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人教版物理高一必修二第六章第五节宇宙航行同步训练
高中物理考试
考试时间：
分钟
满分：
85 分
*注意事项：
1、填写答题卡的内容用2B铅笔填写 2、提前 xx 分钟收取答题卡
第Ⅰ卷 客观题
第Ⅰ卷的注释
一、选择题（共13题，共65分）
1、 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是( )
A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。 B.卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度。 C.卫星在轨道1上运动一周的时间大于它在轨道2上运动一周的时间。 D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。 2、 某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，已知卫星距离地面高度等于地球半径，地球表面的重力加速度为g ， 则卫星的向心加速度为（） A.g B. C. D. 3、 如图，地球赤道正上空有两颗卫星，其中a为地球同步卫星，轨道半径为r ， b为另一颗卫星，轨道半径为同步卫星轨道半径的 A.2次 B.3次 C.4次 D.5次 4、 如图所示，极地卫星的运行轨道平面通过地球的南、北两极（轨道可视为圆轨道，图中外围虚线），若测得一个极地卫星从北纬30°的正上方，按图示方向（图中逆时针方向）第一次运行至南纬60°正上方时所用时间为t ， 已知：地球半径为R（地球可看做球体），地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，由以上条件可以求出（）
A.卫星运动的线速度 B.卫星距地面的高度 C.卫星质量 D.卫星所受的向心力 5、 假设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，则（） A.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的 B.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的 C.同步卫星的运行速度是地球赤道上的物体随地球自转速度的 D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的 6、 气象卫星是用来拍摄云层照片，观测气象资料和测量气象数据的。我国先后自行成功研制和发射了“风云一号”和“风云二号”两颗气象卫星。“风云一号”卫星轨道与赤道平面垂直，通过两极，每12小时巡视地球一周，称为“极地圆轨道”。“风云二号”气象卫星轨道平面在赤道平面内称为“地球同步轨道”，则“风云一号”卫星比“风云二号”卫星（） A.运行角速度小 B.运行线速度小 C.覆盖范围广 D.向心加速度小 7、 亚洲Ⅰ号卫星是我国发射的通讯卫星，它是地球同步卫星，设地球自转角速度一定，下面关于亚洲Ⅰ号卫星的说法正确的是( ) A.它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度 B.它沿着与赤道成一定角度的轨道运动 C.运行的轨道半径可以有不同的取值 D.如果需要可以发射到北京上空 8、 同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星。关于各国发射的地球同步卫星，下列表述正确的是（） A.运行的速度都大于7.9km/s B.所受的万有引力大小都相等 C.都处于平衡状态 D.离地面的高度都相同 9、 研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其它条件都不变，则未来与现在相比() A.地球的第一宇宙速度变小 B.地球赤道处的重力加速度变小 C.地球同步卫星距地面的高度变小 D.地球同步卫星的线速度变小 10、 一位同学为了测算卫星在月球表面附近做匀速圆周运动的环绕速度，提出了如下实验方案：在月球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，测出物体上升的最大高度h，已知月球的半径为R，便可测算出绕月卫星的环绕速度。按此方案，绕月卫星的环绕速度为（） A. B. C. D. 11、 据报道．我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月l日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01卫星”，下列说法正确的是（） A.离地面高度一定，相对地面运动 B.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 C.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 D.运行速度大于7.9km/s 12、 地面上发射人造卫星，不同发射速度会产生不同的结果，下列说法正确的是（） A.要使卫星绕地球运动，发射速度至少要达到11.2km/s B.