新教材同步備課2024春高中物理課時分層作業(yè)10宇宙航行新人教版必修第二冊

課時分層作業(yè)(十)宇宙航行◎題組一宇宙速度的理解與計算1．(多選)下列關(guān)于三種宇宙速度的說法正確的是()A．第一宇宙速度v1＝7.9km/s，第二宇宙速度v2＝11.2km/s，則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1，小于v2B．我國發(fā)射的天問一號火星探測衛(wèi)星，其發(fā)射速度大于第三宇宙速度C．第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力的束縛，成為繞太陽運行的人造小行星的最小發(fā)射速度D．第一宇宙速度7.9km/s是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球做圓周運動的最大運行速度2．(2022·福建南平高三檢測)一航天員在某星球上立定跳高的最好成績是地球上的4倍，該星球半徑為地球的一半。阻力不計，則該星球的第一宇宙速度約為()A．2.0km/s B．2.8km/sC．4.0km/s D．5.9km/s3．星球上的物體脫離星球引力所需的最小速度稱為該星球的第二宇宙速度。星球的第二宇宙速度v2與其第一宇宙速度v1的關(guān)系是v2＝2v1。已知某星球的半徑為r，表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的16A．gr B．1C．13gr D．4．(2022·四川成都七中期中)已知地球與某未知星球的第一宇宙速度之比約為24∶7，近地衛(wèi)星與繞未知星球表面飛行的衛(wèi)星(運行軌道均可近似看作圓)的環(huán)繞周期之比約為3∶4，則地球與某未知星球的質(zhì)量比值約為()A．24 B．27C．30 D．35◎題組二人造地球衛(wèi)星5．(多選)如圖所示的圓a、b、c，其圓心均在地球自轉(zhuǎn)軸線上，b、c的圓心與地心重合，b所在平面與地球自轉(zhuǎn)軸線垂直，對環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星而言()A．衛(wèi)星的軌道可能為aB．衛(wèi)星的軌道可能為bC．衛(wèi)星的軌道可能為cD．同步衛(wèi)星的軌道一定為與b共面的某一同心圓6．(2022·濟南一中高一檢測)如圖所示，我國“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，衛(wèi)星軌道半徑大小不同，其運行速度、周期等參量也不相同，下列說法正確的是()A．衛(wèi)星軌道半徑越大，環(huán)繞速度越大B．衛(wèi)星的線速度小于7.9km/sC．衛(wèi)星軌道半徑越小，向心加速度越小D．衛(wèi)星軌道半徑越小，運動的角速度越小7．土星是太陽系中第二大行星，也是一個氣態(tài)巨行星，圖示為繞土星飛行的飛行器近距離拍攝的土星表面的氣體渦旋。假設(shè)飛行器繞土星做勻速圓周運動，距離土星表面高度為h。土星可視為均勻球體，已知土星質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G。求：(1)土星表面的重力加速度g；(2)飛行器的運行速度v；(3)若土星的自轉(zhuǎn)周期為T，求土星同步衛(wèi)星距土星表面的高度H。8．利用三顆位置適當?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊。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，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為()A．1h B．4hC．8h D．16h9．截至2022年3月24日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”環(huán)繞器在軌運行609天，距離地球2.77億千米。已知火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的10%，半徑約為地球半徑的50%，下列說法正確的是()A．火星探測器的發(fā)射速度應(yīng)大于地球的第二宇宙速度B．火星探測器的發(fā)射速度應(yīng)介于地球的第一和第二宇宙速度之間C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度10．(多選)已知地球質(zhì)量為m地，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m，引力常量為G。有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是()A．