2019高中物理 課時(shí)提升作業(yè)十一 6.5 宇宙航行（含解析）新人教必修2

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1、宇宙航行 (40分鐘　100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分) 1.(2017·合肥高一檢測(cè))我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,將巴基斯坦通信衛(wèi)星“1R”(Paksat-1R)成功送入地球同步軌道,發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。關(guān)于成功定點(diǎn)后的“1R”衛(wèi)星,下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.運(yùn)行速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度 B.離地面的高度一定,相對(duì)地面保持靜止 C.繞地球運(yùn)行的周期比月球繞地球運(yùn)行的周期大 D.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等 【解析】選B。人造地球衛(wèi)星(包括地球同步衛(wèi)星)的發(fā)射速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度,而其運(yùn)行速度小于第

2、一宇宙速度,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。地球同步衛(wèi)星在赤道上空相對(duì)地面靜止,并且距地面的高度一定,大約是3.6×104km,選項(xiàng)B正確。地球同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,即T=24h,而月球繞地球運(yùn)行的周期大約是27天,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。地球同步衛(wèi)星與靜止在赤道上物體的運(yùn)行周期相同,角速度也相同,根據(jù)公式a=ω2r可知,運(yùn)行半徑大的向心加速度大,所以地球同步衛(wèi)星的向心加速度大于靜止在赤道上物體的向心加速度,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 2.2016年6月25日晚,我國(guó)新一代運(yùn)載火箭“長(zhǎng)征七號(hào)”在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空,這將有效提升我國(guó)進(jìn)出空間的能力。海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)為低緯度濱海發(fā)射基地,將同型號(hào)的火箭從高緯度

3、發(fā)射場(chǎng)移到低緯度發(fā)射場(chǎng),推力可提升,這對(duì)人造衛(wèi)星的發(fā)射大有幫助,這是利用了緯度低(將地球當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)球體) 　(　　) 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684158 A.物體所受地球的萬(wàn)有引力小,隨地球自轉(zhuǎn)的周期大 B.物體的重力加速度小,隨地球自轉(zhuǎn)的線速度大 C.發(fā)射衛(wèi)星時(shí)的第一宇宙速度小,地理位置高 D.火箭和衛(wèi)星的慣性小 【解析】選B。同一物體處在不同的緯度受到的萬(wàn)有引力相同,A項(xiàng)錯(cuò)誤;緯度越低,物體的重力加速度越小,由v=ωR可知物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度越大,衛(wèi)星發(fā)射前具有較大初動(dòng)能,這些都對(duì)發(fā)射衛(wèi)星有利,B項(xiàng)正確;地球衛(wèi)星的第一宇宙速度與緯度無(wú)關(guān),C項(xiàng)錯(cuò)誤;慣性由物體質(zhì)量決定,與物體所處緯

4、度無(wú)關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3.已知某星球的平均密度是地球的n倍,半徑是地球的k倍,地球的第一宇宙速度為v,則該星球的第一宇宙速度為　(　　) A.v　　　　　　　 B.kv C.nk D. 【解析】選B。由G=m,得v=,將M=πr3ρ代入,可得v∝r,所以該星球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的k倍,選項(xiàng)B正確。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (2014·福建高考)若有一顆“宜居”行星,其質(zhì)量為地球的p倍,半徑為地球的q倍,則該行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度是地球衛(wèi)星環(huán)繞速度的　(　　) A.倍　　　　　　　 B.倍 C.倍 D.倍 【解析】選C。據(jù)G=m可得環(huán)繞速度v=,利用比值法可

5、知C正確。 4.我國(guó)首次太空課在距地球300多千米的“天宮一號(hào)”上舉行,如圖所示是宇航員王亞平在“天宮一號(hào)”上所做的“水球”。若已知地球的半徑為6400km,地球表面的重力加速度為g=9.8m/s2,下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.“水球”在太空中不受地球引力作用 B.“水球”相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)的加速度為零 C.若王亞平的質(zhì)量為m,則她在“天宮一號(hào)”中受到地球的引力為mg D.“天宮一號(hào)”的運(yùn)行周期約為1.5h 【解析】選D?！疤鞂m一號(hào)”是圍繞地球運(yùn)動(dòng)的,即地球的萬(wàn)有引力提供了其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,“水球”與“天宮一號(hào)”是一個(gè)整體,因此可知“水球”也受到地球引力作用,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;“水

