《2020-2021學(xué)年新教材高中物理 第七章 萬有引力與宇宙航行 4 宇宙航行練習(xí)（含解析）新人教版必修第二冊(cè).doc-匯文網(wǎng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020-2021學(xué)年新教材高中物理 第七章 萬有引力與宇宙航行 4 宇宙航行練習(xí)（含解析）新人教版必修第二冊(cè).doc-匯文網(wǎng)（8頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、宇宙航行(25分鐘60分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共6小題,每小題5分,共30分)1.第一宇宙速度是用r=R地計(jì)算出來的,實(shí)際上人造地球衛(wèi)星軌道半徑都是r>R地,那么圓周軌道上的人造衛(wèi)星的線速度都()A.等于第一宇宙速度B.大于第一宇宙速度C.小于第一宇宙速度D.以上三種情況都可能【解析】選C。由G=m可得v=,故實(shí)際衛(wèi)星的線速度都小于第一宇宙速度,選項(xiàng)C正確。2.星球上的物體在星球表面附近繞星球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具備的速度v1叫作第一宇宙速度,物體脫離星球引力所需要的最小速度v2叫作第二宇宙速度,v2與v1的關(guān)系是v2=v1。已知某星球的半徑為r,它表面的重力加速度是地球表面重力加速度g

2、的。若不計(jì)其他星球的影響,則該星球的第一宇宙速度v1和第二宇宙速度v2分別是()A.v1=,v2=B.v1=,v2=C.v1=,v2=D.v1=,v2=【解析】選B。設(shè)地球的質(zhì)量為M,繞其飛行的衛(wèi)星質(zhì)量為m,軌道半徑為r,由萬有引力提供向心力,G=m;在地球表面萬有引力等于重力,G=mg,以第一宇宙速度運(yùn)行的衛(wèi)星貼著地表轉(zhuǎn)動(dòng),有r=R,聯(lián)立解得v=;利用類比關(guān)系知某星體第一宇宙速度為v1=;而第二宇宙速度v2與第一宇宙速度的關(guān)系是v2=v1,則v2=·=,故選B。3.同步衛(wèi)星是指相對(duì)于地面不動(dòng)的人造地球衛(wèi)星,則()A.它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方,且離地面的高度可按需要選擇不同的值B

3、.它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方,但離地面的高度是一定的C.它只能在赤道的正上方,但離地面的高度可按需要選擇不同的值D.它只能在赤道的正上方,且離地面的高度是一定的【解析】選D。同步衛(wèi)星只能在赤道的正上方,且離地面的高度是一定的,大約為地球半徑的5.6倍,可以粗略記為6倍。選項(xiàng)D正確。4.我國(guó)發(fā)射的“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星經(jīng)過多次加速、變軌后,最終成功進(jìn)入環(huán)月工作軌道。如圖所示,衛(wèi)星既可以在離月球比較近的圓軌道a上運(yùn)動(dòng),也可以在離月球比較遠(yuǎn)的圓軌道b上運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是()A.衛(wèi)星在a上運(yùn)行的線速度小于在b上運(yùn)行的線速度B.衛(wèi)星在a上運(yùn)行的周期大于在b上運(yùn)行的周期C.衛(wèi)星在a上運(yùn)行的角速度小于在b上

4、運(yùn)行的角速度D.衛(wèi)星在a上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力大于在b上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力【解析】選D。衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由月球?qū)πl(wèi)星的引力提供,由G=m得v=,可知r越大,線速度越小,A錯(cuò)。由G=m2r得=,可知衛(wèi)星在a上運(yùn)行的角速度較大,C錯(cuò)。又由T=知,衛(wèi)星在a上運(yùn)行的周期小于在b上運(yùn)行的周期,B錯(cuò)。由F=知,r越大,受到的萬有引力越小,故衛(wèi)星在a上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力大于在b上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力,故D正確。5.2019年5月17日23點(diǎn)48分,長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第45顆衛(wèi)星(北斗二號(hào)GEO8衛(wèi)星)。該衛(wèi)星是我國(guó)北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的第4顆備

