• 71.09 KB
  • 2021-05-24 发布

2020高中物理第六章万有引力与航天5宇宙航行习题新人教版必修2

  • 5页
  • 当前文档由用户上传发布,收益归属用户
  1. 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
  4. 网站客服QQ:403074932
精品试卷 ‎5 宇宙航行 对点训练 知识点一 对三个宇宙速度的理解 ‎1.关于地球的第一宇宙速度,下列表述正确的是 ( ) A.第一宇宙速度又叫环绕速度 B.第一宇宙速度又叫脱离速度 C.第一宇宙速度跟地球的质量无关 D.第一宇宙速度跟地球的半径无关 ‎2.( 多选) 美国“新地平线号”探测器,借助“宇宙神- 5”重型火箭,从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航 天中心发射升空,开始长达 9 年的飞向冥王星的太空之旅.拥有 3 级发动机的“宇宙神- 5”重型火箭将以每小时 5.76 万千米的惊人速度把“新地平线号”送离地球,这个冥王星探测器将成为人类有史以来发射的速度最高 的飞行器,该发射速度 ( ) A.大于第一宇宙速度 B.大于第二宇宙速度 C.大于第三宇宙速度 D.小于并接近于第三宇宙速度 3. 我国“北斗”卫星导航定位系统由 5 颗静止轨道卫星 ( 同步卫星 ) 和 30 颗非静止轨道卫星组成, 30 颗非 ‎4‎ 静止轨道卫星中有 27 颗是中轨道卫星,中轨道卫星轨道高度约为 2.15 × 10 km,静止轨道卫星的高度约为 3.60‎ ‎4‎ ‎× 10 km.下列说法正确的是 ( )‎ A.中轨道卫星的线速度大于 7.9km/s B.静止轨道卫星的线速度大于中轨道卫星的线速度 C.静止轨道卫星的运行周期大于中轨道卫星的运行周期 D.静止轨道卫星的向心加速度大于中轨道卫星的向心加速度 4. 假设地球质量不变,而地球半径增大到原来的 2 倍,那么从地球上发射人造卫星的第一宇宙速度变为原 来的( )‎ ‎2‎ A. 2 倍 B. 2‎ ‎1‎ C. D. 2 倍 ‎2‎ 5. 我国研制并成功发射的“嫦娥二号”探测卫星在距月球表面高度为 h 的轨道上做匀速圆周运动,运行的周期为 T. 若以 R表示月球的半径,则 ( )‎ ‎2‎ 精品试卷 精品试卷 A. 卫星运行时的向心加速度为 ‎4π R ‎2‎ T ‎2‎ 精品试卷 精品试卷 ‎2‎ B. 物体在月球表面自由下落的加速度为 4π R T 精品试卷 精品试卷 C. 卫星运行时的线速度为 D. 月球的第一宇宙速度为 ‎2π R T ‎3‎ ‎2π R( R+ h) TR 精品试卷 精品试卷 ‎6.( 多选 ) 已知地球质量为 M,半径为 R,自转周期为 T,地球同步卫星质量为 m,引力常量为 G.有关同步卫星,下列表述正确的是 ( )‎ A.卫星的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B.卫星运行的向心加速度小于地球赤道上物体的向心加速度 精品试卷 精品试卷 ‎2‎ ‎4π mR ‎2‎ C. 卫星运行时受到的向心力大小为 T 精品试卷 精品试卷 D. 卫星与地心的距离为 ‎2‎ ‎3‎ GMT ‎4π 2‎ 精品试卷 精品试卷 知识点二 类地行星问题 7. ‎( 多选) 对宇宙的思考一直伴随着人类的成长,人们采用各种方式对宇宙进行着探索,搜寻着外星智慧生 命,试图去证明人类并不孤单. 