廣西專版2024-2025學年新教材高中物理第7章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行課后訓練新人教版必修第二冊

4宇宙航行課后·訓練提升合格考過關檢驗一、選擇題(第1~5題為單選題,第6~8題為多選題)1.某位同學設想了人造地球衛(wèi)星軌道(衛(wèi)星發(fā)動機關閉),其中不行能的是()答案:D解析:人造地球衛(wèi)星靠萬有引力供應向心力,做勻速圓周運動,萬有引力的方向指向地心,所以圓周運動的圓心是地心。故選項A、B、C正確,D錯誤。2.關于宇宙速度,下列說法正確的是()A.第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小放射速度B.第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C.其次宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時的最大速度D.第三宇宙速度是放射人造地球衛(wèi)星的最小速度答案:A解析:第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小放射速度,也是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度,選項A正確,B錯誤;其次宇宙速度是在地面上放射物體,使之成為繞太陽運動或繞其他行星運動的人造衛(wèi)星所必需的最小放射速度,選項C錯誤;第三宇宙速度是在地面上放射物體,使之飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小放射速度,選項D錯誤。3.關于靜止衛(wèi)星的描述正確的是()A.靜止衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面成0度角B.靜止衛(wèi)星的軌道高度可以是隨意高度C.靜止衛(wèi)星的周期與月球的公轉周期相同D.靜止衛(wèi)星轉向與地球的轉向相反答案:A解析:靜止衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面成0度角,選項A正確;靜止衛(wèi)星的周期與地球自轉周期相等,小于月球的公轉周期,依據T=2πr34.探討表明,地球自轉在漸漸變慢,3億年前地球自轉的周期約為22h。假設這種趨勢會持續(xù)下去,地球的其他條件都不變,將來人類放射的地球同步衛(wèi)星與現在的相比()A.距地面的高度變大 B.向心加速度變大C.線速度變大 D.角速度變大答案:A解析:對同步衛(wèi)星環(huán)繞地球的運動,由向心力公式及萬有引力定律有Gm0m(R+h)2=m(R+h)2πT2,由此可知,隨著地球自轉周期T的漸漸增大,同步衛(wèi)星軌道離地面的高度h將漸漸變大;由G5.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖如圖所示,已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運動,a是地球同步衛(wèi)星,則()A.衛(wèi)星a的角速度的大小小于c的角速度的大小B.衛(wèi)星a的向心加速度的大小大于b的向心加速度的大小C.衛(wèi)星a的運行速度大于第一宇宙速度D.衛(wèi)星b的周期大于24h答案:A解析:由Gm地mr2=mω2r可得ω=Gm地r3,軌道半徑越大,角速度越小,故衛(wèi)星a的角速度的大小小于c的角速度的大小,選項A正確;由Gm地mr2=ma可得a=Gm地r2,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,選項B錯誤;第一宇宙速度是近地衛(wèi)星繞地球做圓周運動的速度,由Gm6.一群小行星在同一軌道上繞太陽旋轉,這些小行星具有()A.相同的速度 B.相同的加速度C.相同的運轉周期 D.相同的角速度答案:CD解析:探討衛(wèi)星繞太陽做勻速圓周運動,依據萬有引力供應向心力,列出等式Gm0mr2=mv2r=m·4π2rT2=ma=mrω2解得v=G7.假如一做圓周運動的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增大到原來的2倍仍做圓周運動,則()A.依據公式v=ωr,可知衛(wèi)星運動的線速度增大到原來的2倍B.依據公式F=mv2rC.依據公式F=Gm0D.依據上述B和C中給出的公式,可知衛(wèi)星運動的線速度減小到原來的2答案:CD解析:v=ωr中,只有當角速度恒定時,線速度才會變成原來的2倍,但事實上半徑變更后角速度也隨之發(fā)生變更,應當依據v=Gm0r,8.我國放射的神舟七號載人飛船,與神舟六號飛船相比,它在較低的軌道上繞地球做勻速圓周運動,如圖所示,下列說法正確的是()A.神舟七號的角速度較大B.神舟七號的線速度較大C.神舟七號的周期更長D.神舟七號的向心加速度較大答案:ABD解析:依據人造衛(wèi)星的萬有引力等于向心力,得Gm0mr2=m4π2T2r=mω2r=mv2r=ma,可得T=2π二、計算題9.某行星的質量為地球質量的16倍,半徑為地球半徑的4倍,已知地球的第一宇宙速度為7.9km/s,該行星的第一宇宙速度是多少?答案:15.8km/s解析:依據Gm0m得第一宇宙速度v=G因為行星的質量為地球質量的16倍,半徑為地球半徑的4倍,則行星第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2倍。