2023-2024學年高一物理人教版2019試題7.4宇宙航行（基礎達標練）-1

7.4宇宙航行（基礎達標練）（解析版）一、單選題（本大題共10小題）1.如圖是關(guān)于地球表面發(fā)射衛(wèi)星時的三種宇宙速度的示意圖，橢圓軌道為某衛(wèi)星的運動軌道，下列說法正確的是(

)A.此衛(wèi)星的發(fā)射速度大于第一宇宙速度

B.此衛(wèi)星在遠地點的速度大于第一宇宙速度

C.若想讓衛(wèi)星進入月球軌道，發(fā)射速度需大于第二宇宙速度

D.若想讓衛(wèi)星進入太陽軌道，發(fā)射速度需大于第三宇宙速度【答案】A

【解析】解：A.物體在地球附近繞地球做圓周運動的速度為第一宇宙速度，此衛(wèi)星為橢圓軌道衛(wèi)星，發(fā)射速度大于第一宇宙速度，故A正確；

B.此衛(wèi)星在遠地點的速度小于同高度圓周運動衛(wèi)星的速度，同高度圓周運動衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，所以此衛(wèi)星在遠地點的速度小于第一宇宙速度，故B錯誤；

C.月球軌道還在地球吸引范圍之內(nèi)，所以發(fā)射速度不能超過第二宇宙速度，故C錯誤；

D.第三宇宙速度是脫離太陽系所需要的最小發(fā)射速度，所以，若想讓衛(wèi)星進入太陽軌道，發(fā)射速度不能大于第三宇宙速度，D錯誤。

故選：A。

根據(jù)第一宇宙速度的定義分析；

根據(jù)變軌知識分析線速度大小關(guān)系；

明確第二宇宙速度和第三宇宙速度的物理意義。

本題考查宇宙速度概念，要明確宇宙速度的數(shù)值和含義。

2.以下關(guān)于宇宙速度的說法中正確的是(

)A.第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星運行時的最小速度

B.對于沿橢圓軌道繞地球運動的衛(wèi)星，遠地點速度一定小于在同高度圓軌道上的運行速度

C.對于沿橢圓軌道繞地球運動的衛(wèi)星，近地點速度一定在7.9km/s一11.2km/s之間

D.在地球表面發(fā)射一顆繞月衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度【答案】B

【解析】當衛(wèi)星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s而小于11.2?km/s時，衛(wèi)星將沿橢圓軌道運行，當衛(wèi)星的速度等于或大于11.2?km/s時就會脫離地球的吸引，不再繞地球運行，11.2?km/s被稱為第二宇宙速度；當提供的向心力小于需要的向心力時，則做離心運動，當提供的向心力大于需要的向心力時，則做近心運動，從而即可求解。本題考查學生對第一宇宙速度的理解，以及對衛(wèi)星能沿橢圓軌道運動條件的理解，并理解離心運動與近心運動的條件。

【解答】A.第一宇宙速度是近地衛(wèi)星繞地球做圓周運動的線速度，根據(jù)引力提供向心力，則有：v=GMr，因此第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星運行時的最大速度，故A錯誤；

B.因為在遠地點時，衛(wèi)星將做近心運動，所以遠地點速度一定小于在同高度圓軌道上的運行速度，故B正確；

C.7.9km/s是第一宇宙速度，是衛(wèi)星在地面附近做勻速圓周運動所具有的線速度．當衛(wèi)星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s而小于11.2?km/s時，衛(wèi)星將沿橢圓軌道運行，7.9km/s是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的臨界速度．大于7.9km/s，衛(wèi)星肯定做離心運動，但不一定能脫離地球．等于7.9km/s衛(wèi)星可能繞地球做勻速圓周運動(貼近地面)或者離心運動(衛(wèi)星離地面還有一段距離)；

小于7.9km/s時，情況就比較多了：貼近地面，肯定做近心運動(要么回收，要么報廢)；

適當?shù)母叨瓤梢宰鰟蛩賵A周運動；近地點高度更大時，也可作離心運動．

所以近地點速度可以大于、等于或小于7.9km/s，故C錯誤；

D.根據(jù)萬有引力提供向心力，在半徑一定的情況下，速度越大，所需要的向心力越大．如果向心力不足，物體將做離心運動．物體在地球表面軌道上運動時，受到的向心力剛好對應的速度就是7.9km/s.超過就要做離心運動．而要完全脫離地球引力，需要的速度為11.2km/s.所以，當速度在7.93.我國航天人發(fā)揚“兩彈一星”精神砥礪前行，從“東方紅一號”到“北斗”不斷創(chuàng)造奇跡。“北斗”第49顆衛(wèi)星的發(fā)射邁出組網(wǎng)的關(guān)鍵一步。該衛(wèi)星繞地球做圓周運動，運動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，軌道平面與地球赤道平面成一定夾角。該衛(wèi)星(

