【物理】2020届信阳一高一轮复习人教新课标版宇宙航行限时过关练（解析版） 11页

信阳一高2020年高考物理一轮复习限时过关练：宇宙航行（解析版)‎ ‎1．‎2019年4月10日人类史上第一张黑洞照片在全球六地同步发布。如图所示，该图像的许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全一致，在强引力极端环境下进一步验证了广义相对论。黑洞是宇宙空间内存在的一种超高密度的天体，它产生的引力场极强，以至于它的逃逸速度大于光速，光都不能逃逸。已知逃逸速度是近地卫星环绕速度的倍，光在真空中的传播速度，地球的质量，引力常量，若地球能收缩成黑洞，则地球半径大约要收缩到 A．‎9mm B．‎9m C．‎9km D．‎‎90km ‎2．“嫦娥四号”探测器经过约110h奔月飞行，到达月球附近，成功实施近月制动，顺利完成太空刹车，并于北京时间‎2019年1月3日10时26分在月球背面着陆。设嫦娥四号绕月球做匀速圆周运动，其到月球中心的距离为r，周期为。引力常量为,进入环月轨道飞行则由以上数据能计算出的物理量是 A．月球的质量 B．月球的第一宙速度 C．月球的平均密度 D．“嫦娥四号”探测器所需的向心力 ‎3．开普勒指出：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。图示为地球绕太阳做椭圆运动的示意图，A点为近日点，B点为远日点。在地球沿图示路径从A点向B点运动的过程中（　　）‎ A．地球受到太阳的万有引力增大 B．地球的速度增大 C．地球的向心加速度减小 D．地球的机械能增大 ‎4．已知地球质量大约是月球质量的81倍，地球半径大约是月球半径的4倍.不考虑地球、月球自转的影响，由以上数据可推算出（ ）‎ A．地球的平均密度与月球的平均密度之比约为9∶8‎ B．地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为9∶4‎ C．靠近表面沿圆轨道运行的航天器的周期之比约为8∶9‎ D．靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器线速度与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器线速度之比约为81∶4‎ ‎5．中国航天科工集团虹云工程，将在2023年前共发射156颗卫星组成的天基互联网，建成后WiFi信号覆盖全球。假设这些卫星中有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为，（T0为地球的自转周期），已知地球的第一宇宙速度为v，地球表面的重力加速度为g，则该卫星绕地球做匀速圆周轨道半径为（）‎ A．‎ B．‎ C．‎ D．‎ ‎6．“嫦娥四号”探测器实现了人类首次在月球背面软着陆如图所示，探测器在距月面高度为 ‎100km的环月圆轨道I上的P点实施变轨，进入近月点为‎15km的椭圆轨道II，由近月点Q落月，下列说法正确的是（　　）‎ A．探测器在P点的加速度大于在Q点的加速度 B．探测器沿Ⅰ轨道运行的周期小于沿Ⅱ轨道运行的周期 C．探测器在Ⅱ轨道从P点运动到Q点过程中，机械能不变 D．探测器沿轨道Ⅰ运动到P点时，需要加速才能进入Ⅱ轨道 ‎7．由于通信和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的（ ）‎ A．轨道平面可以不同 B．轨道半径可以不同 C．质量可以不同 D．速率可以不同 ‎8．‎2019年6月25日02时09分，我国在西昌卫星发射中心成功发射第四十六颗北斗导航卫星，进一步提升了北斗系统覆盖能力和服务性能。某人造卫星在赤道平面上绕地球 匀速圆周运动（转动方向与地球自转方向相同），每经过8 h经过赤道上空同一地点，已 知地球自转的周期为24 h，下列说法正确的是 A．卫星做圆周运动的周期为2.4h B．卫星做圆周运动的周期为6 h C．如果卫星转动方向与地球自转方向相反，卫星的周期为8 h D．如果卫星转动方向与地球自转方向相反，卫星的周期为12 h ‎9．同步卫星周期为T1，加速度为a1，向心力为F1；地球表面附近的卫星周期为T2，加速度为a2，向心力为F2；地球赤道上物体随地球自转的周期为T3，向心加速度为a3，向心力为F3，则下列关系中正确的是 （ ）‎ A．