要使卫星飞出太阳系，发射速度至少要达到16.7km/s C.发射速度介于7.9km/s和11.2km/s之间，卫星能绕太阳运动 D.发射速度小于7.9km/s，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动 13、 关于天体运动的说法，下列正确的是( ) A.牛顿思考了苹果落地的问题，发现了万有引力定律，并用扭秤测出引力常量 B.卡文迪许做了著名的“月-地”检验，验证地面上物体的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同种性质的力 C.万有引力定律的发现预言了彗星回归，预言了未知星体海王星和冥王星 D.使卫星环绕地球运行的最小的发射速度称第一宇宙速度；高轨道卫星环绕速度较小，所以发射更容易些
二、填空题（共3题，共15分）
14、 某星球半径为R ， 一物体在该星球表面附近自由下落，若在连续两个T时间内下落的高度依次为h1、h2 ， 则该星球的第一宇宙速度为______ 15、 设地球的质量为M ， 半径为R ， 则环绕地球飞行的第一宇宙速度v的表达式为______；某行星的质量约为地球质量的1/4，半径约为地球半径的1/2，那么在此行星上的“第一宇宙速度”与地球上的第一宇宙速度之比为______（已知万有引力常量为G）。 16、 地球半径为R ， 卫星A、B均环绕地球做匀速圆周运动，其中卫星A以第一宇宙速度环绕地球运动，卫星B的环绕半径为4R ， 则卫星A与卫星B的速度大小之比为______；周期之比为______。
三、解答题（共1题，共5分）
17、 在半径R=4000km的某星球表面，宇航员做了如下实验，实验装置如图甲所示，竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成，将质量m=0.2kg的小球从轨道上高H处的某点由静止滑下，用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F ， 改变H的大小，可测出相应的F大小，F随H的变化关系如图乙所示，忽略星球自转。求：
（1）圆弧轨道BC的半径 （2）该星球的第一宇宙速度 |
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人教版物理高一必修二第六章第五节宇宙航行同步训练
1、
发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是( )
A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。
B.卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度。
C.卫星在轨道1上运动一周的时间大于它在轨道2上运动一周的时间。
D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。
D
卫星在圆轨道上的速率为 
，由此可知轨道半径越大速率越小，故A说法错误；卫星在圆轨道上的角速度可表示为 
，卫星在轨道3上的半径大于轨道1，故B说法错误；卫星在圆轨道上的周期可表示为 
，由此可知卫星在轨道1上运动一周的时间小于它在轨道2上运动一周的时间，故C说法错误；卫星在轨道2上经过P点时的加速度由地球对卫星的万有引力产生，它在轨道3上经过P点时的加速度同样是地球对卫星的万有引力产生，两者相同，故D正确。
2、
某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，已知卫星距离地面高度等于地球半径，地球表面的重力加速度为g ， 则卫星的向心加速度为（）
A.g
B.
C.
D.
C
解答：解：在地球表面上的物体 
；对某高度的卫星来说，万有引力等于向心力： 
，解得a=
，故选C. 分析：星球表面重力与万有引力相等，卫星绕地球圆周运动万有引力提供圆周运动向心力
【考点精析】掌握万有引力定律及其应用是解答本题的根本，需要知道应用万有引力定律分析天体的运动：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向；应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算．
3、
如图，地球赤道正上空有两颗卫星，其中a为地球同步卫星，轨道半径为r ， b为另一颗卫星，轨道半径为同步卫星轨道半径的 
。从图示时刻开始计时，在一昼夜内，两颗卫星共“相遇”的次数为（所谓相遇，是指两颗卫星距离最近）（） 
A.2次
B.3次
C.4次
D.5次
B
解答：解：根据开普勒第三定律 
，得 
。a为地球同步卫星，在一昼夜内，卫星a转1周，卫星b转4周。 定性分析：卫星b转回原来位置，卫星a转过 
个周期，故当b追上a时，a转过的角度必然大于 
，第四次相遇时a转过的角度已经大于 
，因此a转一周的过程中两星只能相遇3次。
定量计算：设第一次相遇时卫星a转过角度 
，则卫星b转过角度 
，即 
， 
；设第一次相遇时卫星a转过角度 
，则卫星b转过角度 
，即 
， 
；设第一次相遇时卫星a转过角度 
，则卫星b转过角度 
，即 
， 
，可知第三次相遇时，a恰好转过一周，故在一昼夜内两星相遇3次。