)A.運動速度大于第一宇宙速度

B.運動速度小于第一宇宙速度

C.軌道半徑大于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星

D.軌道半徑小于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星【答案】B

【解析】本題考查衛(wèi)星的運動規(guī)律，以及同步衛(wèi)星和第一宇宙速度，基礎題。

根據(jù)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同可知，該衛(wèi)星的周期與同步衛(wèi)星的周期相等；根據(jù)GMmr2=mr4π2CD.根據(jù)G可知r=因為該衛(wèi)星的運動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，等于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星的周期，可知該衛(wèi)星的軌道半徑等于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星的軌道半徑，選項CD錯誤。故選B。4.2020年7月23日，我國成功發(fā)射“天問一號”火星探測器．已知火星的質(zhì)量約為地球的0.1倍，半徑約為地球的0.5倍，地球的第一宇宙速度約為7.9?km/s，則火星的第一宇宙速度約為(

)A.3.5?km/s B.7.9?km/s C.11.2?km/s D.17.7?km/s【答案】A

【解析】星球的第一宇宙速度是指沿著星球表面運行的速度，根據(jù)萬有引力提供向心力得到第一宇宙速度的表達式，然后根據(jù)火星和地球質(zhì)量、半徑的關(guān)系得到火星的第一宇宙速度。

本題主要考查第一宇宙速度的推導。

【解答】地球的第一宇宙速度即為沿著地球表面運行速度，設質(zhì)量為m的物體沿著地球表面運行，由萬有引力提供向心力可得：G解得：v地1=已知火星的質(zhì)量約為地球的0.1倍，半徑約為地球的0.5倍，地球的第一宇宙速度約為7.9km/s，

則有：v火故選A。5.神舟十三號載人飛船與天和核心艙自主快速對接，若對接后沿圓軌道運動的速度為v，則(

)A.v<7.9km/s B.v>16.7?km/s

C.11.2km/s<v<16.7km/s D.7.9km/s<v<11.2km/s【答案】A

【解析】本題考查第一宇宙速度及第二、第三宇宙速度，第一宇宙速度是環(huán)繞地球的最大速度，第二宇宙速度是脫離地球的最小發(fā)射速度，第三宇宙速度是脫離太陽束縛所需的最小速度?！窘獯稹?.9km/s即第一宇宙速度，是最大的環(huán)繞速度，所以飛船在軌道上的運行速度小于7.9km/s，故A正確。6.下列關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是(

)A.它的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，但高度和速度可以選擇，高度增大，速度減小

B.它的周期、高度、線速度都是確定的

C.我們國家發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星定點在北京上空

D.我國發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星不一定在赤道上空【答案】B

【解析】解：A、同步衛(wèi)星周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，根據(jù)GMmr2=mr(2πT)2知周期一定，軌道半徑一定，則高度一定。故A錯誤。

B、同步衛(wèi)星的周期、高度和速度大小都是一定的。故B正確。

CD、同步衛(wèi)星位于赤道的上空，不可能定點在北京上空。故C錯誤，D7.如圖所示，衛(wèi)星A是我國在2022年8月20日成功發(fā)射的“遙感三十五號”04組衛(wèi)星，衛(wèi)星B是地球同步衛(wèi)星，它們均繞地球做勻速圓周運動，衛(wèi)星P是地球赤道上還未發(fā)射的衛(wèi)星，P、A、B三顆衛(wèi)星的線速度大小分別為vP、vA、vB，角速度大小分別為ωP、A.vA>vB>v【答案】A

【解析】根據(jù)萬有引力提供向心力結(jié)合v=rω可得出A、B的線速度、角速度關(guān)系，再由B與P的角速度相等結(jié)合v=rω分析B與P的線速度?！窘獯稹繉τ谛l(wèi)星A、B，根據(jù)萬有引力提供向心力，有GMmr2=mv2r，解得v=GMr=rω，由題圖可知rA<rB，所以vA>vB，ωA8.中國的偵察衛(wèi)星可以發(fā)現(xiàn)地面上邊長僅為0.36?m的方形物體，它距離地面高度僅有16?km，理論和實踐都表明：衛(wèi)星離地面越近，它的分辨率就越高，那么分辨率越高的衛(wèi)星A.向心加速度一定越大 B.角速度一定越小