其中最有效也是最难的方法就是身临其境. 设想某载人飞船绕一类地行星做匀速 圆周运动,其轨道半径可视为该行星半径 R,载人飞船运动周期为 T,该行星表面的重力加速度为 g,引力常量为 G,则 ( )‎ A. 飞船的速度是绕行星做圆周运动的最大速度 ‎3π 精品试卷 精品试卷 ‎2‎ B. 该行星的平均密度可表示为 ‎4GT 精品试卷 精品试卷 C. 飞船做圆周运动的半径增大,其运动周期将减小 ‎3g 精品试卷 精品试卷 D. 该行星的平均密度可表示为 ‎4πGR 精品试卷 精品试卷 知识点三 N星系统和黑洞问题 ‎8.( 多选 ) 如图 L6- 5-1 所示, 两颗靠得很近的天体组合为双星系统, 它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动,以下说法中正确的是 ( )‎ 图 L6- 5- 1 A.它们做圆周运动的角速度大小相等 B.它们做圆周运动的线速度大小相等 C.它们的轨道半径与它们的质量成反比 D.它们的轨道半径与它们的质量的二次方成反比 9. 英国《新科学家》杂志评选出了 2008 年度世界 8 项科学之最, 在 XTEJ1650- 500 双星系统中发现的最小 ‎2‎ 精品试卷 精品试卷 黑洞位列其中. 若某黑洞的半径 R 约为 45km,质量 M和半径 R的关系满足 ‎M c ‎= ( 其中 c 为光速, G为引力常量 ) ,‎ 精品试卷 精品试卷 则该黑洞表面重力加速度的数量级为 ( )‎ ‎10 2‎ ‎11‎ ‎2‎ A. 10 m/s ‎R 2G 精品试卷 精品试卷 ‎12‎ B.10 C.10‎ ‎m/s m/s 精品试卷 精品试卷 ‎2‎ D.10 13m/s 2‎ 综合拓展 10. ‎( 多选 ) 如图 L6- 5-2 所示,质量相同的三颗卫星 a、b、c 绕地球逆时针做匀速圆周运动,其中 b、c 在地球的同步轨道上, a 距离地球表面的高度为 R,此时 a、b 恰好相距最近.已知地球质量为 M,半径为 R,地球自转的角速度为 ω,引力常量为 G,则 ( )‎ 精品试卷 精品试卷 图 L6- 5- 2‎ A. 发射卫星 b 时速度要大于 11.2km/s 精品试卷 精品试卷 B. 卫星 a 的环绕线速度大于卫星 b 的环绕线速度 C. 要使卫星 c 与 b 实现对接,可让卫星 c 加速 D. 卫星 a 和 b 下次相距最近还需经过时间为 ‎‎ ‎2π GM ‎8R3-ω 精品试卷 精品试卷 9. 已知地球半径为 R,地球表面重力加速度为 g,不考虑地球自转的影响.‎ (1) 推导第一宇宙速度 v1 的表达式;‎ (2) 若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为 h,求卫星的运行周期 T.‎ 10. 两个靠得很近的天体,离其他天体非常遥远, 它们以其连线上某一点 O为圆心各自做匀速圆周运动, 两者的距离保持不变,科学家把这样的两个天体称为“双星” ,如图 L6- 5- 3 所示.已知双星的质量分别为 m1 和 m2,它们之间的距离为 L. 求双星运行轨道半径 r 1 和 r 2 以及运行的周期 T.‎ 图 L6- 5- 3‎ ‎2‎ Mm v GM 精品试卷 精品试卷 1. A [ 解析 ] 第一宇宙速度又叫环绕速度,选项 A 正确, B 错误.根据 G 2 = m 得 v=‎ ‎,故第一宇宙 精品试卷 精品试卷 R R R 速度与地球的质量和半径有关,选项 C、 D均错误.