08 宇宙航行 基础卷（解析版）

宇宙航行基础卷（时间：30分钟）一、单选题1．我国成功发射神舟七号载人飞船。随后航天员圆满完成了太空出舱任务并释放了“伴飞”小卫星。载人飞船在固定的轨道上做匀速圆周运动，“伴飞”小卫星与载人飞船相对静止，“伴飞”小卫星有多种伴飞模式，图甲和图乙是其中的两种伴飞模式。下列说法正确的是（）A．载人飞船的发射速度大小介于7.9km/s到11.2km/s之间B．图甲的伴飞模式下，“伴飞”小卫星的线速度大于载人飞船的线速度C．图乙模式下“伴飞”小卫星只需向后喷出气体加速，就可以和载人飞船对接D．图甲和图乙两种伴飞模式下，图甲“伴飞”小卫星的角速度大【答案】A【详解】A．第一宇宙速度7.9km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大线速度，也是最小发射速度，第二宇宙速度11.2km/s是脱离地球引力束缚的最小发射速度，所以载人飞船的发射速度大小介于7.9km/s到11.2km/s之间，故A正确；BD．“伴飞”小卫星与载人飞船相对静止，可知图甲和图乙两种伴飞模式下“伴飞”小卫星的角速度大小是相等的，且都与载人飞船的角速度大小相等，根据图甲的伴飞模式下，由于“伴飞”小卫星的轨道半径小于载人飞船的轨道半径，则“伴飞”小卫星的线速度小于载人飞船的线速度，故BD错误；C．图乙模式下“伴飞”小卫星向后喷出气体，加速后将做离心运动，变轨到更高的轨道，不可能与载人飞船对接，故C错误。故选A。2．如图所示，在地面附近要发射一颗绕地球运行的卫星，发射速度（）A．v<7.9km/s B．v=11.2km/sC．7.9km/s≤v<11.2km/s D．11.2km/s≤v<16.7km/s【答案】C【详解】要发射一颗绕地球运行的卫星，发射速度既不能低于第一宇宙速度，否则无法发射；也不能超过第二宇宙速度，否则将会克服地球引力，永远离开地球。故发射速度v的取值范围为7.9km/s≤v<11.2km/s故选C。3．假设在未来某天，宇航员在火星表面登陆后，以速率竖直上抛一物体，物体从抛出到返回抛出点的时间为t。已知火星的半径为R，若忽略火星自转，则火星的第一宇宙速度约为（）A． B． C． D．【答案】B【详解】物体从抛出到返回抛出点的时间为根据万有引力提供向心力根据万有引力与重力的关系火星的第一宇宙速度约为故选B。4．木星有4颗卫星是伽利略发现的，称为伽利略卫星，其中有两颗卫星的轨道半径之比约为。根据以上信息可知这两颗卫星的（）A．线速度大小之比约为 B．周期之比约为C．向心加速度大小之比约为 D．向心力大小之比约为【答案】B【详解】根据可得，，两颗卫星的轨道半径之比约为，可知线速度大小之比约为2:1；周期之比约为；向心加速度大小之比约为16:1；因质量关系不确定，不能比较向心力大小。故选B。5．2024年1月17日，搭载“天舟七号”货运飞船的运载火箭在文昌航天发射场发射。次日凌晨，“天舟七号”货运飞船成功对接空间站“天和”核心舱。对接后，“天舟七号”与空间站组成组合体，运行在离地高度约为的圆形轨道上，已知地球同步卫星距赤道的高度约为，则下列说法正确的是（）A．组合体运行周期小于B．组合体中宇航员可以使用托盘天平测量物体质量C．组合体绕行速度小于同步卫星的速度D．若组合体运行周期为T，引力常量为G，则地球的平均密度为【答案】A【详解】AC．根据万有引力提供向心力可得可得，由于组合体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，所以组合体运行周期小于，组合体绕行速度大于同步卫星的速度，故A正确，C错误；B．由于组合体处于完全失重状态，所以组合体中宇航员不可以使用托盘天平测量物体质量，故B错误；D．设地球半径为，组合体轨道半径为，若组合体运行周期为T，引力常量为G，则有又联立可得地球的平均密度为故D错误。故选A。二、多选题6．神舟十三号载人飞船在太空运行六个月之久，在2022年4月16日返回到地面。航天员在匀速圆周运动的飞船内均处于完全失重状态。下列说法正确的是（）A．航天员仍受重力的作用B．航天员受力平衡C．航天员所受重力等于所需的向心力D．航天员不受重力的作用【答案】AC【详解】根据题意可知，围绕地球做匀速圆周运动的空间站中的航天员，所受重力全部提供其做圆周运动的向心力，处于完全失重状态，并非航天员不受重力作用。故选AC。7．北斗系统主要由离地面高度约为6R（R为地球半径）的同步轨道卫星和离地面高度约为3R的中轨道卫星组成，已知地球表面重力加速度为g，忽略地球自转。则（）A．中轨道卫星的向心加速度约为B．中轨道卫星的运行周期约为12小时C．同步轨道卫星的角速度大于中轨道卫星的角速度D．卫星从中轨道变轨到同步轨道，需向后方喷气加速【答案】AD【详解】A．在地球表面为m0的物体，有中轨道卫星可得中轨道卫星向心加速度约为A正确；B．设M表示地球的质量，m表示卫星的质量，根据万有引力提供向心力可得则有可知中轨道卫星的运行周期不等于12小时，B错误；C．根据万有引力提供向心力可知同步轨道卫星的角速度小于中轨道卫星的角速度，C错误；D．因为同步轨道卫星的轨道半径大于中圆轨道卫星的轨道半径，所以卫星从中圆轨道变轨到同步轨道，需向后方喷气加速做离心运动，D正确；故选AD。8．2023年10月26日，中国载人航天再创历史，神舟十七号与神舟十六号成功“会师”。假如神舟十七号发射的过程可简化为如图所示的过程，先将其发射至近地圆轨道，再通过转移轨道进入运行圆轨道。下列说法正确的是（）A．神舟十七号在转移轨道上从A点到B点的过程中需要不断喷气减速B．神舟十七号在转移轨道上经过B点的速度大于在近地轨道上的运行速度C．神舟十七号在运行轨道上运动的周期大于在转移轨道上运动的周期D．神舟十七号在转移轨道上经过B点时加速度与在运行轨道上经过B点的加速度相同【答案】CD【详解】A.从A点到B点减速是因为万有引力作用，而不是因为喷气减速，故A错误：B.卫星在转移轨道上B点速度小于运行轨道速度，而运行轨道速度又小于近地轨道速度，故B错误。C.由于运行轨道的半径大于转移轨道半长轴，根据开普勒第三定律可知，卫星在运行轨道上运动时的周期大于转移轨道上运行的周期，故C正确：D.根据牛顿第二定律可得求得由于都相同，可知卫星B点时加速度与轨迹无关，故D正确。故选CD。9．三颗不同的人造卫星A、B、C都在赤道正上方同方向绕地球做匀速圆周运动，A、C为地球同步卫星，某时刻A、B相距最近，如图所示。已知地球自转周期为，B的周期为，则下列说法正确的是（）

