【文档说明】2022-2023学年高一物理 人教版2019必修第二册 分层作业 7.4 宇宙航行（冲A提升练） Word版含解析.docx，共(13)页，566.394 KB，由小赞的店铺上传

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7.4宇宙航行（冲A提升练）（解析版）一、单选题（本大题共12小题）1.下列有关地球卫星的说法正确的是()A.在低纬度发射卫星可以借助地球的自转，更多地节省能量B.北京地区正上方可以放置一颗定点同步卫星C.卫星因受

微弱阻力影响，轨道变低，在低轨道上的速度会小于在高轨道上的速度D.只要提高卫星的速度，卫星的周期就可以减小【答案】A【解析】维度越低，地球自转的线速度越大。同步卫星的轨道平面与赤道平面重合。对于绕地做圆周运动的卫星，万有引力提供

向心力，线速度公式为𝑣=√GM𝑟。低轨变高轨需要加速，使卫星做离心运动，高轨变低轨需要减速，使卫星做近心运动。【解答】在低纬度发射卫星可以借助地球的自转，更多地节省能量，选项A正确;同步卫星只能在地球赤道的正上方，选项B错误;卫星因受微弱阻力影响，轨道变

低，由𝑣=√GM𝑟可知，在低轨道上的速度大于在高轨道上的速度，选项C错误;提高卫星的速度，卫星做离心运动到较高轨道，周期变大，选项D错误．2.下列关于三个宇宙速度的说法正确的是()A.第一宇宙速度𝑣1=7.9

𝑘𝑚/𝑠，第二宇宙速度𝑣2=11.2𝑘𝑚/𝑠，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于𝑣1且小于𝑣2B.美国发射的“凤凰”号火星探测器，其发射速度大于第三宇宙速度C.第三宇宙速度是使

地面附近的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大运行速度D.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度【答案】D【解析】解：第一宇宙速度，这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度7.9km/s，物体绕地球运行最大环绕速度；第

二宇宙速度，这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度11.2km/s，若11.2km/s≤v<16.7km/s，物体绕太阳运行(脱离速度)；第三宇宙速度，这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度16.7km/s，若v≥16.7km/s，物体将脱离太阳系在宇宙空间运行(逃逸速

度)．A、第一宇宙速度v1=7.9km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/s，而根据公式v=√GMr，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度小于或等于v1，故A错误；B、美国发射的“凤凰”号火星探测卫

星，其发射速度大于第二宇宙速度，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错误；D、第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最

大运行速度，也是最小发射速度，故D正确；故选：D．第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度，第二宇宙速度，这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，第三宇宙速度，这是物体挣脱

太阳引力束缚的最小发射速度．理解三种宇宙速度，特别注意第一宇宙速度有三种说法：它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度，它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度．3.学习物理知识后，我们可以用物理的视角观察周围的世界，思

考身边的事物，并对些媒体报道的真伪做出判断。小明在浏览一些网站时，看到了如下一些关于发射卫星的报道，其中可能真实的消息是()A.发射一颗轨道与地球表面上某一纬度线(非赤道)为共面同心圆的地球卫星B.发射一颗与地球表面上某一经度线所决定的圆为共面同心圆

的地球卫星C.发射一颗每天同一时间都能通过北京上空的地球卫星D.天和核心舱在距地面400𝑘𝑚高度，其发射速度小于7.9𝑘𝑚/𝑠【答案】C【解析】本题考查了卫星的运行轨道以及近地卫星，解决本题的关键是知道同步卫星、近地卫星的特点，知道卫星轨道圆

心必须与地球球心重合。【解答】A.轨道圆心必须与地球球心重合，纬度线(非赤道)圆心没有与球心重合。故A错误；B.卫星通过南北极上空，某时刻在某一经线上，由于地球自转，下一刻卫星将不在原来的经线上。故B错误

；D.发射卫星的最小速度为7.9km/s。故D错误；C.卫星轨道所在平面与赤道所在平面垂直且周期与自转周期相同时，可实现卫星每天同一时间都能通过北京上空。故C正确。4.为了更好地了解太阳活动对地球的影响，2022年10月，我国成功将夸父一号

卫星发射升空，该卫星绕地球的运动看成匀速圆周运动，距离地球表面约720千米，运行周期约99分钟，下列说法正确的是()A.夸父一号有可能静止在惠州市的正上方B.若已知万有引力常量，利用题中数据可以估算出太阳的质量C.夸父一号的发射速度大于第二宇宙速度D.夸父一号的角速度大于地球自转的角

