人教版 (2019)必修第二冊4 宇宙航行精品隨堂練習(xí)題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

?知識點1 宇宙速度
?知識點2 人造衛(wèi)星
?知識點3 同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星和近地衛(wèi)星
?知識點4 不同軌道人造衛(wèi)星的參數(shù)比較
?作業(yè) 鞏固訓(xùn)練
知識點1
宇宙速度
1．第一宇宙速度（環(huán)繞速度）
（1）大?。?.9km/s。
（2）意義：①衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運行的速度，也是繞地球做勻速圓周運動的最大速度。②使衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最小地面發(fā)射速度。
2．第二宇宙速度（脫離速度）
（1）大?。?1.2 km/s。
（2）意義：使衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小地面發(fā)射速度。
（3）在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運動的人造行星或繞其他行星運動的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，其大小為v=11.2 km/s。
3．第三宇宙速度（逃逸速度）
（1）大小：16.7km/s。
（2）意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小地面發(fā)射速度。
（3）在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度，其大小為v=16.7km/s。
4．第一宇宙速度的計算
地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星到地心的距離為r，衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度為v，地球半徑R。（r=R）
（1）方法一：由萬有引力提供向心力得：（r=R）?。
（2）方法二：由重力提供萬有引力得：（r=R）?。
【典例1-1】2023年10月26日11時14分，搭載神舟十七號載人飛船的長征二號遙十七運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射，17時46分神舟十七號載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接?？臻g站組合體運行軌道距地面的高度為左右，則空間站組合體內(nèi)的貨物（）
A．質(zhì)量越大，對空間站組合體地板的壓力越大
B．處于超重狀態(tài)
C．運動速率介于與之間
D．做圓周運動的角速度大小比地球自轉(zhuǎn)角速度大
【典例1-2】（多選）使物體成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度稱為第一宇宙速度，而使物體脫離星球引力所需要的最小發(fā)射速度稱為第二宇宙速度，與的關(guān)系是。已知某星球半徑是地球半徑的，其表面的重力加速度是地球表面重力加速度的，地球的平均密度為，不計其他星球的影響，則（）
A．該星球的第二宇宙速度為B．該星球的第二宇宙速度為
C．該星球的平均密度為D．該星球的平均密度為
【典例1-3】地球的第一宇宙速度的大小為；一個質(zhì)量為60kg的宇航員靜止在飛船內(nèi)，飛船在離地面高度等于地球半徑的圓形軌道上繞地球飛行時，宇航員所受地球吸引力是
N，這時他對飛船的地面的作用力為 N。（設(shè)地面上重力加速度，）
【變式1-1】地球的某顆衛(wèi)星距離地面的高度為地球半徑的2倍，已知地球半徑為R，表面的重力加速度大小為g，該衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動過程中，下列說法正確的是（）
A．該衛(wèi)星的線速度大于7.9km/s
B．該衛(wèi)星的運行周期大于地球同步衛(wèi)星衛(wèi)星繞地球運動周期
C．該衛(wèi)星的軌道加速度大小為
D．該衛(wèi)星的角速度大小為
【變式1-2】（多選）中國預(yù)計將在2028年實現(xiàn)載人登月計劃，把月球作為登上更遙遠(yuǎn)行星的一個落腳點。如圖所示是“嫦娥一號奔月”的示意圖，“嫦娥一號”衛(wèi)星發(fā)射后經(jīng)多次變軌，進入地月轉(zhuǎn)移軌道，最終被月球引力捕獲，成為繞月衛(wèi)星。關(guān)于“嫦娥一號”下列說法正確的是（）

