高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第3节 人类对太空的不懈探索同步训练题

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第3节 人类对太空的不懈探索同步训练题，共19页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，解答题等内容，欢迎下载使用。


学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中（ ）
A．从P到M所用的时间等于
B．从Q到N阶段，速率逐渐变小
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N所用的时间等于
2．射人造航天器时，可利用地球的自转让航天器发射前就获得相对地心的速度。设地球表面的重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，酒泉卫星发射中心的纬度为φ。将地球视为质量均匀分布的球体，则在酒泉卫星发射中心发射的航天器利用地球自转能获得相对地心的最大速度为（ ）
A．B．
C．D．
3．太空行走又称为出舱活动。2021年11月8日1时16分，神舟十三号航天员乘组圆满完成出舱活动全部既定任务，王亚平成为中国首位进行出舱活动的女航天员，迈出了中国女性舱外太空行走第一步。假设质量为m的航天员出舱离开空间站后，某时刻其相对地心的速度为v，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度大小为g，则（ ）
A．该航天员离开空间站在太空行走时所受合外力为零
B．该航天员离开空间站在太空行走时所受的合外力大小等于mg
C．此时该航天员距离地球表面的高度为－R
D．此时该航天员指向地心的加速度大小为
4．如图所示，三颗卫星a、b、c绕地球做匀速圆周运动，其中b、c在地球的同步轨道上，a距离地球表面的高度为R，此时a、b恰好相距最近。已知地球质量为M、半径为R、地球自转的角速度为ω，万有引力常量为G，则（ ）
A．卫星a和b下一次相距最近还需经过
B．卫星c的机械能等于卫星b的机械能
C．若要卫星c与b实现对接，可让卫星c加速
D．发射卫星b时速度要大于
5．“东方一号”人造卫星A和“华卫二号”人造卫星B，它们的质量之比为，它们的轨道半径之比为2：1，则下面的结论中正确的是（ ）
A．它们受到地球的引力之比为
B．它们的运行速度大小之比为
C．它们的运行周期之比为
D．它们的运行角速度之比为
6．北斗卫星导航系统（BDS）是我国自行研制的全球卫星导航系统，2020年我国已发送了北斗系统最后一颗卫星，从此北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做匀速圆周运动，a是地球同步卫星，（忽略地球自转）则（ ）
A．卫星a的向心加速度大于地球表面重力加速度
B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星b的周期大于
D．卫星a的角速度小于c的角速度
7．如图所示，A、B为地球赤道圆的一条直径的两端，虚线圆为地球同步卫星的轨道，利用同步卫星将一电磁波信号由A点到B点，已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g，地球自转周期为T，不考虑大气对电磁波的折射，下列说法正确的是（ ）
A．至少需要三颗同步卫星，这三颗同步卫星间的最近距离为R
B．至少需要两颗同步卫星，这两颗同步卫星间的最近距离为2R
C．同步卫星的高度为
D．同步卫星的高度为－R
8．假设地球同步卫星的轨道半径是近地卫星轨道半径的n倍，则（ ）
A．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的倍
B．同步卫星的运行周期是近地卫星的运行周期的倍
C．同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转速度的倍
D．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的倍
9．随着中国航天科技的进一步发展，我国计划于今年发射首个火星探测器。已知地球和火星的相关数据如下表，下列说法正确的是（ ）
A．火星的公转周期约为地球公转周期的倍
B．火星绕太阳运动的速度比地球绕太阳运动的速度大
C．若在火星和地球表面同一高度释放一小球，则火星上的小球先落地
D．地球的第一宇宙速度约为火星的“第一宇宙速度”的2倍
10．如图所示，有A，B两个行星绕同一恒星O做圆周运动，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星距离最近），则（ ）
A．经过时间t= T2+ T1，两行星将第二次相遇（即两行星距离最近）
B．经过时间t=，两行星将第二次相遇（即两行星距离最近）
C．经过时间t=，两行星第一次相距最远
