2019-2020學(xué)年新教材高中物理 課時(shí)作業(yè)（十一）宇宙航行 新人教版必修第二冊(cè)

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1、課時(shí)作業(yè)(十一)　宇宙航行 A組：基礎(chǔ)落實(shí)練 1．關(guān)于宇宙速度，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小發(fā)射速度 B．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 C．第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)的最大速度 D．第三宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度 解析：解決本題的關(guān)鍵點(diǎn)是要弄清三種宇宙速度在發(fā)射速度和運(yùn)行速度上的大小關(guān)系．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度，A正確，B錯(cuò)誤；第二宇宙速度是在地面上發(fā)射物體，使之成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)或繞其他行星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，C錯(cuò)誤；第三宇宙速度是在地

2、面上發(fā)射物體，使之飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度，D錯(cuò)誤． 答案：A 2．(多選)關(guān)于地球同步通信衛(wèi)星，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．它一定在赤道上空運(yùn)行 B．各國(guó)發(fā)射的這種衛(wèi)星軌道半徑都一樣 C．它運(yùn)行的線(xiàn)速度一定小于第一宇宙速度 D．它運(yùn)行的線(xiàn)速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間 解析：地球同步衛(wèi)星一定位于赤道上空，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力可知，地球同步衛(wèi)星的軌道是確定的，故選項(xiàng)B正確；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)v＝，且r＝R＋h，故同步衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：ABC 3．亞洲Ⅰ號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)發(fā)射的通信衛(wèi)星，它是地球同步衛(wèi)星，

3、設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度一定，下面關(guān)于亞洲Ⅰ號(hào)衛(wèi)星的說(shuō)法正確的是(　　) A．它繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度 B．它沿著與赤道成一定角度的軌道運(yùn)動(dòng) C．運(yùn)行的軌道半徑可以有不同的取值 D．如果需要可以發(fā)射到北京上空 解析：A對(duì)：地球的同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的周期相同，故它繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度．B、D錯(cuò)：它的軌道平面與赤道平面重合，即只能定點(diǎn)在赤道的上空．C錯(cuò)：根據(jù)G＝mω2r可知，運(yùn)行的軌道半徑是固定的值． 答案：A 4．三顆人造地球衛(wèi)星A、B、C在同一平面內(nèi)沿不同的軌道繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且繞行方向相同，已知RA

4、直線(xiàn)上，如圖所示．那么再經(jīng)過(guò)衛(wèi)星A的四分之一周期時(shí)，衛(wèi)星A、B、C的位置可能是(　　) 解析：由G＝m2r可得，人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝2π.可見(jiàn)，T∝，r越大，T越大．所以再經(jīng)過(guò)衛(wèi)星A的四分之一周期時(shí)，衛(wèi)星A的位置恰好到了圖中地球的下方，TC>TB>TA，其一定不能在A點(diǎn)下方，且B、C位置一定不在同一條直線(xiàn)上，所以C正確． 答案：C 5. 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(　　) 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

5、一宇宙速度 D．衛(wèi)星b的周期大于24 h 解析：由G＝mω2r可得ω＝，軌道半徑越大，角速度越小，故衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度，A正確；由G＝ma可得a＝，由于a、b的軌道半徑相同，所以?xún)烧叩南蛐募铀俣却笮∠嗤?，B錯(cuò)誤；第一宇宙速度是近地衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度，由G＝m可得v＝，軌道半徑越大，線(xiàn)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；由G＝mr可得T＝2π，a、b軌道半徑相同，周期相同，所以衛(wèi)星b的周期等于24 h，D錯(cuò)誤． 答案：A 6．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

6、．k v C．nk v D. v 解析：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，本題答案為B. 答案：B 7．登上火星是人類(lèi)的夢(mèng)想．“嫦娥之父”歐陽(yáng)自遠(yuǎn)透露：中國(guó)計(jì)劃于2020年登陸火星．地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，忽略行星自轉(zhuǎn)影響．根據(jù)下表，火星和地球相比(　　) 行星 半徑/m 質(zhì)量/kg 軌道半徑/m 地球 6.4×106 6.0×1024 1.5×1011 火星 3.4×106 6.4×1023 2.3×1011 A.火星的公轉(zhuǎn)周期較小 B．火星做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度較小 C．火星表

7、面的重力加速度較大 D．火星的第一宇宙速度較大 解析：根據(jù)G＝mr，得＝，結(jié)合表中數(shù)據(jù)，可算出火星的公轉(zhuǎn)周期較大，A錯(cuò)；根據(jù)G＝ma，得a＝G，可判斷火星的加速度較小，B對(duì)；根據(jù)g＝G，可算出火星表面的重力加速度較小，C錯(cuò)；第一宇宙速度v＝，可算出火星的第一宇宙速度較小，D錯(cuò)． 答案：B 8．在地球的衛(wèi)星中有兩類(lèi)衛(wèi)星的軌道比較特殊，一是極地衛(wèi)星，二是同步衛(wèi)星．已知某極地衛(wèi)星的運(yùn)行周期為12 h，則下列關(guān)于對(duì)極地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的描述正確的是(　　) A．該極地衛(wèi)星的運(yùn)行速度一定小于同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度 B．該極地衛(wèi)星的向心加速度一定大于同步衛(wèi)星的向心加速度 C．該極地衛(wèi)星的發(fā)射速