A．發(fā)射時的速度必須達(dá)到第三宇宙速度
B．在繞地軌道中，公轉(zhuǎn)半長軸的立方與公轉(zhuǎn)周期的平方之比不變
C．在軌道I上運動時的速度小于軌道II上任意位置的速度
D．在不同的繞月軌道上，相同時間內(nèi)衛(wèi)星與月心連線掃過的面積不相等
【變式1-3】我國科學(xué)家自主研制的“墨子號”衛(wèi)星的質(zhì)量為m，軌道離地面的高度為h，繞地球運行的周期為T，地球半徑為R，引力常量為G.求：
（1）“墨子號”衛(wèi)星所需的向心力大?。?br>（2）地球的質(zhì)量；
（3）第一宇宙速度的大小。
知識點2
人造衛(wèi)星
1、人造衛(wèi)星的加速度、周期和軌道的關(guān)系
（1）向心力和向心加速度：向心力是由萬有引力充當(dāng)?shù)?，即F＝，再根據(jù)牛頓第二定律可得，隨著軌道半徑的增加，衛(wèi)星的向心力和向心加速度都減小。
（2）線速度v：由得，隨著軌道半徑的增加，衛(wèi)星的線速度減小。
（3）角速度ω：由得，隨著軌道半徑的增加，做勻速圓周運動的衛(wèi)星的角速度減小。
（4）周期T：由得，隨著軌道半徑的增加，衛(wèi)星的周期增大。
注意：上述討論都是衛(wèi)星做勻速圓周運動的情況，而非變軌時的情況。
2、衛(wèi)星的各物理量隨軌道半徑的變化而變化的規(guī)律
【典例2-1】2023年5月30日16時29分，我國神舟十六號載人飛船采用自主快速交會對接模式，成功對接于中國空間站核心艙徑向端口（如圖所示），隨后景海鵬、朱楊柱、桂海潮3名航天員從神舟十六號載人飛船進入中國空間站開展為期約5個月的太空工作與生活。已知核心艙在地球赤道平面內(nèi)繞地球運行的軌道半徑為r，地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g。以下說法正確的是（）
A．航天員在核心艙內(nèi)受到的重力為零
B．航天員在核心艙內(nèi)處于“飄浮”狀態(tài)是因為受到的合力為零
C．核心艙運行的周期為
D．核心艙運行的向心加速度大小為
【典例2-2】（多選）如圖所示，已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T。a，b為兩顆繞地球同向做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，其中a為地球同步衛(wèi)星，b衛(wèi)星軌道半徑為2R，下列說法中正確的是（）
A．衛(wèi)星a的線速度為
B．根據(jù)題給條件無法估算出衛(wèi)星a的軌道半徑
C．b衛(wèi)星可以加速變軌到a衛(wèi)星的軌道上
D．地球的第一宇宙速度為
【典例2-3】“嫦娥一號”繞月球做勻速圓周運動，如圖所示，“嫦娥一號”繞月球圓周運動的軌道半徑為。已知“嫦娥一號”的質(zhì)量為，月球的質(zhì)量為，引力常量為。試求：
（1）“嫦娥一號”和月球之間的萬有引力；
（2）“嫦娥一號”繞月球運動的線速度；
（3）“嫦娥一號”繞月球運動的周期。

【變式2-1】我國發(fā)射的“天和”核心艙距離地面的高度為h，運動周期為T，繞地球的運動可視為勻速圓周運動。已知萬有引力常量為G，地球半徑為R，根據(jù)以上信息可知（）
A．地球的質(zhì)量B．核心艙的質(zhì)量
C．核心艙的向心加速度D．核心艙的線速度
【變式2-2】（多選）火星是一顆與地球臨近的太陽的行星，其表面重力加速度約為地球表面重力加速度的，半徑約為地球半徑的，公轉(zhuǎn)半徑約為地球公轉(zhuǎn)半徑的，則下列說法正確的是（）
A．火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的
B．火星公轉(zhuǎn)周期大于地球的公轉(zhuǎn)周期
C．火星公轉(zhuǎn)線速度大于地球的公轉(zhuǎn)線速度
D．火星上的第一宇宙速度大于地球上的第一宇宙速度
【變式2-3】我國天文學(xué)家通過FAST，在武仙座球狀星團中發(fā)現(xiàn)一個脈沖雙星系統(tǒng)。如圖所示，假設(shè)在太空中有恒星A、B雙星系統(tǒng)繞點O做順時針勻速圓周運動，運動周期為，它們的軌道半徑分別為、，，C為B的衛(wèi)星，繞B做逆時針勻速圓周運動，周期為。忽略A與C之間的引力，A與B之間的引力遠(yuǎn)大于C與B之間的引力。萬有引力常量為G，求：
（1）恒星A的質(zhì)量；
（2）A、B、C三星由圖示位置到再次共線所用時間t；
（3）若A也有一顆周期為的衛(wèi)星D，求衛(wèi)星C、D的軌道半徑之比。

