【备战2022】高考物理选择题专项练习集：第一宇宙速度（环绕速度）(成都专栏)

这是一份【备战2022】高考物理选择题专项练习集：第一宇宙速度（环绕速度）(成都专栏)，共10页。试卷主要包含了单项选择题，二十九颗北斗导航卫星，双项选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题（共22小题；共88分）
1. 2018 年 2 月 12 日 13 时 03 分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星。发射过程中“北斗” 28 星的某一运行轨道为椭圆轨道，周期为 T0 ，如图所示。则
A. “北斗” 28 星的发射速度小于第一宇宙速度
B. “北斗“ 28 星在 A→B 过程所用的时间小于 T04
C. “北斗” 28 星在 A→B→C 的过程中，速率逐渐变大
D. “北斗” 28 星在 B→C→D 的过程中，万有引力对它先做正功后做负功

2. 关于第一宇宙速度，下面说法正确的是
A. 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B. 它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度
C. 它是人造地球卫星绕地球运行的最大速度
D. 它是卫星在椭圆轨道上运动时近地点的速度

3. 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，其大小是
A. 16.7 km/s B. 11.2 km/s C. 9.8 km/s D. 7.9 km/s

4. 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. 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
C. 它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
D. 它是卫星在椭圆轨道上运行时远地点的速度

5. 已知某星球的平均密度是地球的 m 倍，半径是地球的 n 倍，地球的第一宇宙速度是 v，该星球的第一宇宙速度为
A. mnv B. mnv C. nmv D. mnv

6. 下列说法正确的是
A. 第一宇宙速度是人造卫星在空中环绕地球做匀速圆周运动的最小速度
B. 只要发射速度大于第一宇宙速度，人造卫星就将在高空沿圆轨道绕地球运行
C. 如果需要，地球同步通讯卫星可以定点在地球上空任何一点
D. 人造卫星的轨道可以是圆的也可以是椭圆的

7. 关于地球的第一宇宙速度，下面说法中错误的是
A. 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B. 它是绕地球做圆周运动的人造地球卫星的最大运行速度
C. 它是在近地圆形轨道上运行的人造地球卫星的运行速度
D. 它是在地面上发射人造地球卫星所需要的最小发射速度

8. 人类历史上第一张黑洞照片在前不久刚刚问世，让众人感叹：“黑洞”我终于“看见”你了！事实上人类对外太空的探索从未停止，至今在多方面已取得了不少进展。假如人类发现了某 X 星球，为了进一步了解该星球，可以采用发射一颗探测卫星到该星球上空进行探测的方式。若探测卫星的轨道是圆形的，且贴近 X 星球表面。已知 X 星球的质量约为地球质量的 81 倍，其半径约为地球半径的 4 倍，地球的第一宇宙速度约为 v1，则该探测卫星绕 X 星球运行的速率为
A. 3v1B. 4.5v1C. 9v1D. 18v1

9. 已知某天体的第一宇宙速度为 6 km/s，则高度为该天体半径的绕该天体做匀速圆周运动的宇宙飞船的运行速度为
A. 32 km/s B. 3 km/s C. 42 km/s D. 8 km/s

10. 关于第一宇宙速度，下列说法正确的是
A. 第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最大速度
B. 第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度
C. 地球的第一宇宙速度由地球的质量和半径决定的
D. 第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度

11. 关于第一宇宙速度，下面说法正确的是
A. 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B. 它是能使卫星进入近地圆形轨道的最大发射速度
C. 它是地球同步卫星运动时的速度
D. 所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星速度都不可能大于第一宇宙速度

12. 下列关于第一宇宙速度的说法中正确的是
A. 第一宇宙速度又称为逃逸速度
B. 第一宇宙速度的数值是 11.2 km/s
C. 第一宇宙速度的数值是 7.9 km/s
D. 第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小线速度

13. 已知第一宇宙速度为 7.90 km/s，如果一颗人造卫星的高度为地球半径的 3 倍，它的运行速度是
A. 7.90 km/s B. 3.95 km/s
C. 1.98 km/s D. 由于卫星质量不知，所以不能确定