8、度一定大于同步衛(wèi)星的發(fā)射速度 D．該極地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星均與地面相對(duì)靜止 解析：由G＝m＝ma得v＝，a＝，同步衛(wèi)星的周期為24 h，則同步衛(wèi)星的周期大于極地衛(wèi)星的周期，由周期與軌道半徑的關(guān)系知，同步衛(wèi)星的軌道半徑較大，則同步衛(wèi)星的線(xiàn)速度較小，加速度較小，故A錯(cuò)誤、B正確；同步衛(wèi)星的高度高，所以同步衛(wèi)星的發(fā)射速度大，C錯(cuò)誤；極地衛(wèi)星不是地球同步衛(wèi)星，所以相對(duì)于地面不靜止，D錯(cuò)誤． 答案：B 9．已知海王星和地球的質(zhì)量之比為M:m＝16:1，它們的半徑比為R:r＝4:1，求： (1)海王星和地球的第一宇宙速度之比； (2)海王星表面和地球表面的重力加速度之比． 解析：(1)設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)

9、量為m′，對(duì)繞海王星和繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，分別有 G＝，G＝　　聯(lián)立解得＝＝2. (2)對(duì)海王星表面的物體，有G＝m″g1 對(duì)地球表面的物體，有G＝m″g2 聯(lián)立解得g1:g2＝＝1. 答案：(1)2:1　(2)1:1 B組：能力提升練 10．a(chǎn)是地球赤道上一幢建筑，b是在赤道平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)、距地面9.6×106 m的衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，某一時(shí)刻b、c剛好位于a的正上方(如圖甲所示)，經(jīng)48 h，a、b、c的大致位置是圖乙中的(取地球半徑R＝6.4×106 m，地球表面重力加速度g＝10 m/s2，π＝)(　　) 解析：由于a物體和同步衛(wèi)星c的周期都為24 h．

10、所以48 h后兩物體又回到原位置，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；b是在赤道平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)、距地面9.6×106 m的衛(wèi)星，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，得 G＝mr① 忽略地球自轉(zhuǎn)，地面上物體的萬(wàn)有引力近似等于重力，有 G＝mg② 由①②式，解得b衛(wèi)星運(yùn)行的周期T≈2×104 s，然后再算b衛(wèi)星在48小時(shí)內(nèi)運(yùn)行的圈數(shù)n＝48 h/T，代入數(shù)據(jù)得n＝8.64圈，故選B項(xiàng)． 答案：B 11．宇航員在月球上做自由落體實(shí)驗(yàn)，將某物體由距月球表面高h(yuǎn)處釋放，經(jīng)時(shí)間t后落到月球表面(設(shè)月球半徑為R)．據(jù)上述信息推斷，飛船在月球表面附近繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速率為(　　) A. B. C. D.

11、 解析：設(shè)月球表面的重力加速度為g′，由物體“自由落體”可得h＝g′t2，飛船在月球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)可得G＝m，在月球表面附近mg′＝，聯(lián)立得v＝，故B正確． 答案：B 12．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(wú)線(xiàn)電通訊．目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍．假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍?xún)H用三顆同步衛(wèi)星來(lái)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 h C．8 h D．16 h 解析：地球自轉(zhuǎn)周期變小，衛(wèi)星要與地球保持同步，則衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期也應(yīng)隨之變小，由開(kāi)普勒第三定律＝k可知衛(wèi)星離地球的高度應(yīng)變小，要實(shí)現(xiàn)

12、三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的，則衛(wèi)星周期最小時(shí)，由數(shù)學(xué)幾何關(guān)系可作出他們間的位置關(guān)系如圖所示． 衛(wèi)星的軌道半徑為r＝＝2R 由＝得 ＝. 解得T2≈4 h. 答案：B 13．星球上的物體脫離星球引力所需要的最小速度稱(chēng)為該星球的“第二宇宙速度”，星球的“第二宇宙速度”v2與“第一宇宙速度”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為地球表面重力加速度g的，不計(jì)其他星球的影響，則該星球的“第二宇宙速度”為(　　) A. B. C. D.gr 解析：設(shè)地球的質(zhì)量為M，半徑為r，繞其飛行的衛(wèi)星質(zhì)量為m， 由萬(wàn)有引力提供向心力得：＝m① 在地球表面有＝m

13、g② 求第一宇宙速度時(shí)有R＝r 聯(lián)立①②式得v＝ 利用類(lèi)比的關(guān)系知該星球“第一宇宙速度”為v1＝ “第二宇宙速度”v2與“第一宇宙速度”v1的關(guān)系是v2＝v1 即v2＝. 答案：C 14．[2019·山東濱洲市聯(lián)考]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(guò)程中受到稀薄氣體的阻力，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，求： (1)“艾奧”的質(zhì)量； (2)“艾奧”的第一宇宙速度． 解析：(1)巖塊做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，有v－v＝－2gh， 解得g＝＝ m/s2＝1.8 m/s2. 忽略“艾奧”的自轉(zhuǎn)影響，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＝＝， 代入解得v＝1.8×103 m/s. 答案：(1)8.7×1022 kg　(2)1.8×103 m/s - 7 -