6、球”受到地球引力而圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),具有向心加速度,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;若王亞平的質(zhì)量為m,則她在“天宮一號(hào)”中的加速度小于地球表面的重力加速度,則受到地球的引力小于mg,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由萬(wàn)有引力提供向心力的表達(dá)式可得:G=mr,解得:T=,又GM=gR2,可得:T==s≈5400s=1.5 h,選項(xiàng)D正確。 5.(2017·臨沂高一檢測(cè))如圖所示是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖,已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運(yùn)動(dòng),a是地球同步衛(wèi)星,則　(　　) 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684159 A.衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度 B.衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度 C.衛(wèi)星a的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度

7、 D.衛(wèi)星b的周期大于24h 【解析】選A。根據(jù)公式G=mω2r可得ω=,運(yùn)動(dòng)半徑越大,角速度越小,故衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度,A正確;根據(jù)公式:G=ma可得a=,由于a、b的軌道半徑相同,所以兩者的向心加速度大小相同,B錯(cuò)誤;第一宇宙速度是近地軌道的環(huán)繞速度,也是最大的環(huán)繞速度,根據(jù)公式:G=m可得v=,半徑越大,線速度越小,所以衛(wèi)星a的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度,C錯(cuò)誤;根據(jù)公式:G=mr可得T=2π,故軌道半徑相同,周期相同,所以衛(wèi)星b的周期等于24h,D錯(cuò)誤。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (多選)由于阻力的原因,人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑逐漸減小,則下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.

8、運(yùn)動(dòng)速度變大　　　　　 B.運(yùn)動(dòng)周期減小 C.需要的向心力變大 D.向心加速度減小 【解析】選A、B、C。設(shè)地球質(zhì)量為M,衛(wèi)星質(zhì)量為m,軌道半徑為r,運(yùn)行周期、線速度和角速度分別為T、v、ω。根據(jù)牛頓第二定律得:G=m=mω2r=mr,解得v=,ω=,T=,向心加速度a===ω2r=r,需要的向心力等于萬(wàn)有引力:F需=G,根據(jù)軌道半徑r逐漸減小,可以得到v、ω、a、F需都是增大的,而周期T是減小的。故A、B、C正確,D錯(cuò)誤。 6.如圖所示,一顆人造衛(wèi)星原來(lái)在橢圓軌道1繞地球E運(yùn)行,在P點(diǎn)變軌后進(jìn)入軌道2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行,

9、衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度都相同 B.不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行,衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度都相同 C.衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度 D.衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相同速度 【解析】選B。從軌道1變軌到軌道2,需要加速,A錯(cuò);不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行,衛(wèi)星在P點(diǎn)只受萬(wàn)有引力,根據(jù)公式G=ma可得a=,故只要位置相同,加速度則相同,由于衛(wèi)星在軌道1做橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí),運(yùn)動(dòng)半徑在變化,所以加速度在變化,B對(duì)、C錯(cuò);衛(wèi)星在軌道2做勻速圓周運(yùn)動(dòng),速度的大小不變,方向時(shí)刻改變,D錯(cuò)。 【總結(jié)提升】判斷衛(wèi)星變軌時(shí)速度、加速度變化情況的思路 (1)判斷衛(wèi)星在不同圓軌道的運(yùn)行速度大小時(shí),可根據(jù)“越遠(yuǎn)越慢”的

10、規(guī)律判斷。 (2)判斷衛(wèi)星在同一橢圓軌道上不同點(diǎn)的速度大小時(shí),可根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第二定律判斷,即離中心天體越遠(yuǎn),速度越小。 (3)判斷衛(wèi)星由圓軌道進(jìn)入橢圓軌道或由橢圓軌道進(jìn)入圓軌道時(shí)的速度大小如何變化時(shí),可根據(jù)離心運(yùn)動(dòng)或近心運(yùn)動(dòng)的條件進(jìn)行分析。 (4)判斷衛(wèi)星的加速度大小時(shí),可根據(jù)a==G判斷。 7.(2015·山東高考)如圖,拉格朗日點(diǎn)L1位于地球和月球連線上,處在該點(diǎn)的物體在地球和月球引力的共同作用下,可與月球一起以相同的周期繞地球運(yùn)動(dòng)。據(jù)此,科學(xué)家設(shè)想在拉格朗日點(diǎn)L1建立空間站,使其與月球同周期繞地球運(yùn)動(dòng)。以a1、a2分別表示該空間站和月球向心加速度的大小,a3表示地球同步衛(wèi)星

11、向心加速度的大小。以下判斷正確的是　(　　) 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684160 A.a2>a3>a1　　　　　 B.a2>a1>a3 C.a3>a1>a2 D.a3>a2>a1 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析: (1)空間站受月球引力不能忽略,而同步衛(wèi)星是不計(jì)月球吸引力的,這就說(shuō)明,空間站距離地球比同步衛(wèi)星更遠(yuǎn)。 (2)本題可用到向心加速度兩個(gè)公式a=G,a=ω2r。 【解析】選D。設(shè)空間站軌道半徑為r1,月球軌道半徑為r2,同步衛(wèi)星軌道半徑為r3?？臻g站受月球引力不能忽略,而同步衛(wèi)星是不計(jì)月球吸引力的,這就說(shuō)明r2>r1>r3,根據(jù)a1=r1,a2=r2,