‎ 1. ABD [ 解析 ] 此发射速度脱离了地球的束缚, 但没有脱离太阳的束缚, 故此速度介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间, A、B、D正确.‎ ‎3.C [ 解析 ] 由天体运动规律可知,轨道半径越大,线速度越小,周期越大,向心加速度越小,故中轨道卫 星的线速度小于 7.9km/s ,静止轨道卫星的线速度小于中轨道卫星的线速度,选项 A、B 错误;静止轨道卫星的运行周期大于中轨道卫星的运行周期,静止轨道卫星的向心加速度小于中轨道卫星的向心加速度,选项 C 正确,‎ 精品试卷 精品试卷 D 错误.‎ 4. B [ 解析 ] 任何星体的第一宇宙速度即为近地卫星的环绕速度. v=‎ ‎2‎ ‎‎ GM r ,其中 r 为该星体的半径,半 精品试卷 精品试卷 径增大为原来的 2 倍,则第一宇宙速度变为原来的 2 .‎ ‎‎ ‎2‎ ‎2‎ ‎4π r 4π ( R+ h)‎ 精品试卷 精品试卷 ‎2‎ ‎2‎ ‎3‎ 4. D [ 解析 ] 卫星运行时的轨道半径为 r = R+ h,其向心加速度为 a=‎ ‎T2 = T2 ,选项 A错误;‎ 精品试卷 精品试卷 精品试卷 精品试卷 ‎2π r ‎2π( R+ h)‎ ‎Mm 4π ‎4π ( R+ h)‎ 精品试卷 精品试卷 T 运行时的线速度为 v= T =‎ ‎2 3‎ ‎,选项 C 错误;由 G ‎(‎ ‎R+ h)‎ ‎2=m(R+ h)‎ ‎3‎ ‎T2 得 GM=‎ ‎T2 ,所 精品试卷 精品试卷 GM 4π 以 g= R2 =‎ ‎(R+ h)‎ R2T2 ,其第一宇宙速度 v 1=‎ ‎GM 2π R(R+ h)‎ R = TR ,选项 B 错误, D 正确.‎ 精品试卷 精品试卷 5. AD [ 解析 ] 以第一宇宙速度发射的卫星绕地球表面做匀速圆周运动,轨道半径越大发射速度越大,当达 到第二宇宙速度时, 卫星将脱离地球的吸引离开地球, 选项 A 正确; 由于同步卫星与地球赤道上的物体角速度相 ‎2‎ ‎2‎ 精品试卷 精品试卷 同,由 a 向=r ω ‎可知卫星的向心加速度大于地球赤道上物体的向心加速度,选项 B 错误; F 向= m(R+h)‎ ‎4π ‎2 ,选 T 精品试卷 精品试卷 精品试卷 精品试卷 ‎2‎ GMm 4π ‎3 GMT2‎ 精品试卷 精品试卷 项 C错误;由 ‎r 2 = mr T2 可知卫星与地心的距离为 r =‎ ‎4π 2,选项 D 正确.‎ 精品试卷 精品试卷 Mm v2 GM r r 6. AD [ 解析 ] 对飞船,万有引力提供向心力,由 G 2 = m 得 v= r ,即轨道半径越大,飞船速度越小,‎ 精品试卷 精品试卷 Mm 2π 2‎ ‎4π R ‎M 3M 3π 精品试卷 精品试卷 ‎2 3‎ 选项 A 正确;由 G 2 = m T R,得行星质量 M= 2 ,又行星平均密度 ρ= =‎ ‎3,因此得 ρ=‎ ‎2 ,选项 精品试卷 精品试卷 R GT r 3‎ ‎V 4π R Mm ‎GT gR2‎ 精品试卷 精品试卷 B 错误;由 T= 2π ‎可知,当轨道半径增大时,飞船的周期增大,选项 C 错误;由 G 2 = mg得 M=‎ ‎,代入 精品试卷 精品试卷 GM R G ‎3g 精品试卷 精品试卷 平均密度表达式即得 ρ= 4π ‎,选项 D 正确. GR ‎‎ GmAmB 精品试卷 精品试卷 ‎2‎ ‎2‎ ‎2‎ 7. AC [ 解析 ] 它们做圆周运动的角速度大小相等, 线速度大小不一定相等, 选项 A 正确,B 错误;由( r ‎A+ r B)‎ 精品试卷 精品试卷 ‎= mAω ‎r A=mBω ‎r B,它们的轨道半径与它们的质量成反比,选项 C 正确, D 错误.