知識點3
同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星和近地衛(wèi)星
1、同步衛(wèi)星：指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星，它跟著地球做勻速圓周運動，周期T=24h。
2、所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一個確定軌道，即同步衛(wèi)星軌道平面與赤道平面重合。
3、同步衛(wèi)星的幾個定值
（1）軌道平面一定：赤道平面。
（2）周期與角速度一定：T=24h。
（3）軌道半徑一定:r=6.6R。
（4）線速度大小一定:v=3.08km/s。
（5）運轉(zhuǎn)方向一定:自西向東。
（6）向心加速度的大小一定:。
4、同步衛(wèi)星的用途：主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。3顆同步衛(wèi)星可實現(xiàn)全球覆蓋,為了使同步衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛(wèi)星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛(wèi)星。截止2012年，已發(fā)射100多顆。
5、極地衛(wèi)星和近地衛(wèi)星
（1）極地衛(wèi)星運行時每圈都經(jīng)過南北兩極由于地球自轉(zhuǎn)，極地衛(wèi)星可以實現(xiàn)全球覆蓋。
（2）近地衛(wèi)星是在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星，其運行的軌道半徑可近似認(rèn)為等于地球的半徑，其運行線速度約為7.9km/s。
線速度推斷：由、（地球半徑）；得
（3）兩種衛(wèi)星的軌道平面一定通過地球的球心。
【典例3-1】四顆地球衛(wèi)星的排列位置如圖所示，其中，是靜止在地球赤道上還未發(fā)射的衛(wèi)星，是近地軌道衛(wèi)星，是地球同步衛(wèi)星，是高空探測衛(wèi)星，四顆衛(wèi)星相比較（）
A．的向心加速度最大B．的線速度最大
C．相對于靜止D．的運動周期可能是
【典例3-2】（多選）如圖所示，a為地球赤道上的物體，隨地球表面一起轉(zhuǎn)動，b為近地軌道衛(wèi)星，c為同步軌道衛(wèi)星，d為高空探測衛(wèi)星。若a、b、c、d繞地球轉(zhuǎn)動的方向相同，且均可視為勻速圓周運動。則（）
A．a(chǎn)、b、c、d中，a的加速度最大 B．a(chǎn)、b、c、d中，b的線速度最大
C．a(chǎn)、b、c、d中，c的角速度最大 D．a(chǎn)、b、c、d中，d的周期最大
【變式3-1】對于地球同步衛(wèi)星的認(rèn)識，正確的是（）
A．同步衛(wèi)星可在我國北京上空運行，常用于我國的電視轉(zhuǎn)播
B．與地球自轉(zhuǎn)同步，運行的角速度等于地球自轉(zhuǎn)角速度
C．所有同步衛(wèi)星的軌道半徑都相同，一定在赤道的正上方，且運行速度大于近地衛(wèi)星的速度
D．不同的同步衛(wèi)星軌道半徑可以不同
【變式3-2】（多選）某衛(wèi)星繞地心的運動視為勻速圓周運動，其周期為地球自轉(zhuǎn)周期T的，運行的軌道與地球赤道不共面（如圖）。時刻，衛(wèi)星恰好經(jīng)過地球赤道上P點正上方。地球半徑為R，衛(wèi)星距地面高度h，引力常量為G。則（）

A．地球質(zhì)量為
B．地球質(zhì)量為
C．從時刻到下一次衛(wèi)星經(jīng)過P點正上方時，衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)過的角度為
D．從時刻到下一次衛(wèi)星經(jīng)過P點正上方時，衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)過的角度為20π
知識點4
不同軌道人造衛(wèi)星的參數(shù)比較
1、三種不同軌道衛(wèi)星的參數(shù)對比
2、人造衛(wèi)星與月球參數(shù)對比
【典例4-1】近年來，中國發(fā)射了多顆北斗衛(wèi)星，a、b、c為其中三顆的衛(wèi)星，三顆衛(wèi)星的軌道半徑角速度大小分別為ωa、ωb、ωc，如圖所示。以下說法正確的是（）
A．
B．
C．地球?qū)πl(wèi)星c的萬有引力一定大于地球?qū)πl(wèi)星a的萬有引力
D．地球?qū)πl(wèi)星a的萬有引力與地球?qū)πl(wèi)星b的萬有引力一定等大
【典例4-2】（多選）據(jù)2018年10月國內(nèi)外多家媒體的報道，成都市計劃在2020年發(fā)射第一顆國產(chǎn)“人造月亮”。其實質(zhì)是一顆低軌道地球衛(wèi)星，在離地面500km的軌道上繞地球做勻速圓周運動。到2022年共發(fā)射3顆，在同一軌道上均勻分布，可以取代成都市的路燈。如果屬實，則“人造月亮”（已知地球半徑R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，地球質(zhì)量m=5.98×1024kg，?。? ）
A．定點于成都市上空500km處，與地面保持相對靜止
B．角速度大于地球的自轉(zhuǎn)角速度
C．繞行速度約為地球第一宇宙速度的0.96倍
D．向心加速度約為9.2m/s2，比“真月亮”的向心加速度小
【變式4-1】2023年10月24日4時3分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將遙感三十九號衛(wèi)星送入太空。遙感三十九號衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)全球無死角觀測，意義重大。遙感三十九號衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星繞地球飛行的軌道如圖所示。已知地球半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T0，遙感三十九號衛(wèi)星軌道高度為h，地球同步衛(wèi)星軌道的高度為h0，引力常量為G。下列說法正確的是（）
A．遙感三十九號衛(wèi)星與同步衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度之比為
B．遙感三十九號衛(wèi)星繞地球運行的周期為
C．遙感三十九號衛(wèi)星的運行速度大于7.9km/s
D．地球的平均密度可表示為
【變式4-2】（多選）2023年4月14日，我國首顆太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”準(zhǔn)時觀測了部分?jǐn)?shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。如圖，“夸父一號”衛(wèi)星和另一顆衛(wèi)星分別沿圓軌道、橢圓軌道繞地球沿逆時針運動，圓的半徑與橢圓的半長軸相等，兩軌道相交于A、B兩點，某時刻兩衛(wèi)星與地球在同一直線上，下列說法中正確的是（）
A．兩顆衛(wèi)星的運動周期相等
B．兩衛(wèi)星在圖示位置的速度v1”或“

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