【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（基础达标练） Word版含解析.docx，共(9)页，235.746 KB，由小赞的店铺上传

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7.4宇宙航行（基础达标练）（解析版）一、单选题（本大题共10小题）1.如图是关于地球表面发射卫星时的三种宇宙速度的示意图，椭圆轨道为某卫星的运动轨道，下列说法正确的是()A.此卫星的发射速度大于第一宇宙速度B.此卫星在远地点的速度大于第一宇宙速度C.若想让卫星进入月球轨道，发射

速度需大于第二宇宙速度D.若想让卫星进入太阳轨道，发射速度需大于第三宇宙速度【答案】A【解析】解：𝐴.物体在地球附近绕地球做圆周运动的速度为第一宇宙速度，此卫星为椭圆轨道卫星，发射速度大于第一宇宙速度，故A正确；B.此卫星在远

地点的速度小于同高度圆周运动卫星的速度，同高度圆周运动卫星的速度小于第一宇宙速度，所以此卫星在远地点的速度小于第一宇宙速度，故B错误；C.月球轨道还在地球吸引范围之内，所以发射速度不能超过第二宇宙速度，故C错误；D.第三宇宙速度是脱离太阳系所需要的最小发射速度

，所以，若想让卫星进入太阳轨道，发射速度不能大于第三宇宙速度，D错误。故选：𝐴。根据第一宇宙速度的定义分析；根据变轨知识分析线速度大小关系；明确第二宇宙速度和第三宇宙速度的物理意义。本题考查宇宙速度概念，要明确宇宙速度的数值和含义。2.以

下关于宇宙速度的说法中正确的是()A.第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最小速度B.对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，远地点速度一定小于在同高度圆轨道上的运行速度C.对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，近地点速度一定在7.9𝑘𝑚/𝑠一11.2𝑘𝑚/𝑠之

间D.在地球表面发射一颗绕月卫星，发射速度必须大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度【答案】B【解析】当卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s而小于11.2km/s时，卫星将沿椭圆轨道运行，当卫星的速度等于或大于11.2km/s时就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行

，11.2km/s被称为第二宇宙速度；当提供的向心力小于需要的向心力时，则做离心运动，当提供的向心力大于需要的向心力时，则做近心运动，从而即可求解。本题考查学生对第一宇宙速度的理解，以及对卫星能沿椭圆轨道运动

条件的理解，并理解离心运动与近心运动的条件。【解答】A.第一宇宙速度是近地卫星绕地球做圆周运动的线速度，根据引力提供向心力，则有：v=√GMr，因此第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度，故A错误；B.因为在远地点时，卫星将做近心运动，所以远地点速度一定小于在同高度圆轨道上

的运行速度，故B正确；C.7.9km/s是第一宇宙速度，是卫星在地面附近做匀速圆周运动所具有的线速度．当卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s而小于11.2km/s时，卫星将沿椭圆轨道运行，7.9km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的临界速度．大于7.9km/s，卫星肯定做离心运动，但

不一定能脱离地球．等于7.9km/s卫星可能绕地球做匀速圆周运动(贴近地面)或者离心运动(卫星离地面还有一段距离)；小于7.9km/s时，情况就比较多了：贴近地面，肯定做近心运动(要么回收，要么报废)；适当的高度可以做匀速圆周运动；近地点高度更大时，也可作离心运动．所以近地点速度

可以大于、等于或小于7.9km/s，故C错误；D.根据万有引力提供向心力，在半径一定的情况下，速度越大，所需要的向心力越大．如果向心力不足，物体将做离心运动．物体在地球表面轨道上运动时，受到的向心力刚好对应的速度就是7.9km/

s.超过就要做离心运动．而要完全脱离地球引力，需要的速度为11.2km/s.所以，当速度在7.9--11.2km/s之间时，人造卫星既不能保持在地球附近做圆周运动，又无法完全逃离地球．最终轨迹就是一个椭圆，

故D错误。3.我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行，从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星()A

.运动速度大于第一宇宙速度B.运动速度小于第一宇宙速度C.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星D.轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星【答案】B【解析】本题考查卫星的运动规律，以及同步卫星和第一宇宙速度，基础题。根据周期与地球自转周期相同可知，该卫星的周期

与同步卫星的周期相等；根据GMmr2=mr4π2T2，结合题意可判断该卫星的轨道半径与同步卫星的轨道半径关系。【解答】AB.第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度，是环绕地球做圆周运动的所有卫星的最大环绕速度，该卫星的运转半径远大于地球

的半径，可知运行线速度小于第一宇宙速度，选项A错误B正确；CD.根据GMmr2=m4π2T2r可知r=√GMT24π23因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同，等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周期，可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道

上空的同步卫星的轨道半径，选项CD错误。故选B。4.2020年7月23日，我国成功发射“天问一号”火星探测器．已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球的第一宇宙速度约为7.9𝑘𝑚/𝑠，则火星的第一宇宙速度约为()A.3.5𝑘𝑚/𝑠B.7.9