12、由題意知ω1=ω2,所以a2>a1,又因?yàn)閍3=G、a2=G,所以a3>a2,因此a3>a2>a1成立,D正確。 8.(多選)(2017·唐山高一檢測(cè))衛(wèi)星電話在搶險(xiǎn)救災(zāi)中能發(fā)揮重要作用,第一代、第二代海事衛(wèi)星只使用靜止軌道衛(wèi)星,不能覆蓋地球上的高緯度地區(qū),第三代海事衛(wèi)星采用同步和中軌道衛(wèi)星結(jié)合的方案,它由4顆同步衛(wèi)星與12顆中軌道衛(wèi)星構(gòu)成,中軌道衛(wèi)星高度為10354km,分布在幾個(gè)軌道平面上(與赤道平面有一定的夾角)。在這個(gè)高度上,衛(wèi)星沿軌道旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為四分之一天,下列說(shuō)法中正確的是　(　　) A.中軌道衛(wèi)星的線速度小于同步衛(wèi)星的線速度 B.中軌道衛(wèi)星的線速度大于同步衛(wèi)星的線速度

13、 C.在中軌道衛(wèi)星經(jīng)過(guò)地面某點(diǎn)的正上方的一天后,該衛(wèi)星還在地面該點(diǎn)的正上方 D.如果某一時(shí)刻中軌道衛(wèi)星、同步衛(wèi)星與地球的球心在同一直線上,那么經(jīng)過(guò)6小時(shí)它們?nèi)栽谕恢本€上 【解析】選B、C。由題意知,中軌道衛(wèi)星的周期為天,小于同步衛(wèi)星的周期,故中軌道衛(wèi)星的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑,所以,其線速度大于同步衛(wèi)星的線速度,選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;中軌道衛(wèi)星的周期T1=6h,其經(jīng)過(guò)地面某點(diǎn)的正上方的一天后,仍在該點(diǎn),選項(xiàng)C正確;如果某一時(shí)刻中軌道衛(wèi)星、同步衛(wèi)星與地球的球心在同一直線上,經(jīng)過(guò)6小時(shí),中軌道衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)一周,回到原來(lái)位置,而同步衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)過(guò)的角度為,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】

14、 (多選)(2017·宿遷高一檢測(cè))美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)2010年9月29日宣布,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆迄今為止與地球最類似的太陽(yáng)系外的行星,如圖所示,這顆行星距離地球約20億光年(189.21萬(wàn)億千米),公轉(zhuǎn)周期約為37年,這顆名叫Gliese581g的行星位于天秤座星群,它的半徑大約是地球的2倍,重力加速度與地球相近。則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.飛船在Gliese581g表面附近運(yùn)行時(shí)的速度小于7.9km/s B.該行星的平均密度約是地球平均密度的 C.該行星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的2倍 D.在地球上發(fā)射航天器到達(dá)該星球,航天器的發(fā)射速度至少要達(dá)到第三宇宙速度 【解析】選B、D。由

15、于物體在星球表面上飛行的速度為v=,7.9km/s是地球表面的物體運(yùn)行的速度,故行星與地球的第一宇宙速度之比為==,故飛船在Gliese581g表面附近運(yùn)行時(shí)的速度為×7.9km/s,它大于7.9km/s,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于物體在星球上受到萬(wàn)有引力,則mg=,則星球的質(zhì)量M=,星球的密度ρ==×=,可見,星球的密度與其半徑成反比,由于行星的半徑與地球的半徑之比為2∶1,故它們的密度之比為1∶2,選項(xiàng)B正確;根據(jù)星球的質(zhì)量M=,故星球的質(zhì)量與其半徑的平方成正比,故該行星與地球的質(zhì)量之比為4∶1,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由于該行星是在太陽(yáng)系之外,故需要飛出太陽(yáng)系,所以航天器的發(fā)射速度至少要達(dá)到第三宇宙速度,選

16、項(xiàng)D正確。 二、計(jì)算題(本題共2小題,共44分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 9.(22分)已知地球的半徑為R=6400km,地球表面附近的重力加速度g=9.8m/s2,若發(fā)射一顆地球的同步衛(wèi)星,使它在赤道上空運(yùn)轉(zhuǎn),其高度和速度應(yīng)為多大? 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684161 【解析】設(shè)同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m,離地面的高度為h,速度為v,周期為T,地球的質(zhì)量為M,同步衛(wèi)星的周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期。G=mg?、? G=m(R+h)()2?、? 由①②兩式得h=-R =m-6400×103m≈3.6×107m。 又因?yàn)镚=m?、? 由①③兩式得 v==m/s ≈3.