分析：据万有引力提供向心力，结合两卫星的轨道关系，求出b卫星的周期．根据两颗卫星相距最近开始计时到两颗卫星相距最远转过的角度之差等于π求出再次相距最近的时间，即可求解
【考点精析】解答此题的关键在于理解万有引力定律及其应用的相关知识，掌握应用万有引力定律分析天体的运动：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向；应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算．
4、
如图所示，极地卫星的运行轨道平面通过地球的南、北两极（轨道可视为圆轨道，图中外围虚线），若测得一个极地卫星从北纬30°的正上方，按图示方向（图中逆时针方向）第一次运行至南纬60°正上方时所用时间为t ， 已知：地球半径为R（地球可看做球体），地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，由以上条件可以求出（）
A.卫星运动的线速度
B.卫星距地面的高度
C.卫星质量
D.卫星所受的向心力
B
卫星从北纬30°的正上方，第一次运行至南纬60°正上方时，转过的角度为90°，刚好为运动周期的 
，所以卫星运行的周期为4t，故A不正确；知道周期、地球的半径，由 
，可以算出卫星距地面的高度，故B正确；通过上面的公式可以看出，只能算出中心天体的质量，C项错误；因卫星的质量未知，故不能计算卫星所受的向心力，D项错误；故选B.
【考点精析】本题主要考查了万有引力定律及其应用的相关知识点，需要掌握应用万有引力定律分析天体的运动：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向；应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算才能正确解答此题．
5、
假设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，则（）
A.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的 
B.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的 
C.同步卫星的运行速度是地球赤道上的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
B
解答：解：设地球的半径为R ， 则地球同步卫星的轨道半径为nR ， 根据万有引力提供向心力 
可以得出 
，地球的速度 
，同步卫星的速度 
，所以A项错误；B项正确；同步卫星与地球赤道上的物体角速度相等，对比线速度应该用 
来计算，地球赤道上物体随地球自转的速度为 
，同步卫星的线速度为 
，同步卫星的运行速度是地球赤道上的物体随地球自转速度的n倍，所以C项错误； 分析：研究同步卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式表示出所要比较的物理量．
根据已知量结合关系式求出未知量．
了解同步卫星的含义，即同步卫星的周期必须与地球自转周期相同
6、
气象卫星是用来拍摄云层照片，观测气象资料和测量气象数据的。我国先后自行成功研制和发射了“风云一号”和“风云二号”两颗气象卫星。“风云一号”卫星轨道与赤道平面垂直，通过两极，每12小时巡视地球一周，称为“极地圆轨道”。“风云二号”气象卫星轨道平面在赤道平面内称为“地球同步轨道”，则“风云一号”卫星比“风云二号”卫星（）
A.运行角速度小
B.运行线速度小
C.覆盖范围广
D.向心加速度小
C
解答：解：因为它们的周期不相等，一号的周期小，根据T= 
，故它的角速度大，选项A错误；在半径相同的情况下，一号的线速度v=ωR ， 故它的线速度大，选项B不正确；一号卫星的覆盖范围比二号要大，故选项C正确；因为一号的角速度大，故它的向心加速度也大，选项D错误，所以该题选C。 分析：风云二号卫星为地球同步轨道卫星，故周期为24h ， “风云一号”卫星是极地卫星，周期为12h ， 根据r得到周期与半径的关系式，由此可知周期越大，轨道半径越大，卫星离地面越高．卫星运行时万有引力提供向心力，可根据牛顿第二定律得到轨道半径、向心加速度以及线速度的大小关系，根据这个关系再讨论即可
【考点精析】本题主要考查了万有引力定律及其应用的相关知识点，需要掌握应用万有引力定律分析天体的运动：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向；应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算才能正确解答此题．
7、
亚洲Ⅰ号卫星是我国发射的通讯卫星，它是地球同步卫星，设地球自转角速度一定，下面关于亚洲Ⅰ号卫星的说法正确的是( )
A.它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度
B.它沿着与赤道成一定角度的轨道运动
C.运行的轨道半径可以有不同的取值
D.如果需要可以发射到北京上空
A
地球的同步卫星与地球自转的周期相同，故它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度，选项A正确；它的轨道平面与赤道平面重合，即只能定点在赤道的上空，选项BD错误；根据 
可知，运行的轨道半径是固定的值，选项C错误；故选A.