速度【答案】D【解析】根据卫星运行规律和宇宙速度；结合宇宙速度含义分析即可解答。【解答】A.“夸父一号”绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，圆心为地球的球心，故不可能静止在惠州市的正上方，故A错误;B.“夸父一号”是地球的卫星，已知万有引力常量，利用

题中数据也不能估算出太阳的质量，故B错误;C.由于“夸父−号”绕地球做匀速圆周运动，所以其发射速度小于第二宇宙速度，故C错误;D.“夸父−号”绕地球运行周期约99分钟，小于地球的自转周期24h，根据ω=2πT可知，其角速度大于地球自转的角速

度，故D正确。5.2017年9月25日，微信启动页“变脸”：由此前美国卫星拍摄地球的静态图换成了我国“风云四号”卫星拍摄地球的动态图，如图所示．“风云四号”是一颗地球同步卫星，关于“风云四号”，下列说法正确的是()A.为了北京冬奥会通信畅通，可以把该卫星定位在北京正上空B.发射速度应大

于第二宇宙速度C.运行速度小于天宫二号轨道舱(距地高度约400𝐾𝑀)的运行速度D.加速度大于天宫二号轨道舱(距地高度约400𝐾𝑀)的加速度【答案】C【解析】同步卫星的轨道只能在赤道平面，发射速度比第一宇宙速度大，运行速度比第一宇宙速度小6.2022年6月5日，“

神舟十四号”载人飞船点火发射，将刘洋等3位航天员成功送入离地表高约为400𝑘𝑚的“天宫”空间站。“神舟十四号”与空间站采用径向对接，即飞船先到达空间站正下方的“停泊点”(飞船相对于空间站静止)位置，如图所示，然后调整姿态，沿径向与空间站自主交会对接。已知飞船和空间站对接后，组合体

绕地球做匀速圆周运动，地球同步卫星离地球表面的高度约为36000𝑘𝑚。下列说法正确的是()A.“神舟十四号”在“停泊点”时，它的线速度大于空间站的线速度B.与球同步卫星相比，组合体的角速度更小C.与地球赤道上随地球自转的物体相比，组合体的向心加速度更大D.对接完成

后，组合体上的宇航员可用哑铃锻炼身体【答案】C【解析】本题考查万有引力定律的应用，知道万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力是解题的关键。根据题设得出“神舟十四号”在“停泊点”的角速度与空间站的角速度关系，结合线速度与角速度、半径关系得出两者线速度的大小关系即可判断；根据万有引力提供

向心力得出角速度的表达式，结合半径大小关系得出角速度的大小关系即可判断；根据向心加速度的表达式结合向心加速度公式得出组合体的向心加速度与赤道自转物体的向心加速度的大小关系即可判断；分析出哑铃的状态即可判断。【解

答】A.“神舟十四号”在“停泊点”时，它的角速度与空间站的相同，由v=ωr知，它的线速度小于空间站的，故A错误；B.由GMmr2=mω2r知，卫星的角速度ω=√GMr3。组合体和地球同步卫星都绕地球做圆周运动，组合体的轨道半径较小，

可见组合体的角速度更大，故B错误；C.组合体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，根据a=GMr2可知，相比于地球同步卫星，组合体的向心加速度更大，同步卫星与地球赤道上随地球自转的物体相比，根据a=(2πT)2r可知，同步卫星的加速

度更大，可见与地球赤道上随地球自转的物体相比，组合体的向心加速度更大，故C正确；D.对接完成后，哑铃只受万有引力作用，处于完全失重状态，宇航员不能用它锻炼身体，故D错误。7.北斗三号卫星导航系统由3颗周期为24ℎ的地球静止轨道卫星(如图

中甲所示)、3颗周期为24ℎ的倾斜地球同步轨道卫星(如图中乙所示)、24颗中圆地球轨道卫星(如图中丙所示)三种轨道卫星共30颗卫星组成，其中中圆地球轨道卫星离地高度2.1×104𝑘𝑚，静止轨道卫星和倾斜同

步卫星离地高度均为3.6×104𝑘𝑚.下列说法中正确的是()A.中圆轨道卫星的运行周期小于地球自转周期B.倾斜地球同步轨道卫星和静止轨道卫星线速度大小不同C.地球赤道上物体的线速度比中圆轨道卫星线速度大D.中圆地球轨道卫