D．经过时间t=，两行星第一次相距最远
11．下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是（ ）
A．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
B．火星探测卫星的发射速度大于
C．第三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．人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于或等于、小于
12．“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．
二、多选题
13．2021年5月15日，天问一号探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得成功。假设火星可视为半径为R且质量分布均匀的球体，火星赤道处的重力加速度为g火，火星的自转周期为T，引力常量为G。则下列说法正确的是（ ）
A．火星极点处的重力加速度大小为g火
B．火星的质量为
C．火星的平均密度为
D．火星卫星的最大环绕速度为
14．我国研制的“嫦娥三号”月球探测器于2013年12月1日发射成功，并成功在月球表面实现软着陆．探测器首先被送到距离月球表面高度为H的近月轨道做匀速圆周运动，之后在轨道上的A点实施变轨，使探测器绕月球做椭圆运动，当运动到B点时继续变轨，使探测器靠近月球表面，当其距离月球表面附近高度为h（）时开始做自由落体运动，探测器携带的传感器测得自由落体运动时间为t，已知月球半径为R，万有引力常量为G。则下列说法正确的是（ ）
A．“嫦娥三号”的发射速度小于第一宇宙速度
B．探测器在近月圆轨道和椭圆轨道上的周期相等
C．“嫦娥三号”在A点变轨时，需减速才能从近月圆轨道进入椭圆轨道
D．月球的平均密度为
15．如图所示，飞行器P绕某星球做匀速圆周运动，星球相对飞行器的张角为θ，下列说法正确的是（ ）
A．轨道半径越大，周期越长B．轨道半径越大，速度越大
C．若测得周期和张角，可得到星球的平均密度D．若测得周期和轨道半径，可得到星球的平均密度
三、填空题
16．有一对相互环绕旋转的超大质量双黑洞系统，双黑洞的质量分别为M1和M2，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动。根据所学知识，双黑洞的轨道半径之比___________，线速度大小之比___________，向心加速度大小之比___________。
17．假设在月球表面将物体以某速度竖直上抛，经过时间t物体落回月面，上升的最大高度为h。已知月球半径为R、引力常量为G，不计一切阻力，则月球表面的重力加速度大小为____，月球的密度为____。
18．2021年6月17日神舟十二号载人飞船与天和核心舱成功实现自主快速交会对接，18时48分，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱，标志着中国人首次进入自己的空间站。飞船与核心舱对接前后，相对地球的线速度大小___________，对接后，连接体的动能与飞船相比___________。（选填“增大”“减小”或“不变”）
四、解答题
19．设质量为m的地球卫星正绕着地球沿半径为r0的圆形轨道运动。
（1）若地球卫星的机械能为、动能为，地球质量为M，万有引力常量为G。已知与地球相距为r0的地球卫星的引力势能，试证明；
（2）若卫星运动受到微弱的摩擦阻力f（常量）作用，使卫星轨道半径r逐渐变小而接近地球。已知卫星运动一周，轨道半径的减小量。试证明：卫星运动一周，①轨道半径减小量与轨道半径r的3次方成正比；②速率增量与轨道半径r的次方成正比。
20．若某位宇航员随飞船登陆火星后，在火星表面的某处以速度竖直向上抛出一个小球，经过时间t，小球落回了抛出点。已知火星的半径为R，引力常量为G，“萤火号”卫星绕火星运动的周期为T，“萤火号”卫星绕火星的运动近似看作匀速圆周运动。试求：
（1）火星的质量M。
（2）“萤火号”卫星绕火星运动的轨道半径r。
21．2016年11月18日13时59分，“神舟十一号”飞船返回舱在内蒙古中部预定区域成功着陆，执行飞行任务的航天员在“天宫二号”空间实验室工作生活30天后，顺利返回祖国，创造了中国航天员太空驻留时间的新纪录，标志着我国载人航天工程空间实验室任务取得重要成果。已知月球表面的重力加速度大小g，月球的半径为R，引力常量为G。请你试求出：
（1）月球的质量M；
（2）月球的第一宇宙速度v1；
（3）若距离月球表面的高为h处有一颗月球的卫星在绕着月球做匀速圆周运动，则该卫星的的线速度v是多少。
行星
半径
质量
绕太阳转动的轨道半径
地球
火星
参考答案：
1．C
【详解】BC．从近日点到远日点，海王星与太阳之间的间距逐渐增大，万有引力做负功，可知从近日点到远日点，海王星的速度逐渐减小，即从P到Q阶段，速率逐渐变小，则从Q到N阶段，速率逐渐增大，B错误，C正确；