A．A加速可追上同一轨道上的CB．经过时间，A、B再次相距最近C．A、C向心力大小相等，且小于B的向心力D．在相同时间内，A与地心连线扫过的面积大于B与地心连线扫过的面积【答案】BD【详解】A．卫星A加速后做离心运动，轨道变高，不可能追上卫星C，故A错误；B．根据题意可知，A、B再次相距最近时，A、B两卫星转过的角度相差，设经过的时间为，则有解得故B正确；C．根据题意可知，万有引力提供向心力，则卫星的向心力大小为由于不知道卫星A、B、C的质量关系，则无法确定三个卫星向心力的关系，故C错误；D．绕地球运动的卫星与地心连线时间内扫过的面积为由万有引力提供向心力有联立可得可知，由于A的轨道半径大于B的轨道半径，则在相同时间内，A与地心连线扫过的面积大于B与地心连线扫过的面积，故D正确。故选BD。10．1995年10月，瑞士日内瓦大学教授米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹公布发现了第一颗太阳系外行星-飞马座51b，这颗系外行星处于我们所在的银河系中，与一颗类太阳恒星相互环绕运动，两人因此获得了2019年诺贝尔物理学奖。如图，飞马座51b与类太阳恒星相距为L，两者构成一个双星系统，它们绕共同圆心O做匀速圆周运动，类太阳恒星与飞马座51b的质量分别为、，引力常量为G，下列说法正确的是（）

A．行星51b与类太阳恒星做圆周运动的周期B．行星51b与类太阳恒星做圆周运动的线速度之比C．行星51b与类太阳恒星的动能之比D．由于类太阳恒星内部发生核聚变导致其质量减小，它们做圆周运动周期也减小【答案】AC【详解】AD．设飞马座51b与类太阳恒星绕圆心O做匀速圆周运动的半径分别为、，角速度为，周期为，由万有引力提供向心力可得又联立解得周期为由于类太阳恒星内部发生核聚变导致其质量减小，它们做圆周运动周期将增大，故A正确，D错误；BC．飞马座51b与类太阳恒星绕圆心O做匀速圆周运动的向心力大小相等，则有根据可得行星51b与类太阳恒星做圆周运动的线速度之比为行星51b与类太阳恒星的动能之比为故B错误，C正确。故选AC。三、解答题11．我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后，与已经在轨运行的“天宫二号”空间实验室成功对接形成组合体．假设组合体在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，已知地球质量为M、组合体质量为m、地球的半径为R、地球表面处重力加速度为g，且不考虑地球自转的影响(1)求地球对该组合体万有引力F的大小；(2)求该组合体运行的线速度v的大小；(3)在太空失重的环境中，可以做很多有趣的实验，你认为在“天宫二号”空间实验室中可进行哪些物理小实验？请写出1个实验．【答案】（1）（2）（3）略（只要合理即可）【详解】（1）在地球表面附近，某物体m所受重力和万有引力近似相等，则有：，推导得：GM=gR2设该组合体的质量为m1，绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，组合体做匀速圆周运动的半径为r=R+h，地球对该组合体的万有引力的大小F万=（2）根据牛顿第二定律，F万=，解得：（3）可以用力的传感器测出物体受到的拉力，通过刻度尺量出弹簧的伸长量，探究弹簧弹力与伸长量之间的关系等

点睛：地球表面重力与万有引力相等，卫星绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力，从而即可求解．12．载人登月计划是我国的“探月工程”计划中实质性的目标。假设宇航员登上月球后，以初速度竖直向上抛出一个小球，测出小球从抛出到落回