人教版2019必修第二册高中物理同步练习7.4宇宙航行(原卷版+解析)

7.4宇宙航行同步练习一、单选题1．（2023春·江苏徐州·高一统考期中）电影《流浪地球2》中的“太空电梯”引起热议。其原理如图所示，通过缆绳将位于地球同步轨道的空间站一边连接在地面的基座上，另一边连接配重厢，整个“太空电梯”和地面保持相对静止。关于“太空电梯”，下列说法正确的是（）A．地面基座可以在徐州修建 B．配重厢的线速度大于空间站的线速度C．缆绳对配重厢的作用力背离地心向外 D．空间站的线速度大于第一宇宙速度2．（2023春·辽宁锦州·高一校考期中）如图所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半径），c为地球的同步卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是（）A．b卫星转动线速度大于B．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为C．a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为D．在b、c中，c的机械能大3．（2023春·广东清远·高一阳山县南阳中学校考阶段练习）2020年12月1日，嫦娥五号探测器成功在月球正面预选着陆区着陆。某中学的科技小组设想嫦娥五号的登月轨道方案如图所示，环月轨道I为圆形轨道，环月轨道II为椭圆轨道，远月点记为P点，近月点记为Q点（图中未标出）。减速下降阶段速度很小能安全着陆。下列说法正确的是（）A．嫦娥五号在环月轨道I上的运动速度比月球的第一宇宙速度大B．嫦娥五号在环月轨道I上的机械能小于在环月轨道II上的机械能C．嫦娥五号在轨道I和轨道II上经过P点时的加速度相等D．嫦娥五号在环月轨道I上的运行周期比在环月轨道II上的运行周期短4．（2023春·江苏淮安·高一校联考阶段练习）国产科幻大片《流浪地球2》中的“太空电梯”给观众带来了强烈的视觉震撼。如图所示，“太空电梯”由地面基站、缆绳、箱体、同步轨道上的空间站和配重组成，缆绳相对地面静止，箱体可以沿缆绳将人和货物从地面运送到空间站。下列说法正确的是（

）A．地面基站可以建设在青藏高原上B．配重的线速度小于同步空间站的线速度C．箱体在上升过程中受到地球的引力越来越大D．若同步空间站和配重间的缆绳断开，配重将做离心运动5．（2023春·吉林长春·高一长春市第二实验中学校考期中）2013年5月2日凌晨0时06分，我国“中星11号”通信卫星发射成功。“中星11号”是一颗地球同步卫星，它主要用于为亚太地区等区域用户提供商业通信服务。图为发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（）

A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度D．卫星在轨道1上经过Q点时的速度大于它在轨道2上经过Q点时的速度6．（2023春·江苏南通·高一统考阶段练习）2022年11月12日，“天舟五号”货运飞船成功对接空间站“天和”核心舱，对接完成后组合体运行的圆周轨道距离地球表面约400km，则组合体（）A．线速度大于7.9km/sB．运行周期大于24hC．角速度大于地球自转的角速度D．向心加速度大于地球表面重力加速度7．（2023春·河南·高一校联考阶段练习）如图所示，A为赤道表面的物体，B为地球的中轨卫星（轨道半径比同步卫星小），C为地球的同步卫星。则下列说法正确的是（）A．A的线速度最大 B．C的线速度最小C．B的向心加速度最大 D．A的向心加速度最大8．（2023春·安徽马鞍山·高一马鞍山市红星中学校考阶段练习）关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确的是（）A．第一宇宙速度是发射人造卫星的最小发射速度B．不同的行星都具有相同的第一宇宙速度C．第一宇宙速度等于地球同步卫星的线速度D．第一宇宙速度是人造卫星绕地球做圆周运动的最小线速度二、多选题9．（2023春·上海静安·高一上海市回民中学校考期中）2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是（）A．组合体的轨道半径一定比地球同步卫星的小B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小10．（2023春·河南南阳·高一校联考阶段练习）下图是地球的三个宇宙速度示意图，下列说法中正确的是（

