7.5 宇宙航行 同步训练 2021—2022 学年高中物理人教版（2019）必修第二册 一、单选题 1．北京时间 2021 年 10 月 16 日 6 时 56 分，神舟十三号载人飞船和空间站成功对接， 标志着我国航天科技达到了新高度。如图为飞船和空间站对接示意图，实线圆为飞船 和空间站的运行轨道，虚线椭圆为飞船转移轨道，已知飞船和空间站的运行轨道半径 之比为 k，则下列说法正确的是（　　） A．飞船和空间站在各自运行轨道上的加速度大小之比为 k2 B．飞船和空间站在各自运行轨道上的速度大小之比为 k C．飞船和空间站在各自运行轨道上的角速度大小之比为 1 k3 2k 2k D．飞船在运行轨道和转移轨道上的运动周期之比为 k  1 k  1 2．2021 年 4 月 29 日，我国空间站“天和”核心舱发射成功，进入预定轨道后绕地球 做匀速圆周运动。据报道，“天和”核心舱的质量为 22 吨，轨道离地高度 400 千米至 450 千米。下列说法正确的是（　　） A．“天和”核心舱在预定轨道运行时处于完全失重状态，不受地球的引力作用 B．“天和”核心舱的轨道高度越高，其加速度越小 C．“天和”核心舱运行的线速度一定大于 7.9km/s D．“天和”核心舱的轨道高度越高，其发射速度越小 3．火星成为我国深空探测的第二颗星球，假设火星探测器仅在火星引力作用下绕火星 做匀速圆周运动，轨道半径为火星半径的 2 倍，测空探测器的环绕速率为 v，已知火 星表面的重力加速度为 g（忽略火星自转的影响），引力常量为 G。则下列说法正确 的是（　　） 4 v 2 A．火星探测器在轨道上环绕周期为 g B．火星探测器的加速度大小为 g 2 4v 4 C．火星的质量为 gG 2 v D．火星的第一宇宙速度为 2 4．2021 年 9 月 17 日 12 时许，北京航天飞行控制中心通过指令成功将神舟十二号 载人飞船轨道舱与返回舱分离。17 日 13 时许，中国宇航员聂海胜、刘伯明、汤洪波 顺利返回地球。飞船轨道舱运行在离地面高度约为 300km 的圆轨道上。下列说法正 确的是（　　） A．神州十二号运行的线速度小于地球同步卫星的线速度 B．神州十二号运行的角速度小于地球同步卫星的角速度 C．神州十二号运行的周期小于地球同步卫星的周期 D．神州十二号运行的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度 5．2021 年 6 月 17 日，“神舟十二号”发射升空，我国三名航天员进入空间站。已知 空间站绕地球运动的圆轨道的半径为 r、周期为 T，地球的半径为 R，引力常量为 G， 则下列说法正确的是（　　） A．“神舟十二号”的发射速度小于 7.9km/s B．空间站内的航天员处于完全失重状态，地球对空间站内的航天员没有引力作用 4 2 r 3 C．地球表面的重力加速度 g＝ R 2T 2 2 r D．地球的第一宇宙速度 v＝ T R r 6．2021 年 11 月 23 日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号”丙遥三十七运载火箭 成功发射“高分三号”02 星。该卫星的成功发射将进一步提升我国卫星海陆观测能力， 服务海洋强国建设和支撑“一带一路”倡议。已知卫星绕地球运行的周期为 T，地球的半 径为 R，引力常量为 G，地球表面的重力加速度大小为 g。若将地球视为质量分布均 匀的球体，将卫星绕地球的运动视为匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，则下 列说法正确的是（　　） gRT 2 A．卫星的轨道半径为 4π 2 g B．地球的密度为 4πGR 2π2π gR 2 3 C．卫星的向心加速度大小为 T T 2πR 2 D．卫星的线速度大小为 T 3 3 7．2021 年 12 月 26 日，神州十三号航天员在轨开展了第二次舱外作业．航天员在 空间站 24 小时内可以看到十六次日出日落。下列说法正确的是（　　） A．空间站的线速度大于第一宇宙速度 B．空间站的线速度大于同步卫星的线速度 C．航天员出舱作业时的向心加速度为零 D．航天员在空间站内不受到地球引力作用，处于完全失重状态 8．2021 年 12 月 9 日，时隔 8 年之后，我国航天员再次进行太空授课，乒乓球浮力 消失实验是其中的一个实验。甲图是地面教室中的乒乓球浮在水面上，乙图是空间站 中的乒乓球停在水中的任意位置，则乒乓球浮力消失的原因是空间站中（　　） A．水处于完全失重状态 B．水的密度变小了 C．乒乓球的质量变大了 D．乒乓球的重力变大了 二、多选题 9．航天员驾驶宇宙飞船进行太空探索时发现一颗星球，测得该星球的半径等于地球半 1 径，登陆后测得该星球表面的重力加速度大小只有地球表面重力加速度大小的 2 ，不 考虑星球和地球的自转，下列说法正确的是（ ） 1 A．在该星球表面时，航天员的质量是在地球表面时的 2 1 B．该星球质量是地球质量的 2 C．该星球的平均密度是地球平均密度的 2 倍 2 D．该星球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的 2 10．2021 年 10 月 16 日我国的神舟十三号载人飞船成功发射，并于当天与距地表约 400km 的空间站完成径向交会对接。径向交会对接是指飞船沿与空间站运动方向垂直 的方向和空间站完成交会对接。