星的发射速度可以小于7.9𝑘𝑚/𝑠【答案】A【解析】根据开普勒第三定律分析，卫星的轨道半径越大，周期越大；卫星运动是万有引力充当向心力，得到线速度与轨道半径的关系；同步卫星与赤道上的物体属于同轴

转动的模型，角速度相等；第一宇宙速度7.9km/s是卫星绕地球圆周运动的最大速度，是卫星发射的最小速度。此题考查了人造卫星的相关规律，地球质量一定、自转速度一定，静止地球同步卫星要与地球的自转实现同步，就必须

要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度。【解答】A.根据开普勒第三定律可知，r3T2=k，卫星的轨道半径越大，周期越大，所以中地球轨道卫星的运行周期小于地球同步卫星运行周期，即小于地球

自转周期，故A正确；B.倾斜地球同步轨道卫星与静止轨道卫星的周期相等，根据开普勒第三定律可知，两卫星的轨道半径相等，根据万有引力提供向心力，GMmr2=mv2r，解得线速度：v=√GMr，轨道半径相等时，线速度大小相等，则倾斜地球同步轨道卫星和静止轨道卫星线速度大小相等，故B错

误；C.中圆轨道卫星的轨道半径小于同步轨道半径，则中圆轨道卫星的线速度大于同步卫星的线速度，同步卫星与赤道上的物体属于同轴转动的模型，角速度相等，则同步卫星的线速度大于赤道上的物体的线速度，综上所述，

地球赤道上物体的线速度比中圆轨道卫星线速度小，故C错误；D.第一宇宙速度7.9km/s是卫星绕地球圆周运动的最大速度，是卫星发射的最小速度，则中地球轨道卫星的发射速度大于7.9km/s，故D错误。故选A。8.

我国的一箭多星技术居世界前列，一箭多星是用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入轨道的技术。某两颗卫星释放过程简化为如图所示，火箭运行至𝑃点时，同时将𝐴、𝐵两颗卫星送入预定轨道。𝐴卫星进入轨道1做圆周运动，𝐵卫星进入轨道2沿椭圆轨道运动，𝑃点为椭圆轨

道的近地点，𝑄点为远地点，𝐵卫星在𝑄点喷气变轨到轨道3，之后绕地球做圆周运动。下列说法正确的是()A.两卫星在𝑃点时的加速度不同B.𝐵卫星在𝑃点时的速度大于𝐴卫星的速度C.𝐵卫星在𝑄点变轨进入轨道3时需要喷气减速D.𝐵卫星在轨道3

上运动的速度大于𝐴卫星在轨道1上运动的速度【答案】B【解析】卫星从低轨道到高轨道，需要点火加速；从高轨道到低轨道，需要喷气减速；根据万有引力提供向心力确定轨道半径与速度、加速度的关系。【解答】A.根据GMmr2=m

a，解得加速度：a=GMr2，轨道半径相同，则两卫星在P处的加速度大小相等，故A错误;B.从低轨道到高轨道，需要点火加速；在B卫星在P点时的速度大于A卫星的速度，故B正确；C.从低轨道到高轨道，需要点火加速；B卫星在Q点变轨进入轨道3时需要点火加速；故C错误；D.根据GMm

r2=mv2r，解得线速度：v=√GMr，轨道半径越大，线速度越小，B卫星在轨道3上运动的速度小于A卫星在轨道1上运动的速度；故D错误。9.2020年7月23日，中国“天问一号”探测器发射升空，成功进入预定轨道，开启了火星探测之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。如图所示，

“天问一号”被火星捕获之后，需要在近火星点变速，进入环绕火星的椭圆轨道。则“天问一号”A.在轨道Ⅱ上𝑃点的速度小于𝑄点的速度B.在轨道Ⅰ上运行周期大于轨道Ⅱ上运行周期C.由轨道Ⅰ变轨进入轨道Ⅱ需要在𝑃点加速D.在轨道Ⅰ上经过𝑃点时的向心加速度大

于在轨道Ⅱ上经过𝑃点时的向心加速度【答案】B【解析】根据轨道的特点分析是否是向心运动；卫星在转移轨道上经过PP点若要进入轨道Ⅱ，需减速。比较在不同轨道上经过PP点的加速度，直接比较它们所受的万有引力就可得知。卫星从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ，在PP点需减速；根据万有引力定律提供向心力

分析加速度的关系；由开普勒第三定律分析时间关系。本题考查了人造卫星的加速度、周期和轨道的关系，万有引力定律及其应用；本题关键是明确加速度由合力和质量决定导致同一位置的卫星的加速度相同；然后结合开普勒第三定律和牛顿第二定律列式分析。【解答】A.飞船在轨道II由Q点向P点运动做的是向