‎ 精品试卷 精品试卷 ‎9.C [ 解析 ] 黑洞实际为一天体, 天体表面的物体受到的重力近似等于物体与该天体之间的万有引力, 对黑 精品试卷 精品试卷 GMm ‎M c2 c 2‎ 精品试卷 精品试卷 洞表面的某一质量为 m的物体,有 ‎12 2‎ 数量级为 10 m/s .‎ ‎R2 = mg,又有 R= 2G,联立解得 g= 2R,代入数据得该黑洞表面重力加速度的 精品试卷 精品试卷 ‎10.BD [ 解析] 卫星 b 绕地球做匀速圆周运动, 7.9km/s 是指在地球上发射的物体绕地球飞行做圆周运动所 需的最小发射速度, 11.2km/s 是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度, 所以发射卫星 b 时速度应大于 7.9km/s GM 而小于 11.2km/s , A 错误;由万有引力提供向心力得 v= r ,则轨道半径小的速度大, B 正确;让卫星 c 加 速,所需的向心力增大,由于万有引力小于所需的向心力,卫星 c 会做离心运动,进入更高轨道,所以不能与 b 实现对接, C 错误; b、c 在地球的同步轨道上,所以卫星 b、c 和地球具有相同的周期和角速度,由万有引力提 Mm 2 GM GM 精品试卷 精品试卷 供向心力,即 G r ‎2 =mω ‎r ,得 ω=‎ ‎r 3 ,a 距离地球表面的高度为 R,所以卫星 a 的角速度 ω a=‎ ‎2π ‎8R3,此时 精品试卷 精品试卷 a、b 恰好相距最近,到卫星 a 和 b 下一次相距最近,有 ( ω a-ω )t = 2π,解得 t =‎ ‎GM ‎8R3-ω ‎, D 正确.‎ 精品试卷 精品试卷 ‎2π 11. (1)v 1= gR (2) R ‎( R+ h)‎ g ‎3‎ ‎[ 解析 ] (1)‎ 设卫星的质量为 m,地球的质量为 M,‎ 在地球表面附近满足 G 2 = mg Mm R 得 GM= R g 卫星做圆周运动的向心力等于它受到的万有引力,有 ‎2‎ G 2 = m Mm ‎2‎ v1‎ R R 由以上两式解得 v1= Rg.‎ ‎(2) 卫星受到的万有引力为 F= G Mm mgR2‎ ‎(R+ h) (R+ h)‎ ‎2=‎ ‎2‎ 由牛顿第二定律得 F= m ‎4π T ‎2‎ ‎2 (R+ h)‎ ‎2π 由以上两式解得 T= R ‎( R+ h)‎ g ‎3‎ ‎.‎ Lm2‎ ‎12. m1+ m2‎ Lm1‎ m1+m2‎ ‎2π L ‎3‎ G( m1+ m2)‎ ‎[ 解析 ] 两天体做匀速圆周运动所需的向心力是由它们之间的万有引力提供,所以 G L2 = m1‎ m1m2‎ ‎2‎ ‎4π m1m2‎ T2‎ r 1, G L2 =‎ m2 T2‎ ‎4π 2‎ r 2,且 r 1+ r 2= L.‎ 由以上三式得 r =‎ Lm2‎ Lm1‎ ‎1‎ m +m ‎1‎ ‎2‎ ‎, r =‎ ‎2‎ m+ m ‎1‎ ‎2‎ ‎,‎ T= 2π G( m1+ m2).‎ L ‎3‎ 精品试卷