𝑘𝑚/𝑠C.11.2𝑘𝑚/𝑠D.17.7𝑘𝑚/𝑠【答案】A【解析】星球的第一宇宙速度是指沿着星球表面运行的速度，根据万有引力提供向心力得到第一宇宙速度的表达式，然后根据火星和地球质量、半径的关系得到火星

的第一宇宙速度。本题主要考查第一宇宙速度的推导。【解答】地球的第一宇宙速度即为沿着地球表面运行速度，设质量为m的物体沿着地球表面运行，由万有引力提供向心力可得：GM地mR地2=mv地12R地解得：v地1=√GM地R地，同理火星的第一宇宙速度为：v火1=√GM火R火已知火星的质量约

为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球的第一宇宙速度约为7.9km/s，则有：v火1=√GM火R火=√G×0.1M地0.5R地=1√5v地1=1√5×7.9km/s≈3.5km/s故A正确，BCD错误。故

选A。5.神舟十三号载人飞船与天和核心舱自主快速对接，若对接后沿圆轨道运动的速度为𝑣，则()A.𝑣<7.9𝑘𝑚/𝑠B.𝑣>16.7𝑘𝑚/𝑠C.11.2𝑘𝑚/𝑠<𝑣<16.7𝑘𝑚/𝑠D.7.

9𝑘𝑚/𝑠<𝑣<11.2𝑘𝑚/𝑠【答案】A【解析】本题考查第一宇宙速度及第二、第三宇宙速度，第一宇宙速度是环绕地球的最大速度，第二宇宙速度是脱离地球的最小发射速度，第三宇宙速度是脱离太阳束缚所需的最小速度。【解答】7.9

km/s即第一宇宙速度，是最大的环绕速度，所以飞船在轨道上的运行速度小于7.9km/s，故A正确。6.下列关于地球同步卫星的说法正确的是()A.它的周期与地球自转周期相同，但高度和速度可以选择，高度增大，速度减小B.它的周期、高度、线速度都

是确定的C.我们国家发射的同步通讯卫星定点在北京上空D.我国发射的同步通讯卫星不一定在赤道上空【答案】B【解析】解：A、同步卫星周期与地球自转周期相同，根据GMmr2=mr(2πT)2知周期一定，轨道半径一定，则高度一定。故A错误。B、同步卫星的周期、高度和速度大小都是一定的。故B正

确。CD、同步卫星位于赤道的上空，不可能定点在北京上空。故C错误，D也错误。故选：B。同步卫星位于赤道的上空，周期与地球的自转周期相同，轨道半径、高度和线速度都一定．解决本题的关键知道同步卫星的特点，知道同步卫星定轨道、定高度、定速率、定周期．

7.如图所示，卫星𝐴是我国在2022年8月20日成功发射的“遥感三十五号”04组卫星，卫星𝐵是地球同步卫星，它们均绕地球做匀速圆周运动，卫星𝑃是地球赤道上还未发射的卫星，𝑃、𝐴、𝐵三颗卫星的

线速度大小分别为𝑣𝑃、𝑣𝐴、𝑣𝐵，角速度大小分别为𝜔𝑃、𝜔𝐴、𝜔𝐵，下列判断正确的是A.𝑣𝐴>𝑣𝐵>𝑣𝑃B.𝑣𝐴<𝑣𝐵<𝑣𝑃C.𝜔𝑃=𝜔𝐴=𝜔𝐵D.𝜔𝑃<𝜔

𝐴<𝜔𝐵【答案】A【解析】根据万有引力提供向心力结合v=rω可得出A、B的线速度、角速度关系，再由B与P的角速度相等结合v=rω分析B与P的线速度。【解答】对于卫星A、B，根据万有引力提供向心力，有GMmr2=mv2r，解得v=√GMr=

rω，由题图可知rA<rB，所以vA>vB，ωA>ωB，由卫星P、B的角速度相等，可知vB>vP，则卫星A、B、P的线速度大小关系为vA>vB>vP，角速度大小关系为ωA>ωB=ωP，故A正确，BCD错误。8.中国的侦察卫星可以发现地面上边长仅为0.36𝑚的方形物体，它距离地面高度仅有16𝑘

𝑚，理论和实践都表明：卫星离地面越近，它的分辨率就越高，那么分辨率越高的卫星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.线速度一定越小【答案】A【解析】分辨率越高，可知r越小，根据万有引力提供向心力，找出向心加速度、角速度、线速度、周期与轨道半径的关系．解决本题的关键是熟

练掌握根据万有引力提供向心力GMmr2=ma=mω2r=m4π2T2r=mv2r。【解答】根据万有引力提供向心力F万=F向GMmr2=ma=mω2r=m4π2T2r=mv2r，所以有以下结论a=GMr2，ω=√GMr3，T=2π√r3GM，v=√GM

r。A、根据a=GMr2，r越小，a越大。故A正确；B、根据ω=√GMr3，r越小，ω越大。故B错误；C、根据T=2π√r3GM，r越小，T越小。故C错误；D、根据v=√GMr，r越小，v越大。故D错误。故选A。9.如图所示𝑎为静止于赤

