人教版 高中物理 必修2第6章第5节《宇宙航行》同步练习.docx

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人教版高中物理必修2第6章第5节《宇宙航行》同步练习

第五节宇宙航行

一、多选题

1、关于地球同步通讯卫星，下列说法正确的是（）

A.它一定在赤道上空运行

B.各国发射的这种卫星轨道半径都一样

C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度

D.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间

【答案】ABC

【解析】地球同步卫星的轨道在赤道上方一定高度的位置，所有同步卫星的轨道半径都相等，选项A、B正确；同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，所以同步卫星的线速度小于近地卫星的线速度，即小于第一宇宙速度，选项C正确，D错误。

2、如图所示，三颗人造卫星正在围绕地球做匀速圆周运动，则下列有关说法中正确的是（）

A.卫星可能的轨道为a、b、c

B.卫星可能的轨道为a、c

C.同步卫星可能的轨道为a、c

D.同步卫星可能的轨道为a

【答案】BD

【解析】卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必须与地心重合，所以卫星可能的轨道为a、c，选项A错误、B正确；同步卫星位于赤道的上方，可能的轨道为a，选项C错误、D正确。

3、2001年3月23日“和平”号空间站完成了它的历史使命，坠落在浩瀚的南太平洋．“和平”号空间站是20世纪质量最大，寿命最长，载人最多，技术最先进的航天器，它在空间运行长达15年，下面有关“和平”号空间站坠落过程的说明正确的是（　　）

A．“和平”号空间站进入较稠密大气层时，将与空气摩擦，空气阻力大大增加

B．“和平”号空间站在整个坠落过程中的运动轨迹是直线

C．“和平”号空间站在整个坠落过程中的运动轨迹是曲线

D．“和平”号空间站在进入大气层前，高度降低，速度变大

【答案】ACD

【解析】由F引＝F向得v＝则高度降低，运动轨道半径减小，速度变大，进入大气层，空间站所受空气阻力大大增加，将沿着曲线坠落，不可能沿直线行进．

4、可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道（　　）．

A．与地球表面上某一纬线（非赤道）是共面同心圆

B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆

C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的

D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的

【答案】　CD

【解析】　人造卫星运行时，由于地球对卫星的引力是它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上（除地心外）的某一点，故A是不对的；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以B也是不对的；相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们自转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动．

5、关于地球的第一宇宙速度，下面说法中正确的是（）

A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度

B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度

C它是能使卫星进入近地轨道的最小速度

D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度

【答案】BC

【解析】卫星绕地球做圆周运动的向心力是地球对卫星的引力，则，，所以，随着卫星轨道半径的增大，线速度减小，当其轨运半径最小为地球半径时，线速度最大，该线速度正是第一宇宙速度，A选项错，B选项对；如果不计空气阻力，在地面附近以第一宇宙速度平抛一物体，该物体恰能绕地球做匀速圆周运动，成为地球的卫星;而若以小于第一宇宙速度的速度平抛物体，则物体在重力作用下会落到地面上。

所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，选项C对，D错

二、填空

1、若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，这颗行星的第一宇宙速度约为

【答案】　16km/s

【解析】　第一宇宙速度v＝，该星球表面的第一宇宙速度与地球表面的第一宇宙速度之比＝＝2，v1＝2v2＝2×8km/s＝16km/s.

2、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

【答案】　

【解析】物体在月球表面做自由落体运动，有h＝，又飞船在月球表面做匀速圆周运动，故有v＝，联立两式得v＝，B正确．

3、一颗人造地球卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，其运行速度是地球第一宇宙速度的倍。

【答案】

【解析】由，得，而第一宇宙速度为近地轨道卫星的线速度，由，得，故卫星的速度是第一宇宙速度的倍。

4、若两颗卫星的质量分别是m1和m2，绕地球运行的轨道半径分别是r1和r2，则两颗卫星的向心加速度之比为；周期之比为。

【答案】r22:

r12；

【解析】由，得a向=GM/r2，所以a1:

a2=r22:

r12；由，得，所以T1：

T2=

5、近地卫星线速度为7.9km/s，已知月球质量是地球质量的1/81，地球半径是月球半径的3.8倍，则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度约为

【答案】1.7km/s

【解析】卫星在地球（月球）表面附远绕地球（月球）做匀速圆周运动，向心力为地球（月球）对卫星的吸引力，则，近地（月）卫星的线速度，

近月卫星与近地卫星的线速度之比为

所以近月卫星的线速度为

v2=0.22v1=0.22×7.9km/s=1.7km/s

三、计算题

1、地球A和某一行星B的半径之比为R1∶R2＝1∶2，平均密度之比为ρ1∶ρ2＝4∶1.若地球表面的重力加速度为10m/s2，那么B行星表面的重力加速度是多少？

若在地球表面以某一初速度竖直上抛的物体最高可达20m，那么在B行星表面以同样的初速度竖直上抛一物体，经多少时间该物体可落回原地？

（气体阻力不计）

【答案】　5m/s2　8s

【解析】　重力近似等于万有引力，即＝mg，g∝，所以①，

由M＝ρV＝，得②，

把R1∶R2＝1∶2、ρ1∶ρ2＝4∶1、g1＝10m/s2代入方程组，可解得g2＝5m/s2.

在地球表面竖直上抛的物体最高可达20m，其运动的初速度v0＝＝m/s＝20m/s，

在B行星表面以同样的初速度竖直上抛一物体，落回原地的时间t＝＝s＝8s.