）

A．地球的第一宇宙速度大小与地球质量有关B．第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度C．若物体的发射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体绕太阳运行D．同步卫星的运行速度一定小于地球的第一宇宙速度11．（2023春·广东深圳·高一翠园中学校考期中）高分五号卫星在太原卫星发射中心成功发射，它填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白。如图是高分五号卫星发射的模拟示意图，先将高分五号卫星送入圆形近地轨道Ⅰ运动，在轨道A处点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，在轨道B处再次点火进入圆形预定轨道Ⅲ绕地球做圆周运动，不考虑卫星的变化。下列叙述正确的是（）A．高分五号卫星在轨道Ⅰ上运动的速率小于在轨道Ⅲ上的速率B．高分五号卫星在三条轨道上的运行周期，在轨道Ⅰ上最小、在轨道Ⅲ上最大C．高分五号卫星在轨道Ⅰ上的加速度大于在轨道Ⅲ上的加速度D．高分五号卫星在A处变轨要加速，在B处变轨要减速12．（2023春·山东淄博·高一校联考期中）如图所示，A是静止在赤道上的物体，随地球自转而做匀速圆周运动；B、C是同一平面内两颗人造卫星，B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星．已知第一宇宙速度为v，物体A和卫星B、C的线速度大小分别为、、，角速度大小分别为、、，周期大小分别为、、，向心加速度大小分别为、、，则下列关系正确的是（

）A． B．C． D．13．（2023春·广东广州·高一广东实验中学校考阶段练习）如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入近地圆轨道，然后在P点通过改变卫星的速度使卫星进入椭圆轨道I，又在Q点再次改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ。则（）

A．该卫星在轨道I的P点的速度大于7.9km/s，小于11.2km/sB．卫星在轨道I上运行的周期大于在轨道Ⅱ上运行的周期C．在轨道I上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度D．卫星在Q点通过加速实现由轨道I进入轨道Ⅱ14．（2023春·吉林延边·高一延边第一中学校考期中）如图所示，发射卫星时，先将卫星发射至圆轨道1上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、轨道2相切于Q点，轨道2、轨道3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中正确的是（）

A．卫星在轨道3上的周期小于在轨道1上的周期B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D．卫星在轨道1上经过Q点时的速度大于它在轨道2上经过P点时的速度7.4宇宙航行同步练习一、单选题1．（2023春·江苏徐州·高一统考期中）电影《流浪地球2》中的“太空电梯”引起热议。其原理如图所示，通过缆绳将位于地球同步轨道的空间站一边连接在地面的基座上，另一边连接配重厢，整个“太空电梯”和地面保持相对静止。关于“太空电梯”，下列说法正确的是（）A．地面基座可以在徐州修建 B．配重厢的线速度大于空间站的线速度C．缆绳对配重厢的作用力背离地心向外 D．空间站的线速度大于第一宇宙速度【答案】B【详解】A．整个“太空电梯”和地面保持相对静止，则整个同步轨道一定在赤道的正上方，所以地面基座不可以在徐州修建，故A错误；B．根据“太空电梯”的结构可知，配重厢和同步空间站的角速度一样，根据由于空间站的环绕半径小于配重的环绕半径，由此可知配重厢的线速度大于空间站的线速度，故B正确；C．若无拉力作用，则由牛顿第二定律得可知轨道越高，运行速度越慢，但是配重厢的线速度大于空间站的线速度，由此可知缆绳对配重厢的作用力要指向地心，由万有引力和指向地心的拉力的合力提供配重厢做圆周运动的向心力，才能与地面保持相对静止，故C错误；D．第一宇宙速度是最大的运行速度，同步轨道的空间站的线速度小于第一宇宙速度，故D错误。故选B。2．（2023春·辽宁锦州·高一校考期中）如图所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半径），c为地球的同步卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是（）A．b卫星转动线速度大于B．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为C．a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为D．在b、c中，c的机械能大【答案】B【详解】A．第一宇宙速度是最大的运行速度，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，b卫星转动线速度等于，故A错误；B．由题可知a、c具有相同的角速度，根据由于所以对于b、c有得由于可知综上得，故B正确；C．由题知对于b、c有得由于可知综上得故C错误；D．由于不知道b、c卫星的质量，所以无法判断它们机械能的大小，故D错误。故选B。3．（2023春·广东清远·高一阳山县南阳中学校考阶段练习）2020年12月1日，嫦娥五号探测器成功在月球正面预选着陆区着陆。某中学的科技小组设想嫦娥五号的登月轨道方案如图所示，环月轨道I为圆形轨道，环月轨道II为椭圆轨道，远月点记为P点，近月点记为Q点（图中未标出）。减速下降阶段速度很小能安全着陆。下列说法正确的是（）A．嫦娥五号在环月轨道I上的运动速度比月球的第一宇宙速度大B．嫦娥五号在环月轨道I上的机械能小于在环月轨道II上的机械能C．嫦娥五号在轨道I和轨道II上经过P点时的加速度相等D．嫦娥五号在环月轨道I上的运行周期比在环月轨道II上的运行周期短【答案】C【详解】A．根据公式可知轨道半径越大，线速度越小，月球的第一宇宙速度等于在月球表面的环绕速度，故嫦娥五号在环月轨道Ⅰ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小，选项A错误；B．从轨道I变轨到轨道II，需要在P点减速做近心运动，故嫦娥五号在环月轨道Ⅰ上的机械能大于在环月轨道Ⅱ上的机械能，选项B错误；C．根据可知，嫦娥五号在轨道I和轨道II上经过P点时的加速度相等，选项C正确；D．根据开普勒第三定律可得在环月轨道Ⅰ上的运行的半径大于在环月轨道Ⅱ上的运行半长轴，故嫦娥五号在环月轨道Ⅰ上的运行周期比在环月轨道Ⅱ上的运行周期长，选项D错误。故选C。4．（2023春·江苏淮安·高一校联考阶段练习）国产科幻大片《流浪地球2》中的“太空电梯”给观众带来了强烈的视觉震撼。如图所示，“太空电梯”由地面基站、缆绳、箱体、同步轨道上的空间站和配重组成，缆绳相对地面静止，箱体可以沿缆绳将人和货物从地面运送到空间站。下列说法正确的是（

