《2020高中物理第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行練習(xí)含解析新人教版第二冊202004202117.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020高中物理第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行練習(xí)含解析新人教版第二冊202004202117.doc（8頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、第七章 4宇宙航行A組：合格性水平訓(xùn)練1(宇宙速度的理解)(多選)一顆人造地球衛(wèi)星以初速度v發(fā)射后，可繞地球運動，若使發(fā)射速度增大為2v，則該衛(wèi)星可能()A繞地球做勻速圓周運動B繞地球運動，軌道變?yōu)闄E圓C不繞地球運動，成為太陽的人造行星D掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙答案CD解析衛(wèi)星以初速度v發(fā)射后能繞地球運動，可知發(fā)射速度v一定大于等于第一宇宙速度7.9 km/s而小于第二宇宙速度11.2 km/s；當(dāng)以2v速度發(fā)射時，發(fā)射速度一定大于等于15.8 km/s且小于22.4 km/s，已超過了第二宇宙速度11.2 km/s，也可能超過第三宇宙速度16.7 km/s，所以此衛(wèi)星不再繞地

2、球運行，可能繞太陽或太陽系其他星體運行，也可能飛到太陽系以外的宇宙，故A、B錯誤，C、D正確。2(宇宙速度的計算)已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的10倍，地球的半徑約為火星半徑的2倍，則航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運動的速率約為()A3.5 km/s B5.0 km/sC17.7 km/s D35.2 km/s答案A解析根據(jù)題設(shè)條件可知：M地10M火，R地2R火，由萬有引力提供向心力Gm，可得v ，即 ，因為地球的第一宇宙速度為v地7.9 km/s，所以航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運動的速率v火3.5 km/s，A正確。3(衛(wèi)星運動參量的比較)四顆人造地球衛(wèi)星a、b、c、d的位置如

3、圖所示，其中a是靜止在地球赤道上還未發(fā)射的衛(wèi)星，b是近地軌道衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，四顆衛(wèi)星相比較()Aa的向心加速度最大B相同時間內(nèi)b轉(zhuǎn)過的弧長最長Cc相對于b靜止Dd的運動周期可能是23 h答案B解析赤道上面未發(fā)射的衛(wèi)星a和同步衛(wèi)星c相對靜止，角速度相同，因為向心加速度a2r，rcra，所以acaa，A錯誤；根據(jù)線速度vr可得vcva，衛(wèi)星b、c、d都是萬有引力提供向心力，圓周運動線速度v ，rdrcrb，所以vbvcvd，即b的線速度最大，相同時間內(nèi)b通過的弧長最長，B正確；根據(jù)萬有引力提供向心力可得 ，進而判斷b、c角速度不等，所以c不可能相對于b靜止，C錯誤；根據(jù)萬

4、有引力提供向心力可得T ，同步衛(wèi)星周期為24 h，因為d衛(wèi)星的軌道半徑比同步衛(wèi)星大，所以運動周期比同步衛(wèi)星長，大于24 h，D錯誤。4(衛(wèi)星變軌問題)探測器繞月球做勻速圓周運動，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運動，則變軌后與變軌前相比()A軌道半徑變小 B向心加速度變小C線速度變小 D角速度變小答案A解析由Gmr知T2，變軌后T減小，則r減小，故A正確；由Gma知a，r減小，a變大，故B錯誤；由Gm知v ，r減小，v變大，故C錯誤；由知T減小，變大，故D錯誤。5(宇宙速度的計算)在星球表面發(fā)射飛行器使其脫離星球引力束縛所需的最小發(fā)射速度稱為該星球的第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2與其

5、第一宇宙速度v1的關(guān)系是v2v1。已知某星球的半徑為r，其表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的，不計其他星球的影響，則該星球的第二宇宙速度為()A. B. C. D.gr答案C解析飛行器在星球表面所受的重力近似等于它在星球表面附近圓軌道上運動時所受的向心力，mgm得v1 。再根據(jù)v2 v1得v2 ，故C項正確。6(衛(wèi)星運動參量的比較)(多選)我國在軌運行的氣象衛(wèi)星有兩類，如圖所示，一類是極地軌道衛(wèi)星“風(fēng)云1號”，繞地球做勻速圓周運動的周期為12 h，另一類是地球同步軌道衛(wèi)星“風(fēng)云2號”，運行周期為24 h。下列說法正確的是()A“風(fēng)云1號”的線速度大于“風(fēng)云2號”的線速度B“風(fēng)云1號”的向