5、份衛(wèi)星,屬于地球同步衛(wèi)星。至此,北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)圓滿收官。則北斗二號(hào)GEO8衛(wèi)星在軌道運(yùn)行時(shí),其() A.線速度大于第一宇宙速度B.角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度C.向心加速度大于地面的重力加速度D.每隔24 h都會(huì)有兩次經(jīng)過赤道上空【解析】選B。第一宇宙速度是近地飛行的線速度,則可知北斗二號(hào)GEO8衛(wèi)星的線速度小于第一宇宙速度,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由題意可知北斗二號(hào)GEO8衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星,則其運(yùn)行周期為24 h,小于月球繞地球運(yùn)行的周期,根據(jù)=可知其角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度,故選項(xiàng)B正確,D錯(cuò)誤;在地球表面上的物體有重力等于萬有引力,即mg=,可得地面的重力加速度為g=,對(duì)北斗二

6、號(hào)GEO8衛(wèi)星有ma=,得其向心加速度為a=,則可知北斗二號(hào)GEO8衛(wèi)星的向心加速度小于地面的重力加速度,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。6.如圖所示,“天宮二號(hào)”在距離地面393 km的近圓軌道運(yùn)行。已知萬有引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,地球質(zhì)量M=6.0×1024 kg,地球半徑R=6.4×103 km。由以上數(shù)據(jù)可估算()A.“天宮二號(hào)”質(zhì)量B.“天宮二號(hào)”運(yùn)行速度C.“天宮二號(hào)”的向心力D.地球?qū)Α疤炜斩?hào)”的引力【解析】選B。根據(jù)萬有引力提供向心力,即=m,可知v=,所以選項(xiàng)B正確;由上式可知“天宮二號(hào)”的質(zhì)量在等式兩邊消去,即無法求得“天

7、宮二號(hào)”的質(zhì)量,即選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因?yàn)椴恢疤鞂m二號(hào)”的質(zhì)量所以向心力、引力都無法求解,所以A、C、D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題共2小題,共30分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)7.(14分)設(shè)想一顆返回式月球軟著陸器完成了對(duì)月球表面的考察任務(wù)后,由月球表面回到圍繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道艙,其過程如圖所示。設(shè)軌道艙的質(zhì)量為m,月球表面的重力加速度為g,月球的半徑為R,軌道艙到月球中心的距離為r,引力常量為G,試求:(1)月球的質(zhì)量。(2)軌道艙的速度和周期?！窘馕觥?1)設(shè)月球的質(zhì)量為M,則在月球表面有G=mg,得月球質(zhì)量M=g(2)設(shè)軌道艙的速度為v,周期為T,則G=m,得:

8、v=RG=mr,得:T=答案:(1)g(2)R8.(16分)中國(guó)探月工程分“繞、落、回”三步走,繞月和落月任務(wù)已圓滿完成?！版隙鹞逄?hào)”月球探測(cè)器將實(shí)現(xiàn)月球取樣并返回地球,“嫦娥五號(hào)”將完成我國(guó)探月工程三步走中“回”的任務(wù)。若“嫦娥五號(hào)”貼近月球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng),角速度為,已知月球半徑為R,引力常量為G,忽略月球自轉(zhuǎn),求:(1)嫦娥五號(hào)的周期T;(2)月球的質(zhì)量M;(3)月球表面的重力加速度g月?！窘馕觥?1)由角速度公式=可得周期T=。(2)“嫦娥五號(hào)”繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),萬有引力提供向心力=m2R,所以,月球質(zhì)量M=。(3)在月球表面,物體重力等于萬有引力,故有=mg月,所以,g月=2R