17、1×103m/s。 答案:3.6×107m　3.1×103m/s 10.(22分)人們認(rèn)為某些白矮星(密度較大的恒星)每秒鐘大約自轉(zhuǎn)一周(引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,地球半徑R約為6.4×103km)?！∈兰o(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684162 (1)為使其表面上的物體能夠被吸引住而不至于由于快速轉(zhuǎn)動(dòng)而被“甩”掉,它的密度至少為多少? (2)假設(shè)某白矮星的密度約為(1)中所求的值,且其半徑等于地球半徑,則它的第一宇宙速度約為多少? 【解析】(1)假設(shè)赤道上的物體剛好不被“甩”掉,則此時(shí)白矮星對(duì)物體的萬(wàn)有引力恰好提供物體隨白矮星轉(zhuǎn)動(dòng)的向心力,設(shè)白矮星質(zhì)量為M,半徑為r,赤道

18、上物體的質(zhì)量為m, 則有G=mr,白矮星的質(zhì)量為M=。 白矮星的密度為ρ====kg/m3=1.41×1011kg/m3。 (2)白矮星的第一宇宙速度,就是物體在萬(wàn)有引力作用下沿白矮星表面繞它做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度,即G=。 白矮星的第一宇宙速度為 v==== m/s =4.02×107m/s。 答案:(1)1.41×1011kg/m3　(2)4.02×107m/s 【能力挑戰(zhàn)區(qū)】 1.1871年,人們發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系中的第七顆行星——天王星,但是,它的運(yùn)動(dòng)軌跡有些“古怪”:根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的軌道與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果總有一些偏差;英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國(guó)年輕的天文學(xué)家

19、雷維耶相信在天王星軌道外面還存在一顆未發(fā)現(xiàn)的行星;他們根據(jù)天王星的觀測(cè)資料,各自獨(dú)立地利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出這顆“新”行星的軌道,后來(lái)這顆行星被命名為“海王星”;設(shè)天王星和海王星各自繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),兩行星的軌道平面共面,它們繞行的方向相同;設(shè)從兩行星離得最近時(shí)開始計(jì)時(shí),到下一次兩行星離得最近所經(jīng)歷的最短時(shí)間為t;設(shè)天王星的軌道半徑為R,周期為T;假設(shè)忽略各行星之間的萬(wàn)有引力,那么海王星的軌道半徑為　(　　) A.R B.R C. R D.R 【解析】選C。由題意可知:海王星與天王星相距最近時(shí),對(duì)天王星的影響最大,且每隔時(shí)間t發(fā)生一次最大的偏離。海王星運(yùn)動(dòng)的周期為T′,

20、圓軌道半徑為 R′,則有:t=2π,解得T′=,根據(jù)開普勒第三定律:=,解得 R′=R,選項(xiàng)C正確。 2.據(jù)報(bào)道:某國(guó)發(fā)射了一顆質(zhì)量為100kg,周期為1 h的人造環(huán)月衛(wèi)星,一位同學(xué)記不住引力常量G的數(shù)值,且手邊沒(méi)有可查找的資料,但他記得月球半徑為地球半徑的,月球表面重力加速度為地球表面重力加速度的,經(jīng)過(guò)推理,他認(rèn)定該報(bào)道是則假新聞,試寫出他的論證方案。(地球半徑約為6.4×103km,g地取9.8m/s2) 【解題指南】解答本題時(shí)可按以下步驟進(jìn)行: (1)寫出環(huán)月衛(wèi)星所受到的萬(wàn)有引力的表達(dá)式。 (2)寫出環(huán)月衛(wèi)星含有周期T的向心力的表達(dá)式。 (3)由萬(wàn)有引力為環(huán)月衛(wèi)星提供向心力列方程,求出環(huán)月衛(wèi)星周期T的表達(dá)式。 (4)寫出月球質(zhì)量與月球表面重力加速度之間的關(guān)系。 (5)討論何時(shí)環(huán)月衛(wèi)星的周期最小,并將已知量代入求出環(huán)月衛(wèi)星的最小周期。 【解析】對(duì)環(huán)月衛(wèi)星,根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律得=mr, 解得T=2π r=R月時(shí),T有最小值,又=g月 故Tmin=2π=2π=2π 代入數(shù)據(jù)解得Tmin=1.73h 環(huán)月衛(wèi)星最小周期為1.73h,故該報(bào)道是則假新聞。 答案:見解析 10