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)我國在西昌衛(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)行速度小于第一宇宙速度,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。地球同步衛(wèi)星在赤道

2、上空相對地面靜止,并且距地面的高度一定,大約是3.6104km,選項(xiàng)B正確。地球同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的周期與地球自轉(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=2r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,我國新一代運(yùn)載火箭“長征七號”在海南文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空,這將有效提升我國進(jìn)出空間的能力。海南文昌航天發(fā)射場為低緯度濱海發(fā)射基地,將同型號的火箭從高緯度發(fā)射場移到低緯度發(fā)射場,推力可提升,這對人造衛(wèi)星的

3、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35684158A.物體所受地球的萬有引力小,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=R可知物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度越大,衛(wèi)星發(fā)射前具有較大初動能,這些都對發(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關(guān),C項(xiàng)錯(cuò)誤;慣性由物體質(zhì)量決定,與物體所處緯度無關(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

4、宙速度為v,則該星球的第一宇宙速度為()A.vB.kvC.nkD.【解析】選B。由G=m,得v=,將M=r3代入,可得vr,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?！狙a(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=,利用比值法可知C正確。4.我國首次太空課在距地球300多千米的“天宮一號”上舉行,如圖所示是宇航員王亞平在“天宮一號”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

5、列說法正確的是()A.“水球”在太空中不受地球引力作用B.“水球”相對地球運(yùn)動的加速度為零C.若王亞平的質(zhì)量為m,則她在“天宮一號”中受到地球的引力為mgD.“天宮一號”的運(yùn)行周期約為1.5h【解析】選D。“天宮一號”是圍繞地球運(yùn)動的,即地球的萬有引力提供了其做圓周運(yùn)動的向心力,“水球”與“天宮一號”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;“水球”受到地球引力而圍繞地球做圓周運(yùn)動,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”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;由萬有引力提供向心力的表達(dá)式可得:G=mr,解得:T=,

6、又GM=gR2,可得:T=s5400s=1.5 h,選項(xiàng)D正確。5.(2017臨沂高一檢測)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,a是地球同步衛(wèi)星,則()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號35684159A.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D.衛(wèi)星b的周期大于24h【解析】選A。根據(jù)公式G=m2r可得=,運(yùn)動半徑越大,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

7、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=2,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?！狙a(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)動的半徑逐漸減小,則下列說法正確的是()A.運(yùn)動速度變大B.運(yùn)動周期減小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、。根據(jù)牛頓第二定律得:G=m=m2r=mr,解得v=,=,T=,向心加速度a=2r=r,需要的向心力等于萬有引力:F需=G,根據(jù)軌道

8、半徑r逐漸減小,可以得到v、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。下列說法正確的是()A.不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行,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)動時(shí),運(yùn)動半徑在變

9、化,所以加速度在變化,B對、C錯(cuò);衛(wèi)星在軌道2做勻速圓周運(yùn)動,速度的大小不變,方向時(shí)刻改變,D錯(cuò)?！究偨Y(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)動或近心運(yùn)動的條件進(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

10、的共同作用下,可與月球一起以相同的周期繞地球運(yùn)動。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。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35684160A.a2a3a1B.a2a1a3C.a3a1a2D.a3a2a1【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=2r?！窘馕觥窟xD。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

11、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,這就說明r2r1r3,根據(jù)a1=r1,a2=r2,由題意知1=2,所以a2a1,又因?yàn)閍3=G、a2=G,所以a3a2,因此a3a2a1成立,D正確。8.(多選)(2017唐山高一檢測)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,下列說法中正確的是()A.中

12、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C.在中軌道衛(wèi)星經(jīng)過地面某點(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6小時(shí),中軌道衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)一周,回到原

13、來位置,而同步衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)過的角度為,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)(2017宿遷高一檢測)美國國家科學(xué)基金會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/sB.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

14、三宇宙速度【解析】選B、D。由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有引力,則mg=,則星球的質(zhì)量M=,星球的密度=,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21,故它們的密度之比為12,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41,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由于該行星是在太陽系之外,故需要飛出太陽系,所以航天器的發(fā)射速度至少要達(dá)到第三

15、宇宙速度,選項(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=mgG=m(R+h)()2由兩式得h=-R=m-6400103m3.6107m。又因?yàn)镚=m由兩式得v=m/s3.1103m/s。答案:3.6107m3.1103m/s10.(

16、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=6.6710-11Nm2/kg2,地球半徑R約為6.4103km)。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號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)白矮星對物體的萬有引力恰好提供物體隨白矮星轉(zhuǎn)動的向心力,設(shè)白矮星質(zhì)量為M,半徑為r,赤道上物體的質(zhì)量為m,則有G=mr,白矮星的質(zhì)量為M=。白矮星的密度為=kg/m3=1.411011k

17、g/m3。(2)白矮星的第一宇宙速度,就是物體在萬有引力作用下沿白矮星表面繞它做勻速圓周運(yùn)動時(shí)的速度,即G=。白矮星的第一宇宙速度為v=m/s=4.02107m/s。答案:(1)1.411011kg/m3(2)4.02107m/s【能力挑戰(zhàn)區(qū)】1.1871年,人們發(fā)現(xiàn)了太陽系中的第七顆行星天王星,但是,它的運(yùn)動軌跡有些“古怪”:根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出來的軌道與實(shí)際觀測的結(jié)果總有一些偏差;英國劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國年輕的天文學(xué)家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)天王星的觀測資料,各自獨(dú)立地利用萬有引力定律計(jì)算出這顆“新”行星的軌道,后來這顆行星被命名為“海王星”;設(shè)天

18、王星和海王星各自繞太陽做勻速圓周運(yùn)動,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有引力,那么海王星的軌道半徑為()A.RB.RC.RD.R【解析】選C。由題意可知:海王星與天王星相距最近時(shí),對天王星的影響最大,且每隔時(shí)間t發(fā)生一次最大的偏離。海王星運(yùn)動的周期為T,圓軌道半徑為R,則有:t=2,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,且手邊沒有可查

19、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6.4103km,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】對環(huán)月衛(wèi)星,根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律得=mr,解得T=2r=R月時(shí),T有最小值,又=g月故Tmin=2=2=2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