人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行巩固练习

这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行巩固练习，共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
7.4宇宙航行同步练习学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题1．若地球和火星绕太阳做匀速圆周运动的周期分别为T1和T2，设在地球、火星各自所在的轨道上的加速度大小分别为a1和a2，则（　　）A． B．C． D．2．若你是第一位登上月球的中国宇航员，登月后你测得质量为m的物体在月球表面所受重力大小为，已知月球的半径为R，月球绕地球公转（视为圆周运动）的周期为T、线速度大小为v，引力常量为G，不考虑月球的自转，则地球对月球的万有引力大小为（　　）A． B． C． D．3．如图所示是在同一轨道平面上的3颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是（　　）A．根据可知vA<vB<vCB．根据万有引力定律可知FA>FB>FCC．角速度ωA>ωB>ωCD．向心加速度aA<aB<aC4．“神舟十号”发射前，“天宫一号”目标飞行器经变轨降至对接轨道，变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R1、R2，线速度大小分别为v1、v2。则等于（　　）A． B．C． D．5．两颗行星A、B均在同一平面内沿相同的环绕方向围绕中心天体运动，经过观测发现每隔最短时间t行星A与行星B相距最近一次。两行星的运动均可看作匀速圆周运动，若行星A的运行周期为，则行星B的运行周期为（　　）A． B． C． D．6．我国计划在2020年前让“嫦娥4号”卫星在月球背面软着陆，并先在2018年发射一颗微波中继卫星到地月系统的拉格朗日点，已知位于点的卫星、地球、月球三者之间的相对位置保持不变，如图所示。地球与月球球心间距离为，点与月球球心间距离为，电磁波传播速度为c，地球和月球视为质点。下列说法中正确的是（　　）A．卫星的线速度小于月球公转的线速度B．卫星绕月球运动的周期与月球绕地球公转的周期相同C．卫星绕地球运动的周期与月球绕地球公转的周期相同D．着陆后的“嫦娥4号”发出的微波信号通过卫星中转后传到地球历时7．宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用。已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：第一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；第二种是三颗星位于边长为L的等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行。设每颗星体的质量均为m，引力常量为G。则（　　）A．第一种形式中运动星体的向心力为B．第二种形式中运动星体的向心力为C．第一种形式中运动星体的轨道半径为D．第二种形式中运动星体的轨道半径为8．有两颗人造地球卫星A和B绕地球做匀速圆周运动，质量分别为，运动半径分别为，下面说法正确的是（　　）A．A、B的线速度大小之比为 B．A、B的角速度大小之比为C．A、B的加速度大小之比为 D．A、B受到的引力大小之比为9．已知甲、乙两个绕月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为和，月球半径为R。甲、乙的运动速度大小分别用和表示。则和比值为（　　）A． B． C． D．10．如图所示，图中a、b、c分别为中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”、中国空间站和地球同步卫星。“羲和号”运行于高度为517 km的太阳同步轨道，沿极地附近圆形轨道绕地球运行，中国空间站运行于高度约为389 km、倾角为41.581°的轨道平面（可近似为圆面），地球同步卫星运行于高度大约为36 000 km的赤道平面．则（　　）A．a的向心加速度比c的大B．a、b所受到的地球万有引力大小相等C．三者轨道半径的三次方与周期的二次方比值都不相等D．a的周期比c的大11．如图所示，为环绕地球运转的航天器在变轨时，由低轨道升到高轨道时的变轨示意图。航天器先在圆形轨道1的A点加速后，进入到椭圆轨道2运行，当航天器运行到椭圆轨道2的远地点B时，再次加速而进入到圆轨道3而完成变轨运动。