a2＜a3 B．F1＜F2＝F3‎ C．a1＜a2 D．T1＝T3＞T2‎ ‎10．已知地球半径为R，质量为M，自转角速度为ω，万有引力恒量为G ‎，地球同步卫星距地面高度为h，则（　　）‎ A．地面赤道上物体随地球自转运动的线速度为ωR B．地球同步卫星的运行速度为ωh C．地球近地卫星做匀速圆周运动的线速度为 D．地球近地卫星做匀速圆周运动的周期大于 ‎11．近年来，随着人类对火星的了解越来越多，美国等国家都已经开始进行移民火星的科学探索，并面向全球招募“单程火星之旅”的志愿者．若某物体在火星表面做自由落体运动的时间是在地球表面同一高度处做自由落体运动的时间的1.5倍，已知地球半径是火星半径的2倍．求：‎ ‎(1)火星表面重力加速度g1与地球表面重力加速度g2的比值．‎ ‎(2)如果将来成功实现了“火星移民”，求在火星表面发射载人航天器的最小速度v1与在地球上发射卫星的最小速度v2的比值．‎ ‎12．“天宫二号”是我国自主研发的一个“空间实验室”，科学家、航天员们将在里面展开各种工作和试验，为建成空间站奠定了基础。“天宫二号”绕地球做匀速圆周运动，距地球表面的高度为h。已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。试回答下列问题：‎ ‎(1)求“天宫二号”在轨运行线速度v的大小；‎ ‎(2)“太空移民”是人们的大胆设想，为解决在空间站生活的失重问题，科学家设想让空间站通过自转产生的向心加速度来模仿重力加速度，获得“人工重力”，就是要使人们感受到“人工重力”与在地球表面上受到的重力一样（不考虑重力因地理位置不同而产生的差异）。设自转半径为r，求空间站自转周期T的大小。‎ ‎ 参考答案 ‎1．A ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 设地球半径缩小为，由得，地球近地卫星的环绕速度为：‎ 根据题意可知逃逸速度为：‎ 联立可以得到：‎ A.由上面分析可知：若地球能收缩成黑洞，则地球半径大约要收缩到，故A正确；‎ B.由上面分析可知：若地球能收缩成黑洞，则地球半径大约要收缩到，故B错误；‎ C.由上面分析可知：若地球能收缩成黑洞，则地球半径大约要收缩到，故C错误；‎ D.由上面分析可知：若地球能收缩成黑洞，则地球半径大约要收缩到，故D错误。‎ ‎2．A ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.“嫦娥四号”绕月球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力 解得月球质量 故A正确；‎ B.月球的半径R未知，则月球的第一宇宙速度，不能计算出来，故B错误；‎ C.同理，月球的半径R未知，无法计算月球的平均密度，故C错误；‎ D.“嫦娥四号”的质量未知，无法计算受到的向心力，故D错误。‎ ‎3．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.根据万有引力定律，地球沿图示路径从A点向B点运动的过程中，r增大，地球受到太阳的万有引力F减小，故A错误；‎ B.地球沿图示路径从A点向B点运动的过程中，太阳对地球的引力做负功，r增大，地球的速度v减小，故B错误；‎ C.向心加速度 ，从A点向B点运动的过程中，r增大，v减小，所以向心加速度变小，故C正确。‎ D.地球沿图示路径从A点向B点运动的过程中，万有引力做负功，因此地球的动能减小，势能增大，机械能不变，故D错误；‎ ‎4．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.根据密度定义所以地球的平均密度与月球的平均密度之比约为81：64．故A错误。‎ B.根据万有引力等于重力表示出重力加速度得：，所以地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为81：16．故B错误。‎ C.研究航天器做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，解得：，所以地球近地卫星的周期与月球近地卫星的周期之比为8：9，故C正确。‎ D.研究航天器做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，，解得：，所以地球近地卫星的线速度与月球近地卫星的线速度之比约为9：2，故D错误。