）A．地面基站可以建设在青藏高原上B．配重的线速度小于同步空间站的线速度C．箱体在上升过程中受到地球的引力越来越大D．若同步空间站和配重间的缆绳断开，配重将做离心运动【答案】D【详解】A．根据题意可知缆绳相对地面静止，则整个同步轨道一定在赤道正上方，所以地面基站不可能在青藏高原上，故A错误；B．根据“太空电梯”结构可知，配重和同步空间站的角速度相同，空间站的环绕半径小于配重的环绕半径，所以配重的线速度大于同步空间站的线速度，故B错误；CD．根据题意可知，配重核空间站同步做匀速圆周运动，配重与地球之间的万有引力为箱体在上升过程中受到地球的引力越来越小，若同步空间站和配重间的缆绳断开，地球对它的万有引力不足以提供配重做圆周运动所需的向心力，配重会做离心运动，故C错误，D正确；故选D。5．（2023春·吉林长春·高一长春市第二实验中学校考期中）2013年5月2日凌晨0时06分，我国“中星11号”通信卫星发射成功。“中星11号”是一颗地球同步卫星，它主要用于为亚太地区等区域用户提供商业通信服务。图为发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（）

A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度D．卫星在轨道1上经过Q点时的速度大于它在轨道2上经过Q点时的速度【答案】C【详解】AB．同步卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时有得因为所以由得，故AB错误；C．由得卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。C正确；D．从轨道1进入轨道2需要离心，在Q点火加速，卫星在轨道1上经过Q点时的速度小于它在轨道2上经过Q点时的速度。D错误。故选C。6．（2023春·江苏南通·高一统考阶段练习）2022年11月12日，“天舟五号”货运飞船成功对接空间站“天和”核心舱，对接完成后组合体运行的圆周轨道距离地球表面约400km，则组合体（）A．线速度大于7.9km/sB．运行周期大于24hC．角速度大于地球自转的角速度D．向心加速度大于地球表面重力加速度【答案】C【详解】A．7.9km/s是第一宇宙速度，即为最大环绕速度，则对接完成后运行速度不可能大于7.9km/s，故A错误；B．地球同步卫星的周期等鳄鱼24h，根据开普勒第三定律可知组合体的周期小于24h，故B错误；C．根据角速度与周期的关系，可知组合体的角速度大于地球自转的角速度，故C正确；D、根据万有引力与重力的关系有对组合体，根据万有引力提供向心力有可知组合体的向心加速度小于地球表面重力加速度，故D错误。故选C。7．（2023春·河南·高一校联考阶段练习）如图所示，A为赤道表面的物体，B为地球的中轨卫星（轨道半径比同步卫星小），C为地球的同步卫星。则下列说法正确的是（）A．A的线速度最大 B．C的线速度最小C．B的向心加速度最大 D．A的向心加速度最大【答案】C【详解】AB．卫星B、C为环绕地球做圆周运动，由受到的万有引力提供向心力，则有解得由于中轨卫星轨道半径比同步卫星小，则有同步卫星与赤道表面物体的角速度相等，根据同步卫星的轨道半径大于地球半径，则有则有即B的线速度最大，A的线速度最小，AB错误；CD．卫星B、C为环绕地球做圆周运动，根据解得由于中轨卫星轨道半径比同步卫星小，则有即B的向心加速度大于C，又由于A、C的角速度相等，根据可知即有即B的向心加速度最大，A的向心加速度最小，C正确，D错误。故选C。8．（2023春·安徽马鞍山·高一马鞍山市红星中学校考阶段练习）关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确的是（）A．第一宇宙速度是发射人造卫星的最小发射速度B．不同的行星都具有相同的第一宇宙速度C．第一宇宙速度等于地球同步卫星的线速度D．第一宇宙速度是人造卫星绕地球做圆周运动的最小线速度【答案】A【详解】A．第一宇宙速度是人造卫星做圆周运动的最大运行速度，是人造地球卫星绕地球飞行的最小发射速度，故A正确；C．地球的第一宇宙速度为，绕地球一圈约需90分钟，而同步卫星的周期是24小时，故它不是同步卫星的运行速度，故C错误；D．设地球质量M，半径R，引力常数为G，则有解得因为半径R是最小的，所以它是人造地球卫星绕地球运行的最大速度，故D错误；B．根据可知，不同的行星质量和半径的比值不同，故不同的行星第一宇宙速度不一定相同，故B错误。故选A。二、多选题9．（2023春·上海静安·高一上海市回民中学校考期中）2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是（）A．组合体的轨道半径一定比地球同步卫星的小B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小【答案】AC【详解】A．卫星绕地球做圆周运动时，遵循“高轨道、低速度、长周期”的规律，组合体周期小于同步卫星，所以组合体轨道半径一定比地球同步卫星的小，故A正确；B．环绕地球运转的速度都小于等于第一宇宙速度，只有近地卫星的速度等于第一宇宙速度，故B错误；C．组合体轨道半径比地球同步卫星的小，所以组合体的角速度大小比地球同步卫星的大，故C正确；D．组合体轨道半径比地球同步卫星的小，所以组合体的加速度大小比地球同步卫星的大，故D错误。故选AC。10．（2023春·河南南阳·高一校联考阶段练习）下图是地球的三个宇宙速度示意图，下列说法中正确的是（

