2024-2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行4宇宙航行素养检测含解析新人教版必修2

PAGE8-宇宙航行(25分钟60分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题5分，共30分)1.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是 ()A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B.它等于人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C.它是能使卫星在近地轨道运动的最大放射速度D.它是卫星在椭圆轨道上运动时的近地点速度【解析】选B。第一宇宙速度是放射人造卫星的最小速度，是人造卫星的最大环绕速度，等于近地圆轨道上的运行速度，故只有B正确。2.假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球放射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的 ()A.倍 B.C. D.2倍【解析】选B。因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星的轨道半径近似地认为是地球的半径，且地球对卫星的万有引力供应向心力，故G=成立，解得v=，因此，当M不变，R增加为2R时，v减小为原来的，即选项B正确。3.如图所示，a，b，c三颗卫星在各自的轨道上绕地球做匀速圆周运动，轨道半径ra<rb<rc，但三颗卫星受到地球的万有引力大小相等，下列说法正确的是()A.三颗卫星的加速度大小aa<ab<acB.三颗卫星的质量ma<mb<mcC.三颗卫星的运行速度大小va<vb<vcD.三颗卫星的运行周期Ta>Tb>Tc【解析】选B。依据万有引力供应圆周运动向心力得G=m=m=ma，向心加速度a=，半径r越小，向心加速度越大，则ac<ab<aa，故A错误；卫星受到的万有引力F=，由于三颗卫星受到地球的万有引力大小相等，且轨道半径ra<rb<rc，所以ma<mb<mc，故B正确；线速度v=，va>vb>vc，故C错误；周期T=，Tc>Tb>Ta，故D错误。4.我国放射的“嫦娥三号”卫星经过多次加速、变轨后，最终胜利进入环月工作轨道。如图所示，卫星既可以在离月球比较近的圆轨道a上运动，也可以在离月球比较远的圆轨道b上运动。下列说法正确的是 ()A.卫星在a上运行的线速度小于在b上运行的线速度B.卫星在a上运行的周期大于在b上运行的周期C.卫星在a上运行的角速度小于在b上运行的角速度D.卫星在a上运行时受到的万有引力大于在b上运行时受到的万有引力【解析】选D。卫星做匀速圆周运动所需的向心力由月球对卫星的引力供应，由G=m得v=，可知r越大，线速度越小，A错。由G=mω2r得ω=，可知卫星在a上运行的角速度较大，C错。又由T=知，卫星在a上运行的周期小于在b上运行的周期，B错。由F=知，r越大，受到的万有引力越小，故卫星在a上运行时受到的万有引力大于在b上运行时受到的万有引力，故D正确。5.2019年5月17日23点48分，长征三号丙运载火箭在西昌卫星放射中心胜利放射我国北斗卫星导航系统第45颗卫星(北斗二号GEO—8卫星)。该卫星是我国北斗区域卫星导航系统的第4颗备份卫星，属于地球同步卫星。至此，北斗二号卫星导航系统圆满收官。则北斗二号GEO—A.线速度大于第一宇宙速度B.角速度大于月球绕地球运行的角速度C.向心加速度大于地面的重力加速度D.每隔24h都会有两次经过赤道上空【解析】选B。第一宇宙速度是近地飞行的线速度，则可知北斗二号GEO—8卫星的线速度小于第一宇宙速度，故选项A错误；由题意可知北斗二号GEO—8卫星是地球同步卫星，则其运行周期为24h，小于月球绕地球运行的周期，依据ω=可知其角速度大于月球绕地球运行的角速度，故选项B正确，D错误；在地球表面上的物体有重力等于万有引力，即mg=，可得地面的重力加速度为g=，对北斗二号GEO—8卫星有m′a=，得其向心加速度为a=，则可知北斗二号GEO—8卫星的向心加速度小于地面的重力加速度，故选项C错误。6.火星探测器需由运载火箭放射升空并干脆送入地火转移轨道，最终抵达火星。假如火星的质量为地球质量的，火星的半径为地球半径的。那么关于火星探测器，下列说法中正确的是 ()A.探测器的放射速度只有达到了第三宇宙速度才可以放射胜利B.