‎ ‎5．D ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 绕地球表面旋转的卫星对应的速度是第一宇宙速度，此时重力提供向心力，设卫星的质量为m，即 得出 ‎ ‎ 而卫星在高空中旋转时，万有引力提供向心力，设地球的质量为M，此高度的速度大小为v1，则有 其中GM=R‎2g解得：该卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径 ‎ ‎ A. 与分析不符，故A项错误；‎ B. 与分析不符，故B项错误；‎ C. 与分析不符，故C项错误；‎ D. 与分析相符，故D项正确。‎ ‎6．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.在轨道Ⅱ上运动时，卫星只受万有引力作用，在P点时的万有引力比Q点的小，故P点的加速度小于在Q点的加速度，故A错误 ;‎ B.轨道Ⅱ的半长轴小于轨道I的半径，根据开普勒第三定律可知沿轨道Ⅱ运行的周期小于轨道I上的周期，故B错误； ‎ C.探测器在Ⅱ轨道从P点运动到Q点过程中，只有引力做功，机械能不变。故C正确 ；‎ D.在轨道I上运动，从P点开始变轨，可知嫦娥三号做近心运动，在P点应该制动减速以减小向心力，通过做近心运动减小轨道半径，故D错误。‎ ‎7．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A. 它若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的。所以所有的同步卫星都在赤道上方同一轨道上，故A错误；‎ B. 因为同步卫星要和地球自转同步，即这些卫星ω相同，根据万有引力提供向心力得：‎ 因为ω一定，所以r必须固定，故B错误；‎ C. 许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的质量可以不同，故C正确；‎ D. 根据万有引力提供向心力得运转速度为，由于同步卫星轨道半径是一定的，所以速率也不变。故D错误。‎ ‎8．BD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ AB.根据题意可知：‎ 代入数据解得：‎ 故A错误，B正确.‎ CD. 如果卫星转动方向与地球自转方向相反，则有：‎ 代入数据解得：‎ 故C错误，D正确.‎ ‎9．CD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ AC.由万有引力提供向心力：，由于地面附近卫星轨道半径小于同步卫星，可知a1＜a2，由于同步卫星和地面上物体角速度相同，同步卫星半径大， ，可知：a3＜a1，所以 ，故A错误C正确。‎ B.由于不知质量关系，故无法比较各个物体的向心力，故B错误。‎ D.由万有引力提供向心力：，解得：，可知T1＞T2，由于同步卫星与地球自转周期相同，故T1=T3＞T2，故D正确。‎ ‎10．AC ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A．地面赤道上物体随地球自转运动的角速度为ω，半径为R，故线速度为v=ωR，所以A正确 B．地球同步卫星的运行角速度为ω，半径为h+R，故线速度为，所以B错误.‎ C．由万有引力提供向心力可得：‎ 又：‎ 计算得出：‎ 所以C选项正确 D．地球自转的周期为，所以地球近地卫星做匀速圆周运动的周期小于，故D错误 ‎11．　(1) (2)‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎(1)由自由落体运动的规律h＝gt2‎ 可得g＝①‎ 因此有②‎ 代入数据解得③‎ ‎(2)发射载人航天器或卫星的最小速度即第一宇宙速度，因此有，‎ 即v2＝ ④‎ 又G＝mg，即GM＝R‎2g⑤‎ 由④⑤解得v＝ ⑥‎ 即 ⑦‎ 代入数据解得。‎ ‎12．(1) (2) ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎(1)根据天宫二号绕地球运行，万有引力做向心力可得：‎ 所以运行线速度为：‎ ‎；‎ ‎(2)地球表面的重力加速度满足：‎ 则人工产生的重力满足：‎ 解得