A．根据对称性可知，与的时间相等，均为，根据上述可知，从P到Q阶段，速率逐渐变小，即P到M的平均速率大于M到Q的平均速率，所以从P到M所用的时间小于，A错误；
D．根据上述可知，从过程的平均速率大于从的平均速率，即从过程的时间小于，从过程的时间大于，则从M到N所用的时间不可能等于，D错误。
故选C。
2．C
【详解】地球表面两极处质量为的物体所受的重力等于万有引力，则有
同理该物体在赤道处，由牛顿第二定律有
联立解得地球半径为
对在酒泉卫星发射中心发射的航天器进行建模，如图所示，则分析可知，在酒泉卫星发射中心发射的航天器利用地球自转能获得的相对地心的最大速度为
故选C。
3．C
【详解】AB．在地球表面，该航天员所受重力等于万有引力，有
该航天员离开空间站在太空行走时，只受万有引力作用，故该航天员离开空间站在太空行走时所受合外力为
小于其在地球表面时所受的重力mg，且不为零，故AB错误；
CD．该航天员离开空间站在太空行走时，所受万有引力提供向心力，有
又
，
联立解得此时该航天员距离地球表面的高度为
该航天员指向地心的加速度大小为
故C正确，D错误。
故选C。
4．A
【详解】A．卫星b在地球的同步轨道上，所以卫星b和地球具有相同的周期和角速度。由万有引力提供向心力，即
a距离地球表面的高度为R，所以卫星a的角速度
此时a、b恰好相距最近，到卫星a和b下一次相距最近
故A正确；
B．卫星c与卫星b的轨道相同，所以速度是相等的，但由于不知道它们的质量的关系，所以不能判断出卫星c的机械能是否等于卫星b的机械能。故B错误；
C．让卫星c加速，所需的向心力增大，由于万有引力小于所需的向心力，卫星c会做离心运动，离开原轨道，所以不能与b实现对接，故C错误；
D．卫星b绕地球做匀速圆周运动，是指在地球上发射的物体绕地球飞行做圆周运动所需的最小初始速度，是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。所以发射卫星b时速度大于，而小于，故D错误；
故选A。
【点睛】卫星从低轨道到高轨道需要克服引力做较多的功。b、c在地球的同步轨道上，所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速度。
第一宇宙速度是指在地球上发射的物体绕地球飞行做圆周运动所需的最小初始速度，第二宇宙速度是物体挣脱地球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的三种说法。能抓住万有引力提供向心力列出等式解决问题的思路，再进行讨论求解。
5．B
【详解】人造地球卫星做匀速圆周运动时，由万有引力提供向心力，得

M是地球的质量，m、r、T、分别为卫星质量、轨道半径、周期和角速度，则得

由题卫星A和B的质量之比为，轨道半径之比为2：1，则由上式可得，
它们的运行速度大小之比为
它们的运行周期之比为
它们的运角速度之比为
故选B。
6．D
【详解】A． 由于忽略地球自转，则地球表面处的重力加速度和近地卫星的加速度相等，由万有引力提供向心力
因为卫星a的半径大于近地卫星的半径，所以卫星a的向心加速度小于贴地卫星的向心加速度，A错误；
B．根据万有引力提供向心
得，向心加速度为
因为卫星a与卫星b的轨道半径相等，所以卫星a的加速度等于b的加速度，B错误；
C．因为卫星a是地球同步卫星，而卫星a与卫星b的轨道半径相等，由万有引力提供向心力
可得，卫星a与卫星b的周期相等，故卫星b的周期为
C错误；
D．根据万有引力提供向心力
得，卫星的角速度为
可得，轨道半径越大角速度越小，故卫星a的角速度小于c的角速度，D正确。
故选D。
7．B
【详解】AB．根据题意知，至少要用两颗同步卫星，才能将电磁波信号由A点传到B点，且这两颗同步卫星间的最近距离为2R，如图所示，故B正确，A错误；
CD．设同步卫星的轨道半径为r＝OP1，则由万有引力定律和牛顿第二定律有
G＝mr，m1g＝G
解得
r＝
则同步卫星的高度为－R，CD错误。
故选B。
8．A
【详解】A．设近地卫星轨道半径为r，由万有引力提供向心力知
得到第一宇宙速度
同理得同步卫星运行速度
所以
A正确；
B．由A项中的公式得
为常数，所以同步卫星的运行周期是近地卫星的运行周期的倍，B错误。
C．地球赤道上物体随地球自转的周期和同步卫星的周期相同，即角速度相同，则速度，同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转速度的n倍，C错误。
D．在不考虑地球自转情况下，由A项中的公式得同步卫星的加速度的是重力加速度的倍，D错误。
故选A。
9．D
【分析】本题考查开普勒第三定律，万有引力提供向心力求出线速度的表达式，万有引力与重力相等得出重力加速度的关系，根据自由落体运动规律得出时间大小关系。万有引力提供向心力求出第一宇宙速度的表达式，从而得出第一宇宙速度之比。
要比较一个物理量大小，我们应该把这个物理量先表示出来，在进行比较。向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用。
【详解】A．根据开普勒第三定律
因火星公转半径大约是地球公转半径的倍，则
故A错误；
B．根据
可得