14. “嫦娥工程”是我国国家航天局启动的月球探测工程。某同学通过查阅资料了解月球和地球的基本数据：地球半径约为 6400 km，月球半径约为 1700 km；地球表面重力加速度约为月球表面重力加速度的 6 倍。他结合所学知识和以上数据，做如下判断，其中正确的是
A. 月球的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
B. 月球绕地球的公转角速度小于地球同步卫星的角速度
C. 因为月球绕地球公转，所以地球对月球的引力大于月球对地球的引力
D. 分别在距离地球和月球表面上相同的高度处，释放同样的两个实心铁球，两铁球落地时间相同

15. 北斗卫星是我国自行研制的全球卫星导航系统（BDS）。其中第 41 颗北斗卫星是地球静止轨道卫星，第 49 颗北斗卫星是倾斜地球“同步”卫星（轨道倾斜、周期与地球自转周期相同），第 50 颗和 51 颗北斗卫星是中圆轨道卫星（轨道高度约 20000 km），则下列说法正确的是
A. 第 50 颗卫星的运行周期大于 24 h
B. 第 51 颗卫星绕地球运行速度约为 7.9 km/s
C. 第 41 颗、第 49 颗卫星都相对地面静止
D. 第 41 颗、第 49 颗卫星的角速度大小相等

16. 如图所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星。已知中地球轨道卫星的轨道高度为 5000∼15000 km，则下列说法正确的是
A. 中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度
B. 上述两种卫星的运行速度可能大于 7.9 km/s
C. 中地球轨道卫星绕地球一圈的时间小于 24 小时
D. 静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空

17. 设有一个类地行星，其半径约为地球半径的 2 倍，而表面的重力加速度、自转周期都与地球的非常接近，则该类地行星与地球
A. 质量之比约为 2:1B. 平均密度之比约为 2:1
C. 第一宇宙速度之比约为 4:1D. 同步卫星轨道半径之比约为 34:1

18. 宇航员在月球表面附近高 h 处释放一个物体，经时间 t 后落回月球表面，月球半径为 R。在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的宇宙飞船速率为
A. 2Rht B. Rht C. 2Rht D. Rh2t

19. 理论研究表明第二宇宙速度是第一宇宙速度的 2 倍。火星探测器悬停在距火星表面高度为 h 处时关闭发动机，做自由落体运动，经时间 t 落到火星表面。已知引力常量为 G，火星的半径为 R。若不考虑火星自转的影响，让探测器脱离火星飞回地球，则探测器从火星表面的起飞速度至少为
A. 7.9 km/s B. 11.2 km/s C. 2hRt D. 2hRt

20. 某行星的质量是地球的 6 倍、半径是地球的 1.5 倍，地球的第一宇宙速度约为 8 km/s，则该行星的第一宇宙速度约为
A. 4 km/s B. 16 km/s C. 32 km/s D. 48 km/s

21. 1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第 2752 号小行星命名为"吴健雄星"，若将此小行星和地球都看成质量分布均匀的球体，小行星密度与地球相同，已知地球与小行星的半径之比为 k，则地球与小行星的第一宇宙速度之比为
A. k B. k2 C. 1k D. k

22. 某探月卫星经过多次变轨，最后成为一颗月球卫星。设该卫星的轨道为圆轨道，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的 181 ，月球半径约为地球半径的 14 ，近地地球卫星的速率约为 7.9 km/s ，则该近月卫星的运行速率约为
A. 1.8 km/s B. 3.5 km/s C. 7.9 km/s D. 35.5 km/s

二、双项选择题（共8小题；共32分）
23. 如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上 O 点以不同的速度 v 水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是
A. 以 v<7.9 km/s 的速度抛出的物体可能落在 A 点
B. 以 v<7.9 km/s 的速度抛出的物体将沿 B 轨道运动
C. 以 7.9 km/sD. 以 11.2 km/s
24. 2017 年 9 月 25 日是我国第一代同步卫星“风云四号”在轨交付的日子，与上一代相比，“风云四号”的整星观察数据量提高了 160 倍，如图为“风云四号”拍摄的中国所在的东半球上空视角照片，下列关于“风云四号”同步卫星的说法正确的是
A. 一定位于赤道正上空
B. 绕地球运行的周期比月球绕地球运行的周期大
C. 发射速度大于 7.9 km/s，小于 11.2 km/s
D. 运行速度大于 7.9 km/s，小于 11.2 km/s

