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  • 2021-06-11 发布

高中物理人教版必修2练习:第六章 第5讲 宇宙航行 word版含解析

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第 5 讲 宇宙航行 [时间:60 分钟] 题组一 对三个宇宙速度的理解 1.下列说法正确的是( ) A.第一宇宙速度是从地面上发射人造地球卫星的最小发射速度 B.第一宇宙速度是在地球表面附近环绕地球运转的卫星的最大速度 C.第一宇宙速度是同步卫星的环绕速度 D.卫星从地面发射时的发射速度越大,则卫星距离地面的高度就越大,其环绕速度则可能大 于第一宇宙速度 2.下列关于绕地球运行的卫星的运行速度的说法中正确的是( ) A.一定等于 7.9 km/s B.一定小于 7.9 km/s C.大于或等于 7.9 km/s,而小于 11.2 km/s D.只需大于 7.9 km/s 3.假设地球的质量不变,而地球的半径增大到原来半径的 2 倍,那么从地球发射人造卫星的 第一宇宙速度的大小应为原来的( ) A. 2倍 B. 1 2 倍 C.1 2 倍 D.2 倍 题组二 人造卫星运动的规律 4.我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在对接前,“天宫一号”的运行轨道高度为 350 km,“神舟八号”的运行轨道高度为 343 km.它们的运行轨道均视为圆周,则( ) A.“天宫一号”比“神舟八号”速度大 B.“天宫一号”比“神舟八号”周期长 C.“天宫一号”比“神舟八号”角速度大 D.“天宫一号”比“神舟八号”加速度大 5.2013 年 6 月 10 日上午,我国首次太空课在距地球 300 多千米的“天宫一号”上举行,如 图 1 所示的是宇航员王亚平在“天宫一号”上所做的“水球”.若已知地球的半径为 6 400 km,地球表面的重力加速度为 g=9.8 m/s2,下列说法正确的是( ) 图 1 A.“水球”在太空中不受地球引力作用 B.“水球”相对地球运动的加速度为零 C.若王亚萍的质量为 m,则她在“天宫一号”中受到地球的引力为 mg D.“天宫一号”的运行周期约为 1.5 h 6.在圆轨道上质量为 m 的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球的半径 R,地球表面的重 力加速度为 g,则( ) A.卫星运动的线速度为 2Rg B.卫星运动的周期为 4π 2R g C.卫星的向心加速度为 1 2g D.卫星的角速度为1 2 g 2R 题组三 地球同步卫星 7.下列关于地球同步卫星的说法正确的是( ) A.它的周期与地球自转同步,但高度和速度可以选择,高度增大,速度减小 B.它的周期、高度、速度都是一定的 C.我们国家发射的同步通讯卫星定点在北京上空 D.我国发射的同步通讯卫星也定点在赤道上空 8.地球上相距很远的两位观察者,都发现自己的正上方有一颗人造卫星,相对自己静止不动, 则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是( ) A.一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离一定相等 B.一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍 C.两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离一定相等 D.两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍 9.甲、乙为两颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫 星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是( ) A.甲的周期大于乙的周期 B.乙的速度大于第一宇宙速度 C.甲的加速度小于乙的加速度 D.甲在运行时能经过北极的正上方 10.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.卫星距地面的高度为3 GMT2 4π2 B.卫星的运行速度小于第一宇宙速度 C.卫星运行时受到的向心力大小为 GMm R2 D.卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度 题组四 综合应用 11.宇航员在月球上做自由落体实验,将某物体由距月球表面高 h 处释放,经时间 t 后落到月 球表面(设月球半径为 R).据上述信息推断,飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必 须具有的速率为( ) A.2 Rh t B. 2Rh t C. Rh t D. Rh 2t 12.已知地球半径为 R,地球表面的重力加速度为 g,不考虑地球自转的影响. (1)推导第一宇宙速度的表达式; (2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运动轨道距离地面高度为 h,求卫星的运行周期 T. 13.据报载:某国发射了一颗质量为 100 kg,周期为 1 h 的人造环月卫星,一位同学记不住引 力常量 G 的数值,且手边没有可查找的资料,但他记得月球半径为地球半径的1 4 ,月球表面重 力加速度为地球表面重力加速度的1 6 ,经过推理,他认定该报道是则假新闻,试写出他的论证 方案.