【考点精析】通过灵活运用万有引力定律及其应用，掌握应用万有引力定律分析天体的运动：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向；应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算即可以解答此题．
8、
同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星。关于各国发射的地球同步卫星，下列表述正确的是（）
A.运行的速度都大于7.9km/s
B.所受的万有引力大小都相等
C.都处于平衡状态
D.离地面的高度都相同
D
因为地球的第一宇宙速度是7.9km/s ， 卫星高度越高，线速度越小，故地球同步卫星的线速度都小于7.9km/s ， 选项A不正确；同步卫星都具有相同的转动半径，但是由于质量部确定，故所受的万有引力大小不一定都相等，选项B错误；因为同步卫星都有向心加速度，故不处于平衡状态，选项C错误；同步卫星有固定的周期、速率和高度，有固定的轨道平面，故选项D正确；故选D.
9、
研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其它条件都不变，则未来与现在相比()
A.地球的第一宇宙速度变小
B.地球赤道处的重力加速度变小
C.地球同步卫星距地面的高度变小
D.地球同步卫星的线速度变小
D
解答：解：根据 
可知，第一宇宙速度和地球表面的重力加速度与地球自转的周期无关，故选项AB错误；根据 
可知，当未来地球自转的周期T增大时，（R+h）增大，h增大，故根据 
，则地球同步卫星的线速度变小，选项D. 分析：同步卫星绕地球做匀速圆周运动，由地球的万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得到同步卫星的周期与半径的关系，再分析变轨后与变轨前半径大小、线速度大小和角速度大小
10、
一位同学为了测算卫星在月球表面附近做匀速圆周运动的环绕速度，提出了如下实验方案：在月球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，测出物体上升的最大高度h，已知月球的半径为R，便可测算出绕月卫星的环绕速度。按此方案，绕月卫星的环绕速度为（） 
A.
B.
C.
D.
D
解答：解：月球表面的重力加速度为： 
，则绕月卫星的环绕速度为 
，选项D正确. 分析：根据竖直上抛的运动规律求出星球表面重力加速度．
研究卫星绕星球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式求出速度．
运用黄金代换式GM=gR2求出问题
11、
据报道．我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月l日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01卫星”，下列说法正确的是（）
A.离地面高度一定，相对地面运动
B.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
C.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
D.运行速度大于7.9km/s
B
地球的同步卫星与地球自转的周期相同，根据 
可知，同步卫星的运行半径是固定的，相对地面静止，选项A不正确；根据 
可知，同步卫星的轨道半径远小于月球的轨道半径，故绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大，选项B正确；同步卫星的角速度与放在赤道上的物体的角速度相同，根据 
可知向心加速度大于静止在赤道上物体的向心加速度，选项C错误；根据 
可知 
故同步卫星的运行速度小于7.9km/s ， 选项D错误；故选B.
12、
地面上发射人造卫星，不同发射速度会产生不同的结果，下列说法正确的是（）
A.要使卫星绕地球运动，发射速度至少要达到11.2km/s
B.要使卫星飞出太阳系，发射速度至少要达到16.7km/s
C.发射速度介于7.9km/s和11.2km/s之间，卫星能绕太阳运动
D.发射速度小于7.9km/s，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动
B
要使卫星绕地球运动，发射速度至少要达到第一宇宙速度7.9km/s，选项A错误；要使卫星飞出太阳系，发射速度至少要达到第三宇宙速度16.7km/s，选项B正确；发射速度介于7.9km/s和11.2km/s之间，卫星绕地球做椭圆运动，故C错误；D．发射速度小于7.9km/s，卫星不能发射成功，选项D错误；故选B.