衛(wèi)星距地面的高度為3B．衛(wèi)星的運行速度小于第一宇宙速度C．衛(wèi)星運行時受到的向心力大小為GmD．衛(wèi)星運行的向心加速度小于地球表面的重力加速度11．人們認為某些白矮星(密度較大的恒星)大約每秒鐘自轉(zhuǎn)一周(引力常量G＝6.67×10-11N·m2/kg2，地球半徑R約為6.4×103km)。(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？(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)假設(shè)某白矮星的密度約為此值，且其半徑等于地球半徑，則它的第一宇宙速度約為多少？12．(多選)P1、P2為相距遙遠的兩顆行星，距各自表面相同高度處各有一顆衛(wèi)星s1、s2做勻速圓周運動。圖中縱坐標表示行星對周圍空間各處物體的引力產(chǎn)生的加速度a，橫坐標表示物體到行星中心的距離r的平方，兩條曲線分別表示P1、P2周圍的a與r2的反比關(guān)系，它們左端點橫坐標相同。則()A．P1的平均密度比P2的大B．P1的第一宇宙速度比P2的小C．s1的向心加速度比s2的大D．s1的公轉(zhuǎn)周期比s2的大課時分層作業(yè)(十)123456891012CDBCCBCDBBABDAC1．CD[根據(jù)v＝GMr可知，衛(wèi)星的軌道半徑r越大，即距離地面越遠，衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小，v12．B[根據(jù)h＝v022g可知4g星＝g地，又R星＝12R地，根據(jù)第一宇宙速度的表達式v＝gR可得v星＝g星g地×R星R3．C[由第一宇宙速度公式可知，該星球的第一宇宙速度為v1＝gr6，結(jié)合v2＝2v1可得v2＝14．C[由GMmR2＝mv2R解得，v＝GMR，由題意知v地v星＝M地R星M星R地≈247；由GMmR5．BCD[物體做勻速圓周運動時，物體所受的合外力方向一定要指向圓心，對于環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星而言，就要求所受的萬有引力指向地心，故A錯誤，B、C正確；對于同步衛(wèi)星來說，由于相對地球表面靜止，所以同步衛(wèi)星應(yīng)在赤道的正上方，D正確。]6．B[人造地球衛(wèi)星在繞地球做圓周運動時，由地球?qū)πl(wèi)星的引力提供圓周運動的向心力，故有GMmr2＝mv2r＝man＝mω2r，得v＝GMr，an＝GM7．解析：(1)在土星表面，物體的重力等于其所受的萬有引力，有mg＝GMm可得g＝GMR(2)由萬有引力提供飛行器繞土星做勻速圓周運動的向心力，有GMmR+h可得v＝GMR+(3)土星同步衛(wèi)星繞土星做勻速圓周運動的周期等于土星的自轉(zhuǎn)周期，根據(jù)萬有引力提供向心力，有GMmR+H2＝m2πT2(R＋H)解得，H答案：(1)GMR2(2)GMR+h8．B[同步衛(wèi)星的環(huán)繞周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等，對同步衛(wèi)星有GMm6.6R2＝m4π224h2(6.6R)，地球自轉(zhuǎn)周期減小，則同步衛(wèi)星需要降低高度，三顆衛(wèi)星全覆蓋赤道的最小高度如圖所示，圖中MP、MQ與地球相切，根據(jù)幾何關(guān)系得同步衛(wèi)星的最小軌道半徑為2R，由開普勒第三定律，有9．A[當發(fā)射速度介于地球的第一和第二宇宙速度之間時，探測器將圍繞地球轉(zhuǎn)動，當發(fā)射速度大于地球的第二宇宙速度時，探測器將脫離地球的引力在太陽系的范圍內(nèi)運動，火星在太陽系內(nèi)，所以火星探測器的發(fā)射速度應(yīng)大于地球的第二宇宙速度，A正確，B錯誤；行星的第一宇宙速度為該行星表面軌道處衛(wèi)星的運行速度，則有GMmR2＝mv2R，解得v＝GMR，可得火星的第一宇宙速度與地球的第一宇宙速度之比為v火v地＝M火R地M地R火＝110．BD[由Gm地mR+h2＝m(R＋h)2πT2得衛(wèi)星距地面的高度為3Gm地T24π2－11．解析：(1)假設(shè)赤道上的物體剛好不被“甩”掉，則此時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GMmr2＝m白矮星的質(zhì)量為M＝4白矮星的密度為ρ＝MV＝4π2r3GT243π(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做勻速圓周運動時的速度即GMmR2＝白矮星的第一宇宙速度為v＝GMR＝Gρ·＝43＝4.02×107m/s。答案：(1)1.41×1011kg/m3(2)4.02×107m/s12．AC[由圖像左端點橫坐標相同可知，P1、P2兩行星的半徑R相等，對于兩行星的