心运动，万有引力对飞船做正功，故P点的速度大于Q点的速度，故A错误；B.根据开普勒第三定律，轨道Ⅰ的半长轴大于轨道Ⅱ的半长轴，故轨道Ⅰ上运行周期大于轨道Ⅱ上运行周期，故B正确；C.轨道Ⅰ变轨进入轨道Ⅱ做的是向心运动，故飞船需要在P点制动减速，

故C错误；D.飞船在轨道Ⅰ上经过P点时的向心力等于在轨道Ⅱ上经过P点时的向心力，根据牛顿第二定律可知，在轨道Ⅰ上经过P点时的向心加速度等于在轨道Ⅱ上经过P点时的向心加速度，故D错误。故选B。10.中国三名航天员在“天和”核心舱“住”

了三个月，他们每天都能看到16次日出日落，可知“天和”核心舱的A.角速度比地球同步卫星的小B.周期比地球同步卫星的长C.向心加速度比地球同步卫星的大D.线速度比地球同步卫星的小【答案】C【解析】根据题意分析周期的关系；根据ω=2πT分析角速度的关系；；由万有引力提供向心力分

析向心加速度和线速度的关系；本题主要是考查万有引力定律及其应用，解答本题的关键是能够根据万有引力提供向心力结合向心力公式进行分析。【解答】B.根据题意可知，“天和”核心舱的周期为T天=2416h=1.5h<T同=24h即“天和”核心舱的周期比地球同步卫

星的短，B错误;A.根据ω=2πT由于“天和”核心舱的周期小于地球同步卫星的周期，则ω天>ω同即“天和”核心舱的角速度比地球同步卫星的大，A错误;C.根据GMmr2=m4π2rT2解得r=√GMT24π23由于“天和”核心舱的周期小于地球同步卫星的周期，，则r天<r同,根据GMmr2=ma

则有a天>a同即“天和”核心舱的向心加速度比地球同步卫星的大，C正确;D.根据GMmr2=mv2r解得v=√GMr根据上述，可知“天和”核心胞的线速度比地球同步卫星的大，D错误。11.若火星和天王星绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，已知火星公转轨道半径与天王星公转轨道半径之比为2:

25，则火星与天王星绕太阳运动的()A.周期之比为25:2B.线速度大小之比为5:√2C.角速度大小之比为2√2:√5D.向心加速度大小之比为4:625【答案】B【解析】根据开普勒第三定律得到周期关系，根据GMmr2=man=mv2r=mω2r

得出线速度、角速度及向心加速度与半径的关系。本题的关键是根据万有引力提供向心力得出线速度、角速度及向心加速度与半径的关系。【解答】A.根据开普勒第三定律r3T2=k可得，火星与天王星绕太阳运动的周期之比为2√2:125，故A错误；B.由万有引力提供向

心力有GMmr2=mv2r解得v=√GMr，则火星与天王星绕太阳运动的线速度大小之比为5:√2，故B正确；C.由万有引力提供向心力有GMmr2=mrω2解得ω=√GMr3，火星与天王星绕太阳运动的角速度大小之比为125:2√2，故C错误；

D.根据牛顿第二定律可得GMmr2=ma解得a=GMr2，火星与天王星绕太阳运动的向心加速度大小之比为625:4，故D错误。故选B。12.经长期观测，人们在宇宙中已经发现了“双星系统”。“双星系统”由相距较近的恒星组成，每个恒星的半径远小于两个恒星之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体

，它们仅在彼此的万有引力作用下，绕某一固定点做匀速圆周运动。如图即为某一双星系统，𝐴星球的质量为𝑚1，𝐵星球的质量为𝑚2，二者球心连线的距离为𝐿，引力常量为𝐺，则下列说法正确的是()A.𝐴星球的轨道半径为𝑚1𝑚1+𝑚2𝐿B.𝐵星球的轨道半径为𝑚

2𝑚1𝐿C.双星运行的周期为2𝜋𝐿√𝐿𝐺(𝑚1+𝑚2)D.若近似认为𝐴星球固定不动，𝐵星球绕𝐴星球做圆周运动，则𝐵星球的运行周期为2𝜋𝐿√𝐿𝐺𝑚2【答案】C【解析】AB.设双星运

行的角速度为ω，由于双星的周期相同，则它们的角速度也相同，则根据牛顿第二定律得：对m1：Gm1m2L2=m1ω2R①，对m2：Gm1m2L2=m2ω2r②，由①：②得：R：r=m2：m1，又R+r=L，得R=m2m1