设：航天器在圆轨道1匀速运转时的速率为；靠惯性在椭圆轨道2运行时通过A、B两点时的速率分别为和；在圆轨道3匀速运转时的速率为。那么以下判断正确的是（　　）A． B．C． D．12．如图所示，两颗卫星A、B质量相等，卫星A绕地球运动的轨迹为圆，卫星B绕地球运动的轨迹为椭圆，轨迹在同一个平面内且相切于P点，则（　　）A．卫星B的周期比A的大B．两卫星在P点的速度大小相等C．卫星B在P点的速度小于7.9km/sD．两卫星的机械能相等 二、多选题13．人类登上火星，考察完毕后，乘坐一艘宇宙飞船从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，则有关这艘飞船的下列说法正确的是（　　）A．飞船在轨道Ⅰ上经过P点时的速度小于飞船在轨道Ⅱ上经过P点时的速度B．飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过P点时的速度大于经过Q点时的速度C．飞船在轨道Ⅲ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D．飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地球的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期相同14．“双星系统”由相距较近的星球组成，每个星球的半径均远小于两者之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体，它们在彼此的万有引力作用下，绕某一点O做匀速圆周运动。如图所示，某一双星系统中A星球的质量为，B星球的质量为，它们球心之间的距离为L，引力常量为G，则下列说法正确的是（    ）A．B星球的轨道半径为B．A星球和B星球的线速度大小之比为C．A星球运行的周期为D．若在O点放一个质点，则它受到两星球的引力之和一定为零15．如图所示，B、C、D为三颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，C、D在同步卫星轨道上，A为地球赤道上随地球表面一起转动的一个物体。已知m<m＝m<m，则（　　）A．周期关系为T<T<T＝TB．线速度关系为v<v＝v<vC．向心力大小关系为F<F<F<FD．轨道半径与周期关系为<＝＝ 三、实验题16．在一个未知星球上用如图所示装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对此运动采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s，照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4，则：（1）由以上信息，可知a点___________（填“是”或“不是”）小球的抛出点；（2）由以上及图信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为___________；（3）由以上及图信息可以算出小球在b点时的速度是___________m/s；（4）若已知该星球的半径与地球半径之比为，则该星球的质量与地球质量之比___________，第一宇宙速度之比___________。（取10）17．随着航天技术的发展，许多实验可以搬到太空中进行。飞船绕地球做匀速圆周运动时，无法用天平称量物体的质量。假设某宇航员在这种环境下设计了如图所示装置（图中O为光滑的小孔）来间接测量物体的质量：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动。设飞船中具有基本测量工具：(1)物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计，原因是___________________；(2)实验时测得的物理量有弹簧秤示数F、圆周运动的周期T和圆周运动的半径R，则待测物体质量的表达式为M=_____。 四、解答题18．有的天文学家倾向于把太阳系外较小的天体叫作“矮行星”，而另外一些人把它们叫作“小行星”，谷神星就是小行星之一。现有两个这样的天体，它们的质量分别为和，绕太阳运行的轨道半径分别是和，求：（1）它们与太阳间的万有引力之比；（2）它们的公转周期之比。19．如图，已知月球半径为R，月球表面的重力加速度为，飞船在绕月球的圆形轨道Ⅰ上运动，轨道半径为r，，到达轨道Ⅰ的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动。