C.周期一定越大 D.線速度一定越小【答案】A

【解析】分辨率越高，可知r越小，根據(jù)萬有引力提供向心力，找出向心加速度、角速度、線速度、周期與軌道半徑的關(guān)系．

解決本題的關(guān)鍵是熟練掌握根據(jù)萬有引力提供向心力GMmr2=ma=mω2r=m4π2T2r=mv2r。

【解答】根據(jù)萬有引力提供向心力F萬=F向

GMmr2=ma=mω2r=m4π2T2r=mv2r，所以有以下結(jié)論

a=GMr9.如圖所示a為靜止于赤道地面上的物體，b為低軌道衛(wèi)星，c為同步衛(wèi)星，則下列說法中正確的是

(

)A.a物體做圓周運動僅由萬有引力提供向心力

B.若某時刻b衛(wèi)星經(jīng)過a的正上方，則b再運動一圈會再次經(jīng)過a的正上方

C.b的線速度比c的線速度大

D.a的向心加速度比c的向心加速度大【答案】C

【解析】本題考查了同步衛(wèi)星及近地衛(wèi)星和衛(wèi)星的運行規(guī)律。a為靜止于赤道地面上的物體，所以做圓周運動的向心力由萬有引力和地面對其支持力的合力提供；根據(jù)萬有引力提供向心力求出周期的表達式，判斷b再運動一圈是否會再次經(jīng)過a的正上方；由萬有引力提供向心力求解線速度的表達式，判斷b、c的線速度的大小關(guān)系；根據(jù)a=ω2r判斷a、c的向心加速度的大小關(guān)系。

【解答】A.a物體做圓周運動的向心力由萬有引力和地面對其支持力的合力提供，故A錯誤；GMmr2=m4π2rT2，解得T=2πr3GM，軌道半徑越大，周期越大，c的周期比b的周期大，由于a物體和同步衛(wèi)星c的周期相同，所以a的周期大于b的周期，若某時刻b衛(wèi)星經(jīng)過a的正上方，則b再運動一圈不會再次經(jīng)過a的正上方，故B錯誤；

C.由萬有引力提供向心力得，GMmr2=mv210.2020年我國實施“天問一號”計劃，將通過一次發(fā)射，實現(xiàn)“環(huán)繞、降落、巡視”三大任務．如圖所示，探測器經(jīng)歷橢圓軌道Ⅰ→橢圓軌道Ⅱ→圓軌道Ⅲ的變軌過程．Q為軌道Ⅰ遠火點，P為軌道Ⅰ近火點，探測器在三個軌道運行時都經(jīng)過P點．則探測器(

)

A.沿軌道Ⅰ運行至P點速度大于運行至Q點速度

B.沿軌道Ⅱ運行至P點的加速度大于沿軌道Ⅲ運行至P點加速度

C.沿軌道Ⅱ運行的周期小于沿軌道Ⅲ運行的周期

D.從軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ時需在P點處加速【答案】A

【解析】本題考查了萬有引力定律的應用、開普勒行星運動定律。

根據(jù)引力做功情況分析探測器的速度大?。?/p>

由萬有引力提供向心力判斷加速度；

根據(jù)做離心運動和近心運動的條件分析。

【解答】A.探測器沿軌道Ⅰ從P點運動到Q點的過程中，要克服引力做功，動能減小，所以經(jīng)過P點速度大于運行至Q點速度，故A正確；

P點時的加速度是由火星對探測器的引力產(chǎn)生，由GMmr2=ma知加速度取決于火星質(zhì)量與P點的位置，與軌道無關(guān)，即沿軌道Ⅱ運行至P點的加速度等于沿軌道Ⅲ運行至P點加速度，故B錯誤；

C.由圖知，軌道Ⅱ的半長軸a大于軌道Ⅲ的圓周半徑r3，根據(jù)開普勒第三定律a3T22=r二、計算題（本大題共2小題）11.2012年6月16日，我國“神舟九號”載人飛船成功發(fā)射，續(xù)寫了我國航天事業(yè)的新輝煌．飛船繞地球的運動可看作勻速圓周運動，設飛船繞地球運動的周期為T，運行半徑為r，地球的半徑為R，萬有引力常量為G，求：地球的第一宇宙速度v．【答案】解：由萬有引力提供向心力，有GMmR2=m(2πT)【解析】飛船繞地球做勻速圓周運動，地球?qū)︼w船的萬有引力提供飛船的向心力。利用圓周運動的知識，由周期和半徑，能求出地球的第一宇宙速度。

12.在某個半徑為R=105m的