1，近地轨道卫星的角速度为ω2，地球质量为M、半径为R，且卫星环绕时万有引力提供向心力，由GMmr2=mω经过计算有ω1=GM(7R)3，ω2则ω1ωB错误；C．设地球静止卫星的周期为T1，近地轨道卫星的周期为T2，地球质量为M、半径为R，且卫星环绕时万有引力提供向心力，由GMmr2=m经过计算有T1=2π(7R)3GM，T2=则T1T2C错误；D．设地球静止卫星的加速度为a1，近地轨道卫星的加速度为a2，地球质量为M、半径为R，且卫星环绕时万有引力提供向心力，由GMmr2=经过计算有a1=GM(7R)2，a2则a1aD正确。故选D。7．D【详解】A．位于拉格朗日点的绕C点稳定运行的航天器的周期与地球的周期相同，根据a=(2πT)2B．地球和月球组成“地月双星系统”，两者绕共同的圆心C点（图中未画出）做周期相同的圆周运动。根据万有引力提供向心力，对月球G对地球G两式相加G因为d=所以T=2π故B错误；C．由GMmd2r即圆心C点在地球和月球的连线上，距离月球和地球球心的距离之比等于月球和地球的质量的反比，故C错误；D．根据r2r1=mr航天器在月球和地球引力的共同作用下可以绕“月地双星系统”的圆心C点做周期相同的圆周运动，设航天器的质量为m0G即G故D正确；故选D。8．A【详解】AB．星球表面重力等于万有引力G因此星球重力加速度g=代入数据解得火星重力加速度g所以，火星表面的重力加速度小于9.8m/s2，探测器在火星表面所受重力小于在地球表面所受重力，故A正确，B错误；CD．探测器在火星表面附近的环绕速度就是第一宇宙速度，探测器在火星表面附近做圆周运动的向心力由万有引力提供，由向心力公式得G解得v=代入数据解得，火星第一宇宙速度（探测器在火星表面附近的环绕速度）为v故CD错误。故选A。9．B【详解】根据万有引力提供向心力GMm可以看出，h小则运行周期T也小，线速度、角速度、加速度大一些。故选B。10．A【详解】B．因为同步卫星要和地球自转同步，即这些卫星ω相同，根据万有引力提供向心力得G因为ω一定，所以r相同，故B不符合题意；A．根据上面可知许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的质量可以不同，故A符合题意；C．它若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的。所以所有的同步卫星都在赤道上方同一轨道上，故C不符合题意；D．根据万有引力提供向心力得G因为r一定，所以这些卫星速率相等，故D不符合题意。故选A。11．D【详解】万有引力充当向心力，根据牛顿第二定律可得G解得v=GMR，ω=GMRA．根据v=GMR可知线速度随着轨道半径的减小而增大，即满足“近大远小”，B．根据a=GMR2可知加速度随着轨道半径的减小而增大，即满足“近大远小”C．根据ω=GMR3可知角速度随着轨道半径的减小而增大，即满足“近大远小”D．根据T=2πR3GM可知周期随着轨道半径的增大而增大，即不满足“近大远小”故选D。12．D【详解】物体在地球表面受到的重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，但是即便考虑到物体随地球一起自转，万有引力与重力大小差别几乎可以忽略，所以可以认为在地面附近万有引力等于重力，故选D。13．D【详解】设质量为m的物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律，有G解得v=GM根据黄金替代公式GM=gR①②联立可得v=D正确ABC错误。故选D。14．B【详解】根据F=G可得v=T=2πa=因为甲的运行速率比乙的大，则甲的运行半径比乙小，甲距地面的高度一定比乙的低，甲的运行周期一定比乙的短；甲的向心加速度一定比乙的大；由于两碎片的质量关系不确定，则不能比较向心力关系。故ACD错误，B正确。故选B。15．C【详解】A．在轨道I上由A点运行到B点的过程，万有引力做负功，则速度逐渐减小，选项A错误；B．沿轨道I运行时，在A点受到的万有引力大于在B点的万有引力，则在A点的加速度大于在B点的加速度，选项B错误；CD．从轨道I上的B点要加速才能进入轨道II，则在轨道I上B点的动能小于在轨道II上B点的动能，沿轨道I运行的机械能小于沿轨道II运行的机械能，选项C正确，D错误。故选C。16．C【详解】A．第一宇宙速度是最大环绕速度，故卫星在轨道Ⅲ上运行的速度小于第一宇宙速度，A错误；B．卫星从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ上需要在B点加速，所以卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的速度小于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的速度，故B错误；C．卫星从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ上需要在A点加速，机械能增加。在椭圆轨道上机械能不变，卫星从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ上需要在B点加速，机械能增加。故卫星在轨道Ⅰ上经过A点时的机械能小于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的机械能，选项C正确；D．根据G得到a=GM可知卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的加速度等于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的加速度，故D错误。故选C。17．B【详解】根据G可得v=T=2π因r1<r3，则v1>v3T1<T3故选B。18．D【详解】AB．根据G可知a=则飞船在轨道I上经过P点的加速度等于它在轨道II上经过P点的加速度，选项AB错误；CD．飞船在轨道II上经过Q点要点火加速做离心运动才能进入轨道III，则飞船在轨道II上经过Q点的速度小于它在轨道III上经过Q点的速度，选项C错误，D正确。故选D。19．B【详解】根据GMm可知轨道半径越大，线速度越小，角速度越小，运动周期越长，因此B正确，ACD错误。故选B。20．D【详解】A．由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；B．由于第一宇宙速度为卫星绕