掌握径向对接能力，可以确保中国空间站同时对接多 个航天器，以完成不同批次航天员在轨交接班的任务，满足中国空间站不间断长期载 人生活和工作的需求。交会对接过程中神舟十三号载人飞船大致经历了以下几个阶段： 进入预定轨道后经过多次变轨的远距离导引段，到达空间站后下方 52km 处；再经过 多次变轨的近距离导引段到达距离空间站后下方更近的“中瞄点”；到达“中瞄点”后，边 进行姿态调整，边靠近空间站，在空间站正下方 200 米处调整为垂直姿态（如图所 示）；姿态调整完成后逐步向核心舱靠近，完成对接。根据上述材料，结合所学知识， 判断以下说法正确的是（　　） A．远距离导引完成后，飞船绕地球运行的线速度小于空间站的线速度 B．近距离导引过程中，飞船的机械能将增加 C．姿态调整完成后，飞船绕地球运行的周期可能大于 24 小时 D．姿态调整完成后，飞船沿径向接近空间站过程中，需要控制飞船绕地球运行的角 速度与空间站的角速度相同 11．如图，三个质点 a、b、c 的质量分别为 m1、m2、M（M 远大于 m1 及 m2），在 万有引力作用下，a、b 在同一平面内绕 c 沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半 径之比为 ra：rb＝1：4，则下列说法中正确的有（　　） A．a、b 运动的周期之比为 Ta：Tb＝1：8 B．a、b 运动的周期之比为 Ta：Tb＝1：4 C．从图示位置开始，在 b 转动一周的过程中，a、b、c 共线 12 次 D．从图示位置开始，在 b 转动一周的过程中，a、b、c 共线 14 次 12．2021 年 9 月 20 日，“天舟三号”货运飞船采用自主快速交会对接模式成功对接于 空间站“天和”核心舱后向端口。假如开始对接前空间站和货运飞船都在沿逆时针方向做 匀速圆周运动，其轨道如图所示，开始对接后，货运飞船变轨，从空间站后方以大于 空间站的速度与之对接，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ） A．对接前，货运飞船做匀速圆周运动的速度大于空间站做匀速圆周运动的速度 B．对接前，货运飞船做匀速圆周运动的周期大于空间站做匀速圆周运动的周期 C．货运飞船只有加速才能与空间站对接 D．对接后组合体的速度大于第一宇宙速度 13．2021 年 10 月 16 日 6 时 56 分，神舟十三号载人飞船与空间站组合体完成自主 快速交会对接。航天员翟志刚、王亚平、叶光富进驻天和核心舱，中国空间站开启有 人长期驻留时代。“天和核心舱”在距地面高度为 h 的轨道做匀速圆周运动，地球的半径 为 R ，地球表面的重力加速度为 g ，引力常量为 G 。下列说法正确的是（　　） A．地球的质量 M  gR 2 G B．“天和核心舱”的线速度为 v C．“天和核心舱”运行的周期为 gR 2 Rh T  2 Rh g D．“天和核心舱”的线速度大于第一宇宙速度（ v1  7.9km/s ） 14．2021 年 12 月 9 日下午，“天宫课堂”第一课在太空“教室”——中国空间站正式开 讲并直播．若中国空间站的轨道离地球表面高度为 h，绕地球周期为 T．地球半径为 R，引力常量为 G，则（　　） A．地球密度为  3 GT 2 C．空间站运行的角速度为   B．地球质量为 2 T M 4 2 ( R  h)3 GT 2 D．空间站运行的线速度为 v  2 R T 三、实验题 15．一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数 圈后，着陆在该行星上，宇宙飞船上备有以下实验仪器： （A）弹簧秤一个 （B）精确秒表一只； （C）天平一台（附砝码一套） （D）物体一个 为测定该行星的质量 M 和半径 R，宇航员在绕行及着陆后各进行了一次测量，依据测 量数据可以求出 M 和 R（已知万有引力恒量 G）。 ① 绕行时测量所用的仪器为________（用仪器的字母序号表示），所测物理量为____ ___。（物理量和字母，比如位移 X） ② 着陆后测量所用的仪器为______（用仪器的字母序号表示），所测物理量为______ ___。 ③ 写出该星球质量 M、星球半径 R 的表达式_________（用测量物理量的字母表示） 提醒：写出必要的推导过程，同时注意字母的区分 16．2020 年 12 月 17 日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品，采用半弹道跳跃方式 再入返回并安全着陆，标志着我国航天又迈上了一个新台阶。假设我国宇航员乘坐探 月飞船登上月球，如图所示是宇航员在月球表面水平抛出小球的闪光照片的一部分已 知照片上方格的实际边长为 a，闪光周期为 T，据此分析： (1)图中 A 点______（“是”或“不是”）平抛运动抛出点 (2)小球平抛的初速度为______； (3)月球上的重力加速度为______； (4)嫦娥五号上升器月面点火，顺利将携带月壤的上升器送入到预定环月轨道，成功实 现我国首次地外天体起飞。已知月球半径为 R，结合实验结果估算返回时上升器的最 小发射速度______。 四、解答题 17．卫星光通讯是一个新兴的空间高速通信技术研究领域，涉及多个相关学科，具有 广阔的应用前景。如图所示，赤道上空有两颗人造地球卫星 A、B 绕地球做同方向的 5 5 匀速圆周运动，卫星 A、B 的轨道半径分别为 3 R 、 4 R 。两颗卫星之间通讯信号可视 为沿直线传播，在运行过程中，由于地球