(地球半径约为 6.4×103 km,g 地取 9.8 m/s2) 答案精析 第 5 讲 宇宙航行 1.AB [第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度,也是卫星绕地球运转的最大速度, 离地越高,卫星绕地球运转的速度越小.] 2.B [卫星在绕地球运行时,万有引力提供向心力,由此可得 v= GM r ,所以轨道半径 r 越大,卫星的环绕速度越小,实际的卫星轨道半径大于地球半径 R,所以环绕速度一定小于第 一宇宙速度,即 v<7.9 km/s.而 C 选项是发射人造地球卫星的速度范围.] 3.B [因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度,此时卫星的轨道半径近似的认为是地 球的半径,且地球对卫星的万有引力充当向心力.故公式 GMm R2 =mv2 R 成立,解得 v= GM R , 因此,当 M 不变,R 增加为 2R 时,v 减小为原来的 1 2 倍,即选项 B 正确.] 4.B [由题知“天宫一号”运行的轨道半径 r1 大于“神舟八号”运行 的轨道半径 r2,天体运行时万有引力提供向心力.根据 GMm r2 =mv2 r ,得 v= GM r .因为 r1>r2, 故“天宫一号”的运行速度较小,选项 A 错误;根据 GMm r2 =m 2π T 2r 得 T=2π r3 GM ,故“天 宫一号”的运行周期较长,选项 B 正确;根据 GMm r2 =mω2r,得ω= GM r3 ,故“天宫一号” 的角速度较小,选项 C 错误;根据 GMm r2 =ma,得 a=GM r2 ,故“天宫一号”的加速度较小, 选项 D 错误.] 5.D [“天宫一号”是围绕地球运动的,即地球的万有引力提供了其做圆周运动的向心力, “水球”与“天宫一号”是一个整体,因此可知“水球”也受到地球引力作用,故 A 错误; “水球”受到地球引力而围绕地球做圆周运动,具有向心加速度,故 B 错误;若王亚平的质 量为 m,则她在“天宫一号”中的加速度小于重力加速度的值,则受到地球的引力小于 mg, 故 C 错误;由万有引力提供向心力的表达式可得:GMm r2 =mr4π2 T2 ,解得:T= 4π2r3 GM ,又 GM =gR2,可得:T= 4π2r3 gR2 = 4×3.142×6 400×103+300×1033 9.8×6 400×1032 s≈5 400 s=1.5 h,故 D 正 确.] 6.BD [万有引力提供向心力,有 G Mm R+R2 =m v2 2R 又 g=GM R2 ,故 v= GM 2R = gR 2 ,A 错;T=2π×2R v =4πR 2 gR =4π 2R g ,B 对;a=v2 r =v2 2R = g 4 ,C 错;ω=2π T =1 2 g 2R ,D 对.] 7.BD [同步卫星的轨道平面过地心,且相对地面静止,只能在赤道上空,它的高度一定, 速率一定,周期一定,与地球自转同步,故选项 B、D 正确.] 8.C [观察者看到的都是同步卫星,卫星在赤道上空,到地心的距离相等.] 9.AC [由题意知甲卫星的轨道半径比乙大,由万有引力提供向心力可得 GMm r2 =m4π2 T2 r,得 出周期和轨道半径的关系 T=2π r3 GM ,轨道半径越大,卫星周期越长,可得出 A 选项正确.又 由万有引力充当向心力的另一个表达式 GMm r2 =m v2 r 可得线速度和轨道半径的关系 v= GM r , 轨道半径越大,线速度越小,可得出 B 项错误.又由 GMm r2 =ma,得 a=GM r2 ,故轨道半径越 大,向心加速度越小,可得出 C 项正确.地球同步卫星的轨道应在赤道正上方,不可能经过 北极的正上方,D 项错误.] 10.BD [根据万有引力提供向心力,G Mm H+R2 =m4π2 T2 (H+R),卫星距地面的高度为 H= 3 GMT2 4π2 -R,A 错;根据 G Mm H+R2 =m v2 H+R ,可得卫星的运行速度 v= GM H+R ,而第一宇 宙速度为 GM R ,故 B 对;卫星运行时受到的向心力大小为 F 向=G Mm H+R2 ,C 错;根据 G Mm H+R2 =ma 向,可得卫星运行的向心加速度为 a 向=G M H+R2 ,而地球表面的重力加速度为 g=GM R2 , D 对.] 11.B [设月球表面的重力加速度为 g′,由物体“自由落体”可得 h=1 2g′t2,飞船在月球 表面附近做匀速圆周运动可得 GMm R2 =mv2 R ,在月球表面附近 mg′=GMm R2 ,联立得 v= 2Rh t , 故 B 正确.] 12.(1) gR (2)2π R+h3 gR2 解析 (1)根据重力提供向心力可知 mg=mv2 R ,得 v= gR (2)在地表,物体受到的重力等于地球对它的引力 mg=GMm R2 卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力来自于地球对它的引力 G Mm R+h2 =m(R+h)4π2 T2 ,得 T= 2π R+h3 gR2 13.见解析 解析 对环月卫星,根据万有引力定律和牛顿第二定律得GMm r2 =m4π2 T2 r,解得 T=2π r3 GM 则 r=R 月时,T 有最小值,又GM R 2月 =g 月 故 Tmin=2π R 月 g 月 =2π 1 4R 地 1 6g 地 =2π 3R 地 2g 地 代入数据解得 Tmin≈1.73 h 环月卫星最小周期为 1.73 h,故该报道是则假新闻.