所以行星的第一宇宙速度v=7.9×2km/s=15.8km/s。等級考素養(yǎng)提升一、選擇題(第1~5題為單選題,第6~7題為多選題)1.已知某星球的平均密度是地球平均密度的n倍,半徑是地球半徑的k倍,地球的第一宇宙速度為v,則該星球的第一宇宙速度為()A.nkv B.knC.nkkv D.nkv答案:B解析:由Gm地mr2=mv2r,得v=Gm地r,將m地=43πr32.在地球的衛(wèi)星中有兩類衛(wèi)星的軌道比較特別,一是極地衛(wèi)星,二是靜止衛(wèi)星。已知某極地衛(wèi)星的運行周期為12h,則下列關于極地衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星的描述正確的是()A.該極地衛(wèi)星的運行速度肯定小于靜止衛(wèi)星的運行速度B.該極地衛(wèi)星的向心加速度的大小肯定大于靜止衛(wèi)星的向心加速度的大小C.該極地衛(wèi)星的放射速度肯定大于靜止衛(wèi)星的放射速度D.該極地衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星均與地面相對靜止答案:B解析:由Gm地mr2=mv2r=ma得3.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由多顆衛(wèi)星組成,其中有幾顆是靜止衛(wèi)星,下列關于這幾顆靜止衛(wèi)星的說法正確的是()A.它們都是相對地面靜止B.它們都定點在我國領土上空C.它們的周期不同,但都是地球自轉周期的整數倍D.它們的高度不同,但都是地球半徑的整數倍答案:A解析:靜止衛(wèi)星,即與地面保持相對靜止,與地球自轉周期相同,其定位于赤道上空,距離地面的高度為定值,選項A正確,B、C、D錯誤。4.2024年5月,我國勝利完成了天舟四號貨運飛船與空間站的對接,形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動,周期約90分鐘。下列說法正確的是()A.組合體中的貨物處于超重狀態(tài)B.組合體的速度大小略大于第一宇宙速度C.組合體的角速度比地球同步衛(wèi)星的大D.組合體的向心加速度大小比地球同步衛(wèi)星的小答案:C解析:組合體在太空中只受萬有引力的作用,則組合體中的貨物處于失重狀態(tài),選項A錯誤。組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動,而第一宇宙速度為最大的環(huán)繞速度,則組合體的速度大小不行能大于第一宇宙速度,選項B錯誤。已知同步衛(wèi)星的周期為24h,則依據角速度和周期的關系有ω=2πT,由于T同>T組合體,則組合體的角速度比地球同步衛(wèi)星的大,選項C正確。組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動,有Gm0mr2=m4π2T2r,整理有T=2πr3Gm0,由于T同>T組合體5.羲和號是我國首顆太陽探測科學技術試驗衛(wèi)星。如圖所示,該衛(wèi)星圍繞地球的運動視為勻速圓周運動,軌道平面與赤道平面接近垂直。衛(wèi)星每天在相同時刻,沿相同方向經過地球表面A點正上方,恰好繞地球運行n圈。已知地球半徑為R,自轉周期為T,地球表面重力加速度為g,則羲和號衛(wèi)星軌道距地面高度為()A.gR2TC.gR2T答案:C解析:地球表面的重力加速度為g,依據牛頓其次定律得Gm0mR2=mg,解得Gm0=gR2,依據題意可知,衛(wèi)星的運行周期為T'=Tn,依據牛頓其次定律,萬有引力供應衛(wèi)星運動的向心力,則有Gm0m6.在圓軌道上的質量為m的人造地球衛(wèi)星,它到地面的距離等于地球半徑R,地面上的重力加速度取g,則()A.衛(wèi)星的線速度大小為2B.衛(wèi)星的線速度大小為gRC.衛(wèi)星運動的周期為4π2D.衛(wèi)星運動的加速度為g答案:BCD解析:人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,依據萬有引力供應向心力得Gm0m(2R)2=mv22R=m4π2T2·2R=ma;在地球表面,依據萬有引力等于重力,得Gm0mR7.如圖所示,在放射地球同步衛(wèi)星的過程中,衛(wèi)星首先進入橢圓軌道Ⅰ,然后在Q點通過變更衛(wèi)星速度,使衛(wèi)星進入地球同步軌道Ⅱ,則以下說法不正確的是()A.該衛(wèi)星的放射速度必定大于11.2km/sB.衛(wèi)星在同步軌道Ⅱ上的運行速度大于7.9km/sC.在軌道Ⅰ上,衛(wèi)星在P點的速度大于在Q點的速度D.在Q點,衛(wèi)星在軌道Ⅰ上的加速度大于在軌道Ⅱ上的加速度答案:ABD解析:11.2km/s是其次宇宙速度,若衛(wèi)星的速度等于或大于11.2km/s,它就會克服地球的引力,恒久離開地球,而同步衛(wèi)星仍舊繞地球運動,故選項A錯誤;7.9km/s是第一宇宙速度,是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度,而同步衛(wèi)星的軌道半徑大于近地衛(wèi)星的軌道半徑,依據v=Gmr,可知同步衛(wèi)星的線速度肯定小于第一宇宙速度,故選項B錯誤;在軌道Ⅰ上,衛(wèi)星由P點向Q點運動,萬有引力做負功,動能減小,所以衛(wèi)星在P點的速度大于在Q點的速度,故選項C正確;依據a=Gmr2可知,在Q點