25. 北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统 (CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括多颗同步卫星和多颗一般轨道卫星。关于这些卫星，以下说法正确的是
A. 同步卫星的轨道半径都相同
B. 同步卫星的运行轨道必定在同一平面内
C. 导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度
D. 导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小

26. 下列说法正确的是
A. 第一宇宙速度是从地面上发射人造地球卫星的最小发射速度
B. 第一宇宙速度是在地球表面附近环绕地球运转的卫星的最大速度
C. 第一宇宙速度是同步卫星的环绕速度
D. 卫星从地面发射时的发射速度越大，则卫星距离地面的高度就越大，其环绕速度则可能大于第一宇宙速度

27. 我国自主研发和部署的北斗卫星导航系统，由静止轨道卫星（离地面的高度约 3.6×107 m，相对地面静止）、中圆地球轨道卫星（离地面的高度约 2.1×107 m）及倾斜地球同步轨道卫星（离地面的高度约 3.6×107 m，轨道平面与赤道平面有一定的夹角）组成，上述卫星的轨道均视为圆轨道，下列说法正确的是
A. 中圆轨道卫星的周期大于静止轨道卫星的周期
B. 静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的周期均等于地球自转周期
C. 倾斜地球同步轨道卫星的运行速率小于中圆地球轨道卫星的运行速率
D. 静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的运行速率均大于第一宇宙速度

28. 由于地球的自转，使得静止在地面的物体绕地轴做匀速圆周运动。对于这些做匀速圆周运动的物体，以下说法正确的是
A. 向心力方向都指向地心
B. 线速度大小都等于第一宇宙速度
C. 向心加速度大小都小于重力加速度
D. 运动周期都与地球自转周期相等

29. 地球同步卫星离地心距离为 r，运行速度为 v1，加速度为 a1，地球赤道上的物体随地球自转的加速度为 a2，第一宇宙速度为 v2，地球半径为 R，则以下正确的是
A. a1a2=rRB. a1a2=Rr2C. v1v2=rRD. v1v2=rR2

