05.综合检测（五） 万有引力与宇宙航行 学生版试题

综合检测（五）万有引力与宇宙航行时间:75分钟满分100分一、单项选择题（本题共8个小题，每个小题4分，共32分。在每个小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的）1．天宫空间站是我国独立建设的空间站系统。空间站沿图中椭圆轨道逆时针运行，图表是空间站现阶段的运行参数。已知、是椭圆轨道短轴的两个端点，月球的公转周期为27天。下列说法正确的是（）国籍中国轨道参数长度55m近心点高度350km加压空间体积远心点高度450km空载质量110吨轨道倾角42°载人上限6轨道周期90minA．空间站与地心连线和月球与地心连线在相等时间内扫过的面积相等B．空间站从点运行到点的最短时间小于45分钟C．月球绕地球运行的轨道半长轴约为空间站绕地球运行轨道半长轴的18倍D．空间站在远心点的速度一定大于7.9km/s2．2024年1月5日，我国“快舟一号”运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空，以“一箭四星”方式。将“天目一号”掩星探测星座星送入预定轨道（轨道近似为圆轨道，高度在之间）。我国的第一颗卫星“东方红一号”于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心由长征一号运载火箭送入工作轨道（近地点距地球表面的距离441km、远地点距地球表面的距离2368km）。已知地球的半径为6400km，下列说法正确的是（）A．“东方红一号”卫星运动的周期小于“天目一号”卫星运动的周期B．“东方红一号”卫星的加速度大小可能等于“天目一号”卫星的加速度大小C．“东方红一号”卫星的运行速度可能大于7.9km/sD．“天目一号”卫星从发射到进入预定轨道的整个过程均处于失重状态3．北京时间2024年1月5日19时20分，我国在酒泉卫星发射中心用快舟一号甲运载火箭，成功将天目一号气象星座15-18星（以下简称天目星）发射升空，天目星顺利进入预定轨道，至此天目一号气象星座阶段组网完毕。天目星的发射变轨过程可简化为如图所示，先将天目星发射到距地面高度为h1的圆形轨道I上，在天目星经过A点时点火实施变轨进入椭圆轨道II，最后在椭圆轨道的远地点B点再次点火将天目星送入距地面高度为h2的圆形轨道III上，设地球半径为R，地球表面重力加速度为g，则天目星沿椭圆轨道从A点运动到B点的时间为（）A．B．C．D．4．2024年，我国探月计划第六个探测器嫦娥六号将于上半年出征月球，并且飞往月球背面采集土壤并返回地球。如图所示，为地球的球心、为月球的球心，图中的P点为地—月系统的一个拉格朗日点，在该点的物体能够保持和地球、月球相对位置关系不变，以和月球相同的角速度绕地球匀速圆周运动。地球上的人总是只能看到月球的正面，嫦娥六号将要达到的却是月球背面的M点，为了保持和地球的联系，我国于4月12日成功发射鹊桥二号中继通信卫星，让其在以P点为圆心、垂直于地月连线的圆轨道上运动。下列说法正确的是（）A．我们无法看到月球的背面，是因为月球的自转周期和公转周期相同B．发射嫦娥六号时，发射速度要超过第二宇宙速度，让其摆脱地球引力的束缚C．以地球球心为参考系，鹊桥二号中继卫星做匀速圆周运动D．若“鹊桥二号”和月球的公转轨道半径之比为n，那么它们的公转周期之比为5．地球同步卫星的发射过程可以简化如下：卫星先在近地圆形轨道I上运动，在点A时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的远地点B时，再次点火进入同步轨道Ⅲ绕地球做匀速圆周运动。已知地球半径为R，同步卫星轨道半径为r，设卫星质量保持不变，下列说法中不正确的是（）A．卫星在轨道Ⅰ上和轨道Ⅲ上的运动周期之比为B．卫星在轨道Ⅰ上和轨道Ⅱ上的运动周期之比为C．卫星在轨道Ⅰ上和轨道Ⅲ上运动的动能之比D．卫星在轨道Ⅱ上运动经过A点和B点的速度之比为6．嫦娥六号进入环月圆轨道，周期为T，轨道高度与月球半径之比为k，引力常量为G，则月球的平均密度为（）A． B． C． D．7．中国计划在2030年前登上月球，假设宇宙飞船落到月面前绕月球表面附近做角速度为ω的匀速圆周运动。宇航员登上月球后，做了一次斜上抛运动的实验，如图所示，在月面上，小球从A点斜向上抛出，经过最高点B运动到C点，已知小球在A、C两点的速度与水平方向的夹角分别为37°、53°，小球在B点的速度大小为v，小球从A点到C点的运动时间为t，引力常量为G，sin37°=0.6，cos37°=0.8，月球可视为均匀球体，忽略月球的自转，下列说法正确的是（）A．月球的密度为B．月球表面的重力加速度大小为C．月球的第一宇宙速度大小为D．月球的半径为8．我国科研人员利用“探测卫星”获取了某一星球的探测数据，对该星球有了一定的认识。“探测卫星”在发射过程中，先绕地球做圆周运动，后变轨运动至该星球轨道，绕星球做圆周运动。“探测卫星”在两次圆周运动中的周期二次方与轨道半径三次方的关系图像如图所示，其中P实线部分表示“探测卫星”绕该星球运动的关系图像，Q实线部分表示“探测卫星”绕地球运动的关系图像，“探测卫星”在该星球近表面和地球近表面运动时均满足，图中c、m、n已知，则（）A．该星球和地球的质量之比B．该星球和地球的第一宇宙速度之比C．该星球和地球的密度之比为D．该星球和地球表面的重力加速度大小之比为二、多项选择题（本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）9．建造一条能通向太空的天梯，是人类长期的梦想。一种简单的设计是把天梯看作一条长度达千万层楼高的质量均匀分布的缆绳，它由一种高强度、很轻的纳米碳管制成。如图所示，虚线为同步卫星轨道，天梯本身呈直线状；其上端指向太空，下端刚与赤道接触但与地面之间无相互作用；两个物体M、N在太空天梯上如图位置，整个天梯及两物体相对于地球静止不动，忽略大气层的影响，分析可知（）A．太空天梯对物体M的力指向地面B．太空天梯对物体N的力指向地面C．物体M脱离太空天梯后可能撞向地球D．物体N脱离太空天梯后可能撞向地球10．我国的北斗系统主要由地球同步轨道卫星和中轨道卫星组成，若其中两卫星在同一平面内环绕地球做匀速圆周运动，且绕行方向相同，如图甲所示；两卫星之间的距离随时间变化的关系如图乙所示，图中R为地球半径，地球表面重力加速度大小为g，不考虑两卫星之间的作用力，计算时。下列说法正确的是（）A．中轨道卫星与同步卫星的轨道半径之比为1∶2B．中轨道卫星的加速度大小为C．图乙中的T为24小时D．中轨卫星的运动周期为11．天空中星体壮丽璀璨，在万有引力作用下，做着不同的运动。如图1、2所示分别为双星、三星模型，星体都绕它们之间的某一点做匀速圆周运动，轨迹圆半径都为，五个环绕天体质量均为，引力常量为，忽略其他天体对系统的作用，则（）A．图1中两环绕天体向心力相同B．图1中天体运动的周期为C．图2中天体运动的向心力大小为D．图1和图2中环绕天体的线速度之比为12．关于黑洞和暗物质(暗物质被称为“世纪之谜”．它“霸占”了宇宙95%的地盘，却摸不到看不着)的问题，以下说法正确的是(黑洞临界半径公式取为c＝，c为光速，G为万有引力常量，M为黑洞质量A．如果地球成为黑洞的话，那么它的临界半径为r＝R(R为地球的半径，v为第二宇宙速度)B．如果太阳成为黑洞，那么灿烂的阳光依然存在，只是太阳光到地球的时间变得更长C．有两颗星球(质量分别为M1和M2)的距离为L，不考虑周围其他星球的影响，由牛顿运动定律计算所得的周期为T，由于宇宙充满均匀的暗物质，所以观察测量所得的周期比T大D．有两颗星球甲和乙(质量分别为M1和M2)的距离为L，不考虑周围其他星球的影响，它们运动的周期为T，如果其中甲的质量减小Δm而乙的质量增大Δm，距离L不变，那么它们的周期依然为T