火星的密度是地球密度的倍C.探测器在火星表面上的重力是在地球表面上重力的倍D.火星探测器环绕火星运行的最大速度为绕地球运行的第一宇宙速度的2倍【解析】选B。探测器放射速度达到其次宇宙速度即可，A错误；ρ=，=·()3=×8=，B正确；由=mg知=·()2=×4=，C错误；由=m得v=，===，D错误。二、计算题(本题共2小题，共30分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)7.(14分)设想一颗返回式月球软着陆器完成了对月球表面的考察任务后，由月球表面回到围绕月球做圆周运动的轨道舱，其过程如图所示。设轨道舱的质量为m，月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，轨道舱到月球中心的距离为r，引力常量为G，试求：(1)月球的质量。(2)轨道舱的速度和周期。【解析】(1)设月球的质量为M，则在月球表面有G=mg，得月球质量M=g(2)设轨道舱的速度为v，周期为T，则G=m，得：v=RG=mr，得：T=答案：(1)g(2)R8.(16分)中国探月工程分“绕、落、回”三步走，绕月和落月任务已圆满完成。“嫦娥五号”月球探测器将实现月球取样并返回地球，“嫦娥五号”将完成我国探月工程三步走中“回”的任务。若“嫦娥五号”贴近月球表面做匀速圆周运动，角速度为ω，已知月球半径为R，引力常量为G，忽视月球自转，求：(1)嫦娥五号的周期T；(2)月球的质量M；(3)月球表面的重力加速度g月。【解析】(1)由角速度公式ω=可得周期T=。(2)“嫦娥五号”绕月球做匀速圆周运动，万有引力供应向心力=mω2R，所以，月球质量M=。(3)在月球表面，物体重力等于万有引力，故有=mg月，所以，g月==ω2R。答案：(1)(2)(3)ω2R(15分钟40分)9.(6分)(多选)2019年3月10日0时28分,“长征三号”乙运载火箭在西昌卫星放射中心点火起飞,胜利将“中星6C”卫星送入太空。“中星6C”是一颗用于广播和通信的地球静止轨道通信卫星,可供应高质量的话音、数据、广播电视传输业务,服务寿命15年。已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,地球自转周期为T,关于该卫星的放射和运行,下列说法正确的是()A.该卫星放射升空过程中,可能处于超重状态B.该卫星可能处于北京上空C.该卫星绕地球运行的线速度可能大于第一宇宙速度D.该卫星运行轨道距离地面的高度为-R【解析】选A、D。该卫星放射升空过程中,肯定是先加速运动,处于超重状态,故A正确;该卫星是一颗地球静止轨道通信卫星,肯定处于赤道上空,不行能处于北京上空,故B错误;环绕地球运动的卫星的线速度都小于第一宇宙速度,故C错误;由G=mg、G=m(R+h)()2,可得h=-R,故D正确。10.(6分)(多选)关于人造卫星，下列说法中正确的是 ()A.人造卫星环绕地球运行的速度可能为5.0B.人造卫星环绕地球运行的速度可能为7.9C.人造卫星环绕地球运行的周期可能为80minD.人造卫星环绕地球运行的周期可能为200min【解析】选A、B、D。人造卫星环绕地球的运行速度随环绕半径的增大而减小，最大是7.9km/s，故A、B正确。人造卫星环绕地球运行的周期随半径的减小而减小，由T=可知近地卫星的轨道半径最小(近似等于地球半径)，所以近地卫星的周期最小，近地卫星的周期约为85min，故C错误，D11.(6分)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上随意两点之间保持无线电通信。目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为 ()A.1hB.4hC.8hD.16h【解析】选B。万有引力供应向心力，对同步卫星有：=mr，整理得GM=当r=6.6R地时，T=24h三颗同步卫星A、B、C如图所示分布。若地球的自转周期变小，轨道半径最小为2R地则有=解得T′≈=4h，选项B正确。12.(22分)木星的卫星之一叫“艾奥”,它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为18m/s时,上上升度可达90m。已知“艾奥”的半径为R=1800km,忽视“艾奥”的自转及岩块运动过程中受到淡薄气体的阻力,引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,求:(结果保留2位有效数