30. 下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是
A. 第一宇宙速度 v1=7.9 km/s，第二宇宙速度 v2=11.2 km/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，小于 v2
B. 美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度
C. 第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度
D. 第一宇宙速度 7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
答案
第一部分
1. B
2. B
3. D
【解析】第一宇宙速度又叫“环绕速度”即卫星贴地飞行的速度，第一宇宙速度的数值为 7.9 km/s。
4. B
5. C
【解析】根据 GMmr2=mv2r，得第一宇宙速度 v=GMr，
根据 M=43πr3ρ 知，星球和地球的质量之比为 mn3。
则第一宇宙速度之比为 mn2。
所以星球的第一宇宙速度 vʹ=mn2v=nmv。
6. D
7. A
8. B
9. A
【解析】第一宇宙速度 v=GMR=6 km/s；
而距该天体表面高度为天体半径的宇宙飞船的运行速度 vʹ=GM2R=v2=32 km/s。
10. C
【解析】物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，在地面附近发射飞行器，如果速度等于 7.9 km/s，飞行器恰好做匀速圆周运动，如果速度小于 7.9 km/s，就出现万有引力大于飞行器做圆周运动所需的向心力，做近心运动而落地，所以第一宇宙速度是最小的发射速度，故A错误；
人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度 v=GMr，轨道半径越大，速度越小，故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，故B错误；
人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度 v=GMr，其中 M 为地球质量，而 r 为地球的半径，故C正确；
人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度 v=GMr，同步卫星的轨道半径远大于地球半径。故同步卫星绕地球飞行的速度小于第一宇宙速度。故D错误。
11. D
【解析】人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度 v=GMR，轨道半径越大，速度越小，故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，故A错误；
它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度，故B错误；
人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度 v=GMR，轨道半径越大，速度越小，所以同步卫星运动时的速度小于第一宇宙速度，故C错误；
第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，故D正确。
12. C
【解析】第三宇宙速度为 16.7 km/s，也叫逃逸速度，故A错误；
人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度 v=GMr=7.9 km/s，轨道半径越大，速度越小，故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，最小发射速度，故BD错误，C正确。
13. B
14. B
15. D
16. C
17. D
18. C
【解析】有题知，月球表面的物体自由落体运动：h=12gt2 重力加速度 g=2ht2，则在月球表面 mv2R=mg，v=gR=2hRt
19. D
【解析】速度 7.9 km/s 与 11.2 km/s 是地球的第一宇宙速度与第二宇宙速度，故AB错误；
根据运动学公式，结合高度为 h 处探测器，经时间 t 落到火星表面，则火星表面的重力加速度 g火=2ht2；根据公式 v=g火R=2ht2R=2hRt，则探测器从火星表面的起飞速度至少 2v=2hRt，故D正确，C错误。
20. B
【解析】设地球质量 M，某星球质量 6M，地球半径 r，某星球半径 1.5r
由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得：GMmr2=mv2r
解得：卫星在圆轨道上运行时的速度公式 v=GMr
分别代入地球和某星球的各物理量
得：v地球=GMr
v星球=G⋅6M1.5r
解得：v星球=2v地球=16 km/s
21. D
【解析】根据万有引力定律 GMmR2=mv2R，又 ρ=M43πR3，联立以上两式解得第一宇宙速度 v=43GπρR2，所以地球与小行星的第一宇宙速度之比 v1v2=43GπρR地243GπρR星2=R地R星=k，故选项 D 正确.
22. A
【解析】由第一宇宙速度求解公式 v=GMR 可得到 v月:v地=M月R月:M地R地=2:9，解得 v月=1.8 km/s，选项A 正确。
第二部分
23. A， C
【解析】物体抛出速度 v<7.9 km/s 时必落回地面，物体抛出速度 v=7.9 km/s 时，物体刚好能不落回地面，烧地球做圆周运动，故A正确，B错误；当物体抛出速度 7.9 km/s11.2 km/s 时，物体会脱离地球引力束缚，不可能沿 C 轨道运动，故D错误。
24. A， C
【解析】地球同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，故A正确；
根据 r3T2=k 知，同步卫星相对于月球轨道半径较小，则周期较小，故B错误；
地球的第一宇宙速度为 7.9 km/s，第二宇宙速度为 11.2 km/s，地球同步卫星没有脱离地球的引力范围，故地球同步卫星的发射速度大于 7.9 km/s，且小于 11.2 km/s，故C正确；
由万有引力提供向心力得 GMmr2=mv2r，解得 v=GMr，可知卫星的线速度 v 随轨道半径 r 的增大而减小，v=7.9 km/s 为卫星围绕地球表面运行的速度；因同步卫星轨道半径比地球半径大，因此其线速度应小于 7.9 km/s，故D错误。
25. A， B
【解析】所有同步卫星的轨道都位于赤道面，轨道半径 r 和运行周期都相同，选项A、B正确；
卫星绕地球做匀速圆周运动，由 GMmr2=mv2r 可得 v=GMr，故随着卫星运行半径越大，运行速度越小，在地球表面附近运行的卫星速度最大，称为第一宇宙速度，其他卫星运行速度都小于第一宇宙速度，选项C错误；
由开普勒第三定律 r3T2=k 知，轨道半径 r 越大，周期越大，故D错误。
26. A， B
【解析】第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运转的最大速度，离地越高，卫星绕地球运转的速度越小.
27. B， C
28. C， D
【解析】物体随地球自转，都是绕地轴转动，所以向心力都指向地轴，且周期与地球的自转周期相同。故A错误，D正确；
随地球自转的速度 v=rω，而第一宇宙速度是靠万有引力提供向心力贴近地球表面做匀速圆周运动的速度，两个速度不等。故B错误；
地球表面的物体需要的向心力远小于物体受到的引力，所以物体的向心加速度大小都小于重力加速度。故C正确。
29. A， D
【解析】同步卫星和地球自转的周期相同，运行的角速度亦相等，则根据向心加速度 a=rω2 可知，同步卫星的加速度与地球赤道上物体随地球自转的向心加速度之比等于半径比，a1a2=rR；
同步卫星绕地于做匀速圆周运动，第一宇宙速度是近地轨道上绕地球做匀速圆周运动的线速度，两者都满足万有引力提供圆周运动的向心力；
即：GMmr2=mv2r
由此可得：v=GMr
所以有 v1v2=rR2，
故AD正确，BC错误。
30. C， D
【解析】根据 v=GMr 可知，卫星的轨道半径 r 越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v1=7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选项D正确；
实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A错误；
美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B错误；
第二宇宙速度是在地面附近使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造行星的最小发射速度，选项C正确。