三、计算题（共44分）13．（8分）2022年11月29日23时08分，搭载着神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心升空，11月30日5时42分，神舟十五号载人飞船与天和核心舱成功完成自主交会对接。如图为神舟十五号的发射与交会对接过程示意图，图中I为近地圆轨道，其轨道半径可认为等于地球半径R，II为椭圆变轨轨道，III为天和核心舱所在轨道，其轨道半径为r0，P、Q分别为轨道II与I、III轨道的交会点，已知神舟十五号的质量为m0，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，若取两物体相距无穷远时的引力势能为零，一个质量为m的质点距质量为M的引力中心为r时，其万有引力势能表达式为（式中G为引力常量）。求：（1）神舟十五号在轨道II运动时从P点运动到Q点的最短时间；（2）要使神舟十五号从轨道I迁移到轨道III，所要提供的最小能量。

14．（9分）嫦娥五号探测器首次实施无人月面取样并返回，为2024年登月做好前期准备。嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成。探测器完成对月球表面的取样任务后，样品将由上升器携带升空进入环月轨道，与环月轨道上做匀速圆周运动的轨道器返回器组合体（简称组合体）对接。为了安全，上升器与组合体对接时，必须具有相同的速度。已知上升器（含样品）的质量为，月球的半径为，月球表面的重力加速度为，组合体到月球表面的高度为。取上升器与月球相距无穷远时引力势能为零，上升器与月球球心距离为时，引力势能为，为引力常量，月球的质量为（未知），不计月球自转的影响。求：（1）月球质量及组合体在环月轨道上做圆周运动的速度的大小；（2）上升器从月球表面升空并与组合体成功对接至少需要的能量。

15．（12分）2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成为第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”任务的国家。为了简化问题，可认为地球和火星在同一平面上绕太阳做匀速圆周运动，如图1所示。已知地球的公转周期为，公转轨道半径为，火星的公转周期为，火星质量为M。如图2所示，以火星为参考系，质量为的探测器沿1号轨道到达B点时速度为，B点到火星球心的距离为，此时启动发动机，在极短时间内一次性喷出部分气体，喷气后探测器质量变为、速度变为与垂直的，然后进入以B点为远火点的椭圆轨道2。已知万有引力势能公式，其中M为中心天体的质量，m为卫星的质量，G为引力常量，r为卫星到中心天体球心的距离。求（1）火星公转轨道半径；（2）喷出气体速度u的大小；（3）探测器沿2号轨道运动至近火点的速度的大小。

16．（15分）航天技术的发展是当今各国综合国力的直接体现，近年来，我国的航天技术取得了让世界瞩目的成绩，也引领科技爱好者思索航天技术的发展，有人就提出了一种不用火箭发射人造地球卫星的设想。其设想如下：如图所示，在地球上距地心h处沿一条弦挖一光滑通道，在通道的两个出口处A和B分别将质量为的物体和质量为的待