9、。答案:(1)(2)(3)2R(15分鐘40分)9.(6分)(多選)2019年3月10日0時(shí)28分,“長(zhǎng)征三號(hào)”乙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火起飛,成功將“中星6C”衛(wèi)星送入太空?！爸行?C”是一顆用于廣播和通信的地球靜止軌道通信衛(wèi)星,可提供高質(zhì)量的話音、數(shù)據(jù)、廣播電視傳輸業(yè)務(wù),服務(wù)壽命15年。已知地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g,地球自轉(zhuǎn)周期為T,關(guān)于該衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)行,下列說法正確的是()A.該衛(wèi)星發(fā)射升空過程中,可能處于超重狀態(tài)B.該衛(wèi)星可能處于北京上空C.該衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的線速度可能大于第一宇宙速度D.該衛(wèi)星運(yùn)行軌道距離地面的高度為-R【解析】選A、D。該衛(wèi)星發(fā)射升空過程中,一

10、定是先加速運(yùn)動(dòng),處于超重狀態(tài),故A正確;該衛(wèi)星是一顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星,一定處于赤道上空,不可能處于北京上空,故B錯(cuò)誤;環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的線速度都小于第一宇宙速度,故C錯(cuò)誤;由G=mg、G=m(R+h)()2,可得h=-R,故D正確。10.(6分)(多選)2019年12月16日隨著第52、53顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功進(jìn)入預(yù)定軌道,北斗三號(hào)基本系統(tǒng)完成建設(shè)。這標(biāo)志著北斗系統(tǒng)服務(wù)范圍由區(qū)域擴(kuò)展為全球,北斗系統(tǒng)正式邁入全球時(shí)代。已知“北斗第三十顆導(dǎo)航衛(wèi)星”做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑小于地球同步衛(wèi)星軌道半徑,運(yùn)行速度為v,向心加速度為a;地球表面的重力加速度為g,引力常量為G,下列判斷正確的是()A.地球

11、質(zhì)量為B.該導(dǎo)航衛(wèi)星的運(yùn)行周期大于24小時(shí)C.該導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道半徑與地球半徑之比為D.該導(dǎo)航衛(wèi)星的運(yùn)行速度與地球第一宇宙速度之比為【解析】選A、C。該導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道半徑r=,又由萬有引力提供向心力得G=ma,解得M=,選項(xiàng)A正確;該導(dǎo)航衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑小于地球同步衛(wèi)星軌道半徑,由萬有引力提供向心力得=r,得T=,可知該導(dǎo)航衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于24小時(shí),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在地球表面有G=mg,則=,選項(xiàng)C正確;第一宇宙速度v1=,該導(dǎo)航衛(wèi)星的速度v=,則=,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。11.(6分)利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星,可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通信。目前,地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球

12、半徑的6.6倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)上述目的,則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為()A.1 h B.4 hC.8 hD.16 h【解析】選B。萬有引力提供向心力,對(duì)同步衛(wèi)星有:=mr,整理得GM=當(dāng)r=6.6R地時(shí),T=24 h三顆同步衛(wèi)星A、B、C如圖所示分布。若地球的自轉(zhuǎn)周期變小,軌道半徑最小為2R地則有=解得T=4 h,選項(xiàng)B正確。12.(22分)木星的衛(wèi)星之一叫“艾奧”,它上面的珞珈火山噴出的巖塊初速度為18 m/s時(shí),上升高度可達(dá)90 m。已知“艾奧”的半徑為R=1 800 km,忽略“艾奧”的自轉(zhuǎn)及巖塊運(yùn)動(dòng)過程中受到稀薄氣體的阻力,引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,求:(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(1)“艾奧”的質(zhì)量;(2)“艾奧”的第一宇宙速度?！窘馕觥?1)巖塊做豎直上拋運(yùn)動(dòng),有-=-2gh,解得g= m/s2=1.8 m/s2。忽略“艾奧”的自轉(zhuǎn),則有mg=G。解得M= kg=8.7×1022 kg。(2)某衛(wèi)星在“艾奧”表面繞其做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)有G=m,則v=,代入數(shù)據(jù)解得v=1.8×103 m/s。答案:(1)8.7×1022 kg(2)1.8×103 m/s- 8 -