道地面上的物体，𝑏为低轨道卫星，𝑐为同步卫星，则下列说法中正确的是()A.𝑎物体做圆周运动仅由万有引力提供向心力B.若某时刻𝑏卫星经过𝑎的正上方，则𝑏再运动一圈会再次经过𝑎的正上方C.𝑏的线速度比𝑐的线速

度大D.𝑎的向心加速度比𝑐的向心加速度大【答案】C【解析】本题考查了同步卫星及近地卫星和卫星的运行规律。a为静止于赤道地面上的物体，所以做圆周运动的向心力由万有引力和地面对其支持力的合力提供；根据万有引力提供向心力

求出周期的表达式，判断b再运动一圈是否会再次经过a的正上方；由万有引力提供向心力求解线速度的表达式，判断b、c的线速度的大小关系；根据a=ω2r判断a、c的向心加速度的大小关系。【解答】A.a物体做圆周运动的向心力由万有引力和地面对其支持力的合力

提供，故A错误；B.根据万有引力提供向心力得GMmr2=m4π2rT2，解得T=2π√r3GM，轨道半径越大，周期越大，c的周期比b的周期大，由于a物体和同步卫星c的周期相同，所以a的周期大于b的周期，若某时刻b卫星经过a的正上方，则b再运动一圈不会再次经

过a的正上方，故B错误；C.由万有引力提供向心力得，GMmr2=mv2r，解得v=√GMr，轨道半径越小，线速度越大，b的轨道半径比c的轨道半径小，故b的线速度比c的线速度大，故C正确；D.a、c的角速度相同，由a=ω2r可知，a的向心

加速度比c的向心加速度小，故D错误。10.2020年我国实施“天问一号”计划，将通过一次发射，实现“环绕、降落、巡视”三大任务．如图所示，探测器经历椭圆轨道Ⅰ→椭圆轨道Ⅱ→圆轨道Ⅲ的变轨过程．𝑄为轨道Ⅰ远火点，𝑃为轨道Ⅰ近火点，探测器在三个轨道运行时都经

过𝑃点．则探测器()A.沿轨道Ⅰ运行至𝑃点速度大于运行至𝑄点速度B.沿轨道Ⅱ运行至𝑃点的加速度大于沿轨道Ⅲ运行至𝑃点加速度C.沿轨道Ⅱ运行的周期小于沿轨道Ⅲ运行的周期D.从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ时需在𝑃点处加速【答案】A【解析】本题考查了万有引力定律的应用、开普勒行星运动定律。根据

引力做功情况分析探测器的速度大小；由万有引力提供向心力判断加速度；根据做离心运动和近心运动的条件分析。【解答】A.探测器沿轨道Ⅰ从P点运动到Q点的过程中，要克服引力做功，动能减小，所以经过P点速度大于运行至Q点速度，故A正确；B.经过P点时的加速度是由火星对探测器的引力产生，由GMmr2

=ma知加速度取决于火星质量与P点的位置，与轨道无关，即沿轨道Ⅱ运行至P点的加速度等于沿轨道Ⅲ运行至P点加速度，故B错误；C.由图知，轨道Ⅱ的半长轴a大于轨道Ⅲ的圆周半径r3，根据开普勒第三定律a3T22=r33T33知沿轨道Ⅱ运行的周期T2大

于沿轨道Ⅲ运行的周期T3，故C错误；D.从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ时需在P点处减速，做近心运动，故D错误。二、计算题（本大题共2小题）11.2012年6月16日，我国“神舟九号”载人飞船成功发射，续写了我国航天事业的新辉煌．飞船绕地球的运动可看作匀速圆周运动，设飞船绕地球运动的周期为𝑇，运行半径为𝑟，

地球的半径为𝑅，万有引力常量为𝐺，求：地球的第一宇宙速度𝑣．【答案】解：由万有引力提供向心力，有GMmR2=m(2πT)2r可得：GM=4π2r3T2再根据在地球表面的物体围绕地球做圆周运动，有GMmR2=

mv2R得v=√GMR=2πrT√rR【解析】飞船绕地球做匀速圆周运动，地球对飞船的万有引力提供飞船的向心力。利用圆周运动的知识，由周期和半径，能求出地球的第一宇宙速度。12.在某个半径为𝑅=105𝑚的行星表面，对于一个质量𝑚=1𝑘𝑔的砝码

，用弹簧测力计称量，其重力的大小𝐺=1.6𝑁.请计算该星球的第一宇宙速度𝑣1；【答案】解：由重量和质量的关系知：G=mg所以g=Gm=1.6m/s2设环绕该行星作近地飞行的卫星，其质量为m′所以根据万有引力提供向心力，应用牛顿第二定律有：m′g=m′v12R解

得：v1=√Rg代入数值得第一宇宙速度：v1=400m/s【解析】解决本题的关键掌握万有引力提供向心力以及万有引力等于重力。知道第一宇宙速度的具体含义。由重量和质量的关系知行星表面的重力加速度，第一宇宙速度是

近表面运行速度，应用牛顿第二定律求解第一宇宙速度；