6、心加速度大于“風(fēng)云2號”的向心加速度C“風(fēng)云1號”的發(fā)射速度大于“風(fēng)云2號”的發(fā)射速度D“風(fēng)云1號”“風(fēng)云2號”相對地面均靜止答案AB解析由k知，風(fēng)云2號的軌道半徑大于風(fēng)云1號的軌道半徑。由Gmman得v ，an，r越大，v越小，an越小，所以A、B正確。把衛(wèi)星發(fā)射的越遠，所需發(fā)射速度越大，C錯誤。只有同步衛(wèi)星相對地面靜止，所以D錯誤。7. (衛(wèi)星變軌問題)(多選)“神舟十一號”飛船與“天宮二號”實施自動交會對接。交會對接前“神舟十一號”飛船先在較低的圓軌道1上運動，在適當(dāng)位置經(jīng)變軌與在圓軌道2上運動的“天宮二號”對接。如圖所示，M、Q兩點在軌道1上，P點在軌道2上，三點連線過地球球心，把飛船

7、的加速過程簡化為只做一次短時加速。則()A“神舟十一號”須在Q點加速，才能在P點與“天宮二號”相遇B“神舟十一號”在M點經(jīng)一次加速，即可變軌到軌道2C“神舟十一號”在M點變軌后的速度大于變軌前的速度D“神舟十一號”變軌后運行周期總大于變軌前的運行周期答案BD解析衛(wèi)星做勻速圓周運動時，由萬有引力提供向心力，即Gmm2rmr，解得v ， ，T2 ，可知軌道半徑越大，v、越小，周期越大，所以“神舟十一號”在變軌后速度變小，周期變大，故C錯誤，D正確。“神舟十一號”在低軌道，適度加速可實現(xiàn)與“天宮二號”對接，但在Q點加速后速度仍沿軌道切線方向，故不會在P點與“天宮二號”相遇，在M點經(jīng)一次加速，即可變軌

8、到軌道2，故A錯誤，B正確。8(衛(wèi)星運動參量的計算)一顆人造衛(wèi)星在離地面高度等于地球半徑的圓形軌道上運行，已知地球的第一宇宙速度為v17.9 km/s，g9.8 m/s2。(1)這顆衛(wèi)星運行的線速度為多大？(2)它繞地球運動的向心加速度為多大？(3)質(zhì)量為1 kg的儀器放在衛(wèi)星內(nèi)的平臺上，儀器的重力為多大？它對平臺的壓力有多大？答案(1)5.6 km/s(2)2.45 m/s2(3)2.45 N0解析(1)衛(wèi)星在近地圓軌道上運行時，有Gm衛(wèi)星在離地面的高度為R處的圓形軌道上運行時，有Gm由以上兩式得v2 km/s5.6 km/s。(2)衛(wèi)星離地面的高度為R時，有Gma靠近地面時，有Gmg，解得

9、ag2.45 m/s2。(3)在衛(wèi)星內(nèi)，儀器的重力等于地球?qū)λ奈?，則Gm儀gm儀a12.45 N2.45 N由于衛(wèi)星內(nèi)儀器的重力完全用于提供做圓周運動所需的向心力，儀器處于完全失重狀態(tài)，所以儀器對平臺的壓力為零。B組：等級性水平訓(xùn)練9(衛(wèi)星運動參量的比較)設(shè)地球半徑為R，a為靜止在地球赤道上的一個物體，b為一顆近地衛(wèi)星，c為地球的一顆同步衛(wèi)星，其軌道半徑為r。下列說法中正確的是()Aa與c的線速度大小之比為 Ba與c的線速度大小之比為 Cb與c的周期之比為 Db與c的周期之比為 答案D解析物體a與同步衛(wèi)星c角速度相等，由vr可得，二者線速度大小之比為，A、B均錯誤；而b、c均為衛(wèi)星，由T