2、一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，已知地球的第一宇宙速度为=7.9km/s，求：

（1）这颗卫星运行的线速度为多大？

（2）它绕地球运动的向心加速度为多大？

（3）质量为1kg的仪器放在卫星内的平台上，仪器受到的重力为多大？

它对平台的压力有多大？

【答案】

（1）5.6km/s

（2）2.45（3）2.45N0

解析：

（1）卫星近地运行时，有=

卫星离地面的高度为R时，有=

由以上两式得km/s≈5.6km/s。

（2）卫星离地面的高度为R时，有=ma

靠近地面时，有=mg

解得=2.45。

（3）在卫星内，仪器的重力等于地球对它的万有引力，则

由于卫星内仪器的重力完全用于提供其做圆周运动的向心力，仪器处于完全失重状态，所以仪器对平台的压力为0。

3、若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为多少

【答案】16km/s

【解析】　由得v＝

因为行星的质量M′是地球质量M的6倍，半径R′是地球半径R的1.5倍，即M′＝6M，R′＝1.5R，得

＝2

即v′＝2v＝2×8km/s＝16km/s

4、1990年3月，中国紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2752号小行星命名为吴健雄星，其直径32km。

如该行星的密度和地球的密度相同，则对该小行星而言，第一宇宙速度为多少？

（已知地球半径R0=6400km，地球的第一宇宙速度v1≈8m/s）

【答案】20m/s

【解析】设小行星的第一宇宙速度为v2，质量为M，地球质量为M0。

则有

，

而

M=，M0=

故

km/s=20m/s。

该行星的第一宇宙速度为20m/s。

5、在宇宙中某处，设想有一个质量为m的小物体，沿着一个很大的光滑金属球表面作匀速圆周运动（圆轨道半径R与金属球半径相等），金属球密度ρ=8.0×103kg/m3，其他星体对它的引力可忽略不计，求该小物体在金属球上绕行一周所需的最短时间。

【答案】4.2×103s

【解析】设金属球的质量为M，半径为R，物体沿金属球的表面铸匀速圆周运动时，金属球对物体的支持力为FN，则

显然，当FN=0时，小物体在金属表面绕球做匀速圆周运动的周期最小，即

再由M=ρV=4πR3ρ/3，求得最小周期为

，代入数据整理得

Tmin=4.2×103s。

四、实验题

1、我国已启动月球探测计划“嫦娥工程”，如图为设想中的“嫦娥1号”月球探测器飞行路线示意图．

（1）在探测器飞离地球的过程中，地球对它的引力________（选填“增大”“减小”或“不变”）．

（2）结合图中信息，通过推理，可以得出的结论是（　　）

①探测器飞离地球时速度方向指向月球

②探测器经过多次轨道修正，进入预定绕月轨道

③探测器绕地球的旋转方向与绕月球的旋转方向一致

④探测器进入绕月轨道后，运行半径逐渐减小，直至到达预定轨道

A．①③　　　B．①④　　　

C．②③　　　D．②④

【答案】

（1）减小　

（2）D

【解析】

（1）根据万有引力定律F＝，当距离增大时，引力减小；

（2）由探测器的飞行路线可以看出：

探测器飞离地球时指向月球的前方，当到达月球轨道时与月球“相遇”，①错误；探测器经多次轨道修正后，才进入预定绕月轨道，②正确；探测器绕地球旋转方向为逆时针方向，绕月球旋转方向为顺时针方向，③错误；探测器进入绕月轨道后，运行半径逐渐减小，直至到达预定轨道，④正确．

2、在半径R=4000km的某星球表面，宇航员做了如下实验，实验装置如图甲所示，竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成，将质量m=0.2kg的小球从轨道上高H处的某点由静止滑下，用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F，改变H的大小，可测出相应的F大小，F随H的变化关系如图乙所示，忽略星球自转。

求：

（1）圆弧轨道BC的半径；

（2）该星球的第一宇宙速度。

【答案】

（1）0.16m

（2）4×103m/s

【解析】

（1）小球由A到C的过程中，由动机械能守恒定律得：

小球在C点时，由牛顿第二定律和圆周运动的知识得

联立以上两式可得：

由图像可得H=0.4m,F=0N;H=1.0m，F=6N

代入可得：

r=0.16m

（2）由上面可解得=4m/s2

卫星在绕星球表面做圆周运动时，重力提供向心力

解得:

=4×103m/s

五、综合题

1、2012年6月16日，“神舟九号”飞船顺利升空．在“神舟九号”和“天宫一号”组合体飞行期间，3名航天员在轨正常工作和生活，开展了一系列空间科学实验和技术试验．若组合体在离地面高为h的轨道上做圆周运动，如图6－5－6所示．地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g.航天员站在飞船的返回舱内时，求：

图6－5－6

（1）航天员对舱底的压力，简要说明理由．

（2）航天员运动的加速度大小．

【答案】　

（1）零　理由见解析　

（2）

【解析】　因为地球对航天员的万有引力完全用于提供航天员随飞船绕地球做匀速圆周运动的向心力，航天员处于完全失重状态，故航天员对舱底的压力为零．

（2）设地球的质量为M，航天员的质量为m，根据万有引力定律，在离地面高h处，有

在地球表面，有

由以上两式解得a＝

2、荡秋千是大家喜爱的一项体育运动。

随着科技迅速发展，将来的某一天，同学们也