+m2L，r=m1m1+m2L，故AB错误；C.根据Gm1m2L2=m14πT22R，R=m2m1+m2L，解得，双星运行的周期为T=2πL√LG(m1+m2)，故C正确；D.若近似认为B星球绕A星球中心做圆周运动，Gm1m2L2=m24πT22L，解得T=2πL√LGm1，故D错误。故选C

。二、计算题（本大题共2小题）13.某航天飞船由运载火箭先送入近地点为𝐴、远地点为𝐵的椭圆轨道，在𝐵点实施变轨后，再进入预定圆轨道，如图所示.已知飞船在预定圆轨道上飞行𝑛圈所用时间为𝑡，近地点𝐴

距地面高度为ℎ1，地球表面重力加速度为𝑔，地球半径为𝑅.求：(1)地球的第一宇宙速度大小．(2)飞船在近地点𝐴的加速度𝑎𝐴的大小．(3)远地点𝐵距地面的高度ℎ2的大小．【答案】(1)绕地球表面运动的卫星的向心力由万有引力提供GMmR2=mv2R=mg，解得v=√gR．

(2)根据万有引力定律可得GMm(R+h1)2=maA，且GMmR2=mg，联立解得aA=gR2(R+h1)2．(3)在大圆轨道上，根据万有引力定律可得GMm(R+h2)2=m(2πT)2(R+h2)，且GMmR2=mg，T=tn，解得h2=√gR2

t24π2n23−R．14.拉格朗日点指在两个大天体引力作用下，能使小物体稳定的点(小物体质量相对两大天体可忽略不计)。这些点的存在是由法国数学家拉格朗日于1772年推导证明的，1906年首次发现运动于木星轨道上的小行星(见脱罗央群小

行星)在木星和太阳的作用下处于拉格朗日点上。在每个由两大天体构成的系统中，按推论有5个拉格朗日点，其中连线上有三个拉格朗日点，分别是𝐿1、𝐿2、𝐿3，如图所示。我国发射的“鹊桥”卫星就在地月系统平衡点𝐿2点做周期运动，

通过定期轨控保持轨道的稳定性，可实现对着陆器和巡视器的中继通信覆盖，首次实现地月𝐿2点周期轨道的长期稳定运行。设某两个天体系统的中心天体质量为𝑀，环绕天体质量为𝑚，两天体间距离为𝐿，引力常量为𝐺，𝐿1点到中心天体的距离为𝑅1，

𝐿2点到中心天体的距离为𝑅2。求：(1)处于𝐿1点小物体的向心加速度；(2)处于𝐿2点小物体运行的线速度；(3)若𝑅2：𝐿=8：7，试求𝑀：𝑚的值(保留3位有效数字)。【答案】解：(1)L1上的卫星处在地月系统的拉格朗日点上，同时受地

球和月球的万有引力作用，合力提供向心力，设L1上的卫星质量为m1，合力提供向心力：F1=GMm1R1⬚2−Gmm1(L−R1)2=m1a1，则处于L1点小物体的向心加速度：a1=GMR1⬚2−Gm(L−R1)2；(2)处在L2点小物体，同理，合力提供向心力：F2=GM

m2R22+Gmm2(R2−L)2=m2v2⬚2R2，则处在L2点小物体线速度：v2=√(GMR2⬚2+Gm(R2−L)2)×R2；(3)当处在L2点有卫星时，环绕天体受卫星和中心天体共同的万有引力，

合力提供向心力，但由于卫星的质量远小于中心天体的质量，则环绕天体可近似认为只有中心天体的万有引力提供向心力：F3=GMmL2=mω2L，处在L2点有卫星合力提供向心力：F2=GMm2R2⬚2+Gmm2(

R2−L)2=m2ω2R2。根据拉格朗日点上卫星的特点，和两个大天体每时每刻都处在同一条直线上，即加速度相等。上面两式子相除，化简并将R2：L=8：7代入计算，可得：M：m≈130。【解析】拉格朗日点上的卫星，受两个大天体的共同引力作用，合力提供向心力。

两个大天体和拉格朗日点上的卫星，月球和卫星的角速度相等。处在拉格朗日点上的行星，和两大天体时刻处在同一条直线上，卫星和环绕天体加速度相等。而且还要注意其向心力并不是简单的和某个天体之间的万有引力，而且由两个大天体共同作用的万有引力的合力提供向心力。