已知引力常量G，求：（1）第一次点火和第二次点火分别是加速还是减速；（2）飞船在轨道Ⅰ上的运行速率；（3）飞船在轨道Ⅱ上的运行周期。20．如图，发射卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，在Q点点火加速做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ，在P点点火加速，使其满足，进入圆轨道Ⅲ做圆周运动。（1）设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在椭圆轨道Ⅱ上经过Q点和P点时的速率分别为v、v，试比较这几个速度的大小关系。（2）试比较卫星在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运行时的周期T1、T2、T3的大小关系。（3）试比较卫星在轨道Ⅰ上的加速度大小a1，轨道Ⅲ上的加速度大小a3，椭圆轨道上经过Q点和P点的加速度大小a、a的大小。
参考答案：1．B【详解】根据开普勒第三定律有：地球绕太圆周运动的半径为r1，火星绕太阳圆周运动的半径为r2由有所以有根据万有引力产生加速度有加速度＝＝故选B。2．B【详解】设月球的质量为，由题意有设地球的质量为，地球对月球的万有引力大小其中月球绕地球公转的轨道半径解得故选B。3．C【详解】ACD．由题图知3颗不同的人造地球卫星的轨道半径关系为由万有引力提供向心力得得，，故，，AD错误，C正确； B．由于3颗卫星的质量关系不确定，故万有引力大小不确定，B错误。故选C。4．B【详解】变轨前、后的轨道都看成圆轨道。由公式得故两个轨道的线速度之比故选B。5．A【详解】半径越小，周期越小，， 从第一次相距最近到第二次相距最近，A比B多走解得故选A。6．C【详解】A．卫星、地球、月球三者之间的相对位置保持不变，即月球和卫星绕地球运动的角速度相同，由于卫星的运动半径大于月球运动半径，根据可知，卫星的线速度大于月球公转的线速度，故A错误；B．在地月系统的拉格朗日点处卫星是绕地球运动的，故B错误；C．根据A项的分析可知月球和卫星绕地球运动的角速度相同，所以卫星绕地球的周期与月球公转周期相同，故C正确；D．“嫦娥4号”发出的微波信号传到地球经过的路程为，所以时间为，故D错误。故选C。7．D【详解】AC．第一种形式中，由题可知轨道半径为，且向心力为故A、C错误；BD．第二种形式轨道半径如图所示有几何关系可知轨道半径等于等边三角形外接圆的半径所需的向心力故B错误，D正确。故选D。8．A【详解】A．由，得可知A、B的线速度大小之比为故A正确；B．由，得知A、B的角速度大小之比为故B错误；C．由，得知A、B的加速度大小之比为故C错误；D．由知A、B受到的引力大小之比为故D错误。故选A。9．D【详解】乙两个绕月飞行器绕月飞行做匀速圆周运动，对飞行器由化简得故有和比值为故选D。10．A【详解】A．a、b、c均绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据G=man解得an＝由于a的轨道半径比c的小，所以a的向心加速度比c的大，选项A正确；B．根据万有引力定律可知万有引力F＝G，由于a、b的质量未知，所以无法比较a、b所受到的地球万有引力大小，选项B错误；C．由于a、b、c均绕地球做匀速圆周运动，根据开普勒第三定律，可知a、b、c轨道半径的三次方与周期的二次方比值都相等，选项C错误；D．根据开普勒第三定律及a的轨道半径小于c的可知a的周期比c的小，选项D错误。故选A。11．D【详解】第一次点火加速，有第二次点火加速，有都是航天器绕地球做匀速圆周运动的速度，设地球质量为，航天器的质量为，轨道半径为，由得又得因此得故选D。12．A【详解】A．卫星B运动轨迹的半长轴比A的大，根据开普勒第三定律可知卫星B的周期比A的大，故A正确；B．卫星在圆轨道运行时做匀速圆周运动，到达P点加速后做离心运动，可能进入椭圆轨道，则卫星B在P点的速度比卫星A的速度大，故B错误；C．若卫星A的轨道是在地球表面附近，则卫星A在P点的速度才等于7.9km/s，否则卫星A在P点的速度总小于7.9km/s，所以卫星B在P点的速度大于7.9km/s，故C错误；D．两卫星质量相同，但在P点速度不同，则两卫星的机械能不相等，故D错误。故选A。13．ABC【详解】A．根据题意可知，飞船在轨道Ⅰ上经过P点时需点火加速，做离心运动才能进入轨道Ⅱ，则飞船在轨道Ⅰ上经过P点时的速度小于飞船在轨道Ⅱ上经过P点时的速度，故A正确；B．