13、
关于天体运动的说法，下列正确的是( )
A.牛顿思考了苹果落地的问题，发现了万有引力定律，并用扭秤测出引力常量
B.卡文迪许做了著名的“月-地”检验，验证地面上物体的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同种性质的力
C.万有引力定律的发现预言了彗星回归，预言了未知星体海王星和冥王星
D.使卫星环绕地球运行的最小的发射速度称第一宇宙速度；高轨道卫星环绕速度较小，所以发射更容易些
C
牛顿思考了苹果落地的问题，发现了万有引力定律，卡万迪许用扭秤测出引力常量，选项A错误；牛顿做了著名的“月-地”检验，验证地面上物体的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同种性质的力，选项B错误；万有引力定律的发现预言了彗星回归，预言了未知星体海王星和冥王星，选项C正确；
使卫星环绕地球运行的最小的发射速度称第一宇宙速度；高轨道卫星环绕速度较小，但是发射时需要更多的能量，故不容易发射，选项D错误；故选C.
14、
某星球半径为R ， 一物体在该星球表面附近自由下落，若在连续两个T时间内下落的高度依次为h1、h2 ， 则该星球的第一宇宙速度为______
?
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，而做匀加速直线运动的物体在相等的时间内走过的位移差是一个定值，所以有： 
，而第一宇宙速度公式为 
，代入可得 
【考点精析】解答此题的关键在于理解万有引力定律及其应用的相关知识，掌握应用万有引力定律分析天体的运动：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向；应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算．
15、
设地球的质量为M ， 半径为R ， 则环绕地球飞行的第一宇宙速度v的表达式为______；某行星的质量约为地球质量的1/4，半径约为地球半径的1/2，那么在此行星上的“第一宇宙速度”与地球上的第一宇宙速度之比为______（已知万有引力常量为G）。
v= 
；1: 
第一宇宙速度是贴近地球表面运行的最大速度，因此 
，由公式可知某行星的第一宇宙速度为地球上的第一宇宙速度之比为1:
16、
地球半径为R ， 卫星A、B均环绕地球做匀速圆周运动，其中卫星A以第一宇宙速度环绕地球运动，卫星B的环绕半径为4R ， 则卫星A与卫星B的速度大小之比为______；周期之比为______。
2∶1；1∶8
第一宇宙速度是贴着星球表面做匀速圆周运动的速度，根据万有引力提供向心力求出环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度和周期．
根据： 
，解得： 
．
又人造地球卫星的第一宇宙速度为v ， 有： 
卫星A与卫星B的速度大小之比为2∶1；周期之比为1∶8。
17、
在半径R=4000km的某星球表面，宇航员做了如下实验，实验装置如图甲所示，竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成，将质量m=0.2kg的小球从轨道上高H处的某点由静止滑下，用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F ， 改变H的大小，可测出相应的F大小，F随H的变化关系如图乙所示，忽略星球自转。求：
（1）圆弧轨道BC的半径 
；
（2）该星球的第一宇宙速度 
。
（1）
小球由A到C的过程中，由动机械能守恒定律得： 
小球在C点时，由牛顿第二定律和圆周运动的知识得 
联立以上两式可得： 
由图像可得H=0.4m,F=0N;H=1.0m，F=6N
代入可得：r=0.16m
（2）
由上面可解得 
=4m/s2
卫星在绕星球表面做圆周运动时，重力提供向心力 
解得: 
=4×103m/s
(1)小球由A到C的过程中，由动机械能守恒定律得：
小球在C点时，由牛顿第二定律和圆周运动的知识得 
联立以上两式可得： 
由图像可得H=0.4m,F=0N;H=1.0m ， F=6N
代入可得：r=0.16m（2）由上面可解得 
=4m/s2
卫星在绕星球表面做圆周运动时，重力提供向心力 
解得: 
=4×103m/s
【考点精析】认真审题，首先需要了解万有引力定律及其应用(应用万有引力定律分析天体的运动：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向；应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算)．