所以火星绕太阳运动的速度比地球绕太阳运动的速度小，故B错误；
C．根据
可得
，
由
可知地球上的小球先落地，故C错误；
D．根据
可得第一宇宙速度为
可知地球的第一宇宙速度约为火星的“第一宇宙速度”的2倍，故D正确。
故选D。
10．B
【详解】AB．根据万有引力提供向心力
得
由于rAA行星的周期为，B行星的周期为，所以
，
两行星相距最近时，两行星应该在同一半径方向上，所以当A比B多转一圈时两行星再次相距最近
得
故B正确，A错误；
CD．两行星相距最远时，两行星应该在同一直径上，所以当A比B多转半圈时两行星相距最远
得
故CD错误。
故选B。
11．A
【详解】A．根据
得
可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的环绕速越小，是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度，也是人造地球卫星的最小的发射速度，故A正确；
B．火是探期卫星仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，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，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，故C错误；
D．实际上由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫量绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，故D错误。
故选A。
12．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。
13．BD
【详解】AB．在火星赤道上的物体所受的万有引力等于物体在火星上的重力与物体随火星自转需要的向心力之和，则有
G=mg火＋mR
假设火星极点处的重力加速大小为g′火，则火星极点处物体所受的万有引力等于物体在火星极点处的重力，即
解得
火星的质量为
A错误，B正确；
C．火星的体积为
则火星的平均密度为，整理得
C错误；
D．火星卫星以最大环绕速度飞行时，轨道半径为R，此时卫星的重力近似等于万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，则有
，G=m′
整理得
D正确。
故选BD。
14．CD
【详解】A．“嫦娥三号”在地表的发射速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，故A错误；
B．椭圆轨道的轨道半长轴和近月圆轨道的轨道半径不相等，因此周期不相同，故B错误；
C．从近月圆轨道需要点火减速才能进入椭圆轨道，故C正确；
D．在月球表面有
解得月球质量
则月球密度
根据自由落体运动下落高度为h，运动时间为t，则有
得到
代入上述密度表达式中
故D正确。
故选CD。
15．AC
【详解】A．对飞行器，根据
可知轨道半径越大，周期越大，故选项A正确；
B．根据
可知道轨道半径越大，速度越小，故选项B错误；
C．若测得周期T，且由A中方程可得
如果知道张角θ，则该星球半径为
所以
可得到星球的平均密度，故选项C正确；
D．若测得周期和轨道半径，无法得到星球半径，则无法求出星球的平均密度，故选项D错误。
故选AC。
16．
【详解】[1][2]双黑洞绕连线上的某点做匀速圆周运动的周期相等，所以角速度相等，双黑洞做匀速圆周运动的向心力由它们间的万有引力提供，向心力大小相等，设双黑洞的距离为L，由
得
由得双黑洞的线速度大小之比为
[3]由得双黑洞的向心加速度大小之比为
17．
【详解】[1]由自由落体公式得
解得
g=
[2]设月球质量为M，月球表面质量为m的物体所受重力等于万有引力，有
mg=G
设月球体积为V，V=πR3，则月球的密度为ρ=，联立以上各式得
ρ=
18． 不变 增大
【详解】[1]飞船与核心舱对接前后瞬间，两物体的速度相同，则飞船与核心舱对接前后，相对地球的线速度大小不变。
[2] 对接后，连接体的动能与飞船相比，质量增大，速度大小不变，则动能增大。
19．（1）见解析；（2）见解析，见解析
【详解】（1）根据题意，卫星机械能
其中
，
卫星做圆周运动时万有引力提供向心力，得
得
则
所以
即
（2）①运动一周后，阻力做功使机械能减少，即
因为
得
即
②由卫星做圆周运动时万有引力提供向心力，得
得
因为
所以
得出
20．（1）；（2）
【详解】（1）设火星的重力加速度为g，则
联立得
根据万有引力充当向心力知
解得
【点睛】本题主要考查万有引力定律及其应用。根据竖直上抛运动的对称性求时间，根据天体表面的万有引力约等于重力求质量，根据万有引力充当向心力求半径。
21．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）在月球表面有
解得月球的质量
（2）某卫星在月球表面附近绕其做圆周运动时有
解得
（3）由万有引力提供向心力，有
又有
可得卫星的线速度为