由开普勒第二定律可知，飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过P点时的速度大于经过Q点时的速度，故B正确；C．根据万有引力提供向心力有解得可知，飞船在轨道Ⅲ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度，故C正确；D．根据万有引力提供向心力有解得由于火星的质量与地球质量不相等，则飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地球的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期不同，故D错误。故选ABC。14．BC【详解】A．设A星球轨道半径为R1，B星球轨道半径为R2，两星球运转角速度相同，由万有引力提供向心力可得可得又因为解得两星球的轨道半径分别为故A错误；B．由线速度与角速度关系可得，A、B线速度大小与半径成正比，所以A、B线速度大小之比为，故B正确；C．由上式可得解得两星球运转周期为故C正确；D．设质点质量为m，则A星球对质点引力为B星球对质点引力为则可知只有在两星球质量相等时，对质点合力为零，故D错误。故选BC。15．BD【详解】AB．C、D在同步卫星轨道上，A为地球赤道上随地球表面一起转动的一个物体，故有人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有解得，人造卫星轨道半径越大，周期越大，线速度越小，因为R<R，故，又因为，可得综上所述可知故A错误，B正确；C．对于绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，向心力为因m<m，R＝R，可知F<F因m＝m，R<R，可知因ω＝ω，m<m，由F＝mω2R，可知F<F故C错误；D．根据开普勒第三定律，有因T＝T，R<R，可知可知<＝＝故D正确。故选BD。16．     是     8.0          1：20     （或）【详解】（1）[1]由图可知竖直方向上连续相等的时间内位移之比为1：3：5，符合初速度为零的匀变速直线运动的特点，因此可知a点的竖直分速度为0，a点为小球的抛出点。（2）[2]由照片的长度与实际背景屏的长度值比为1:4可得，乙图中每个正方形的实际边长为，竖直方向上有代入数据解得（3）[3]水平方向小球做匀速直线运动，因此小球的平抛初速度为B点竖直方向上的分速度为所以（4）[4][5]设星球的半径为R，根据万有引力近似相等，则解得所以该星球的质量与地球质量之比根据万有引力提供向心力，则得所以该星球与地球的第一宇宙速度之比为17．     在太空中物体与桌面间几乎没有压力，物体与接触面间摩擦力几乎为零     【详解】[1]弹力是产生摩擦力的前提条件，没有摩擦力一定没有弹力。由于在太空中物体与桌面间几乎没有压力，物体与接触面间摩擦力几乎为零，因此摩擦力可以忽略不计。[2]物体在桌面上做匀速圆周运动，物体与桌面间的摩擦力忽略不计，由弹簧秤的拉力提供物体的向心力。根据牛顿第二定律有解得18．（1）；（2）【详解】（1）设太阳质量为M，根据万有引力定律可得，两天体与太阳间的万有引力之比为（2）两天体绕太阳的运动可看成匀速圆周运动，向心力由万有引力提供，则有可得则两天体绕太阳的公转周期之比为19．（1）第一次点火与第二次点火都是减速；（2）；（3）【详解】（1）由高轨道到低轨道，半径减小，飞船做近心运动，所需要的向心力小于万有引力，故要减速才可实现，即第一次点火与第二次点火都是减速。（2）由题意可知轨道Ⅰ的半径为4R，设飞船的质量为m，月球的质量为M，飞船在轨道Ⅰ上的运行速率为v，由万有引力提供向心力有假设在月球表面有一个质量为的物体，根据月球表面物体的重力近似等于物体受到的月球的引力，则联立可得（3）由题意可知轨道Ⅲ的半径为R，设飞船在轨道Ⅲ上的运行周期为T，根据万有引力提供向心力有又因为可得由开普勒第三定律有又有解得20．（1）；（2）T3>T2>T1；（3）【详解】（1）卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上做匀速圆周运动万有引力提供向心力得因为所以卫星在圆轨道Ⅰ上的Q点点火加速做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ，所以卫星在椭圆轨道Ⅱ的P点点火加速进入轨道Ⅲ，所以所以得 （2）由开普勒第三定律知 （a为轨道半长轴）轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的半长轴关系为 所以T3>T2>T1（3）由牛顿第二定律得所以即