10、2 可得，二者周期之比為 ，C錯誤，D正確。10.(衛(wèi)星變軌問題)(多選)如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星的一般程序是：先讓衛(wèi)星進入一個近地的圓軌道，然后在P點變軌，進入一個橢圓形轉(zhuǎn)移軌道，該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的P點，遠地點為同步衛(wèi)星圓軌道上的Q點，在橢圓形轉(zhuǎn)移軌道上運動到遠地點Q時再次變軌，進入同步衛(wèi)星軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的速率為v1，在橢圓形轉(zhuǎn)移軌道的近地點P點的速率為v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達遠地點Q時的速率為v3，在同步衛(wèi)星軌道上的速率為v4，在近地圓軌道、橢圓形轉(zhuǎn)移軌道、同步衛(wèi)星圓軌道上運動的周期分別為T1、T2、T3，則下列說法正確的是()A在P點變軌時需要加速，Q點變軌時

11、要減速B在P點變軌時需要減速，Q點變軌時要加速CT1T2T3Dv2v1v4v3答案CD解析設(shè)近地圓軌道、橢圓形轉(zhuǎn)移軌道、同步衛(wèi)星圓軌道的軌道半徑(或半長軸)分別為r1、r2、r3，衛(wèi)星在橢圓形轉(zhuǎn)移軌道的近地點P點時做離心運動，所受的萬有引力小于所需要的向心力，即Gm，而在圓軌道時萬有引力等于向心力，即Gm，所以v2v1，在P點變軌需要加速；同理，由于衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上Q點做離心運動，可知v3v4，在Q點變軌也要加速，故A、B錯誤；又由人造衛(wèi)星做圓周運動的線速度v 可知v1v4，由以上所述可知D正確；由于軌道半徑(或半長軸)r1r2r3，由開普勒第三定律k(k為常量)得T1T2T3，故C正確。11

12、(綜合)一顆在赤道上空飛行的人造地球衛(wèi)星，其軌道半徑為r3R(R為地球半徑)，運動方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，已知地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)的角速度為0，求：(1)該衛(wèi)星的運行周期是多大？(2)若某一時刻該衛(wèi)星通過赤道上某建筑物的正上方，再經(jīng)過多長時間它又一次出現(xiàn)在該建筑物正上方？答案(1)6 (2)解析(1)由萬有引力定律和牛頓定律可得Gm3R又Gmg聯(lián)立兩式，可得T6 。(2)以地面為參考系，衛(wèi)星再次出現(xiàn)在建筑物上方時轉(zhuǎn)過的角度為2，衛(wèi)星相對地面的角速度為10，其中1，設(shè)經(jīng)過時間t，該衛(wèi)星再次出現(xiàn)該建筑物上方，則(10)t2，得t。12(綜合)我國正在逐步建立同步衛(wèi)星與中低軌道衛(wèi)星構(gòu)成的

13、衛(wèi)星通信系統(tǒng)。(1)若已知地球的平均半徑為R0，自轉(zhuǎn)周期為T0，地表的重力加速度為g，試求同步衛(wèi)星的軌道半徑R；(2)一顆與上述同步衛(wèi)星在同一軌道平面的低軌道衛(wèi)星，轉(zhuǎn)動方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，繞地球運行，軌道半徑為同步衛(wèi)星軌道半徑R的四分之一，則該衛(wèi)星至少每隔多長時間才能在同一地點的正上方出現(xiàn)一次？(計算結(jié)果只能用題中已知物理量的字母表示)答案(1) (2)解析(1)設(shè)地球的質(zhì)量為M，同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，運動周期為T，因為衛(wèi)星做圓周運動的向心力由萬有引力提供，故Gm2R同步衛(wèi)星的周期為TT0而在地球表面，質(zhì)量為m的物體的重力近似等于萬有引力，有mgG由式解得R 。(2)由式可知T2R3，設(shè)低軌道衛(wèi)星運行的周期為T，則，因而T，設(shè)該衛(wèi)星至少每隔t時間才在同一地點的正上方出現(xiàn)一次，根據(jù)圓周運動角速度與所轉(zhuǎn)過的圓心角的關(guān)系t，得tt2，解得t，即該衛(wèi)星至少每隔時間才在同一地點的正上方出現(xiàn)一次。- 8 -