）

A．地球的第一宇宙速度大小与地球质量有关B．第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度C．若物体的发射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体绕太阳运行D．同步卫星的运行速度一定小于地球的第一宇宙速度【答案】ACD【详解】A．根据即知，地球的第一宇宙速度大小与地球质量有关，故A正确；B．第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行所需的最小发射速度，环绕地球运动的最大环绕速度，故B错误；C．第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最小发射速度；而第三宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱太阳引力束缚，故C正确；D．卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球的质量为M，由得可知，卫星轨道半径越大，线速度越小，同步卫星的轨道半径大于卫星绕地球附近做匀速圆周运动的轨道半径R，所以同步卫星的运行速度一定小于地球的第一宇宙速度，故D正确。故选ACD。11．（2023春·广东深圳·高一翠园中学校考期中）高分五号卫星在太原卫星发射中心成功发射，它填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白。如图是高分五号卫星发射的模拟示意图，先将高分五号卫星送入圆形近地轨道Ⅰ运动，在轨道A处点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，在轨道B处再次点火进入圆形预定轨道Ⅲ绕地球做圆周运动，不考虑卫星的变化。下列叙述正确的是（）A．高分五号卫星在轨道Ⅰ上运动的速率小于在轨道Ⅲ上的速率B．高分五号卫星在三条轨道上的运行周期，在轨道Ⅰ上最小、在轨道Ⅲ上最大C．高分五号卫星在轨道Ⅰ上的加速度大于在轨道Ⅲ上的加速度D．高分五号卫星在A处变轨要加速，在B处变轨要减速【答案】BC【详解】A．根据得则高分五号卫星在轨道Ⅰ上运动的速率大于在轨道Ⅲ上的速率，A错误；B．根据开普勒第三定律高分五号卫星运动周期在轨道Ⅰ上最小，在轨道Ⅲ上最大，B正确；C．根据得高分五号卫星在轨道Ⅰ上的加速度大于在轨道Ⅲ上的加速度，C正确；D．高分五号卫星在两处都需要加速离心升入高轨道，D错误。故选BC。12．（2023春·山东淄博·高一校联考期中）如图所示，A是静止在赤道上的物体，随地球自转而做匀速圆周运动；B、C是同一平面内两颗人造卫星，B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星．已知第一宇宙速度为v，物体A和卫星B、C的线速度大小分别为、、，角速度大小分别为、、，周期大小分别为、、，向心加速度大小分别为、、，则下列关系正确的是（

）A． B．C． D．【答案】AC【详解】A．地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度，所以根据得可知，A正确；B．根据可知，B错误；C．地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度，故由可知根据得可知B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，即所以B的线速度小于第一宇宙速度，C正确；根据可知根据得可知D错误。故选AC。13．（2023春·广东广州·高一广东实验中学校考阶段练习）如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入近地圆轨道，然后在P点通过改变卫星的速度使卫星进入椭圆轨道I，又在Q点再次改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ。则（）

A．该卫星在轨道I的P点的速度大于7.9km/s，小于11.