优化方案高中物理 第六章 万有引力与航天 第五、六节 宇宙航行 经典力学的局限性分层演练巩固落实 新人教版必修2.doc

第五、六节 宇宙航行 经典力学的局限性学生用书p54随堂达标1下列说法中正确的是()a经典力学适用于任何情况下的任何物体b狭义相对论否定了经典力学c量子力学能够描述微观粒子运动的规律性d万有引力定律也适用于强相互作用力解析：选c.经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故a项是错误的；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故b项是错误的；量子力学正确描述了微观粒子运动的规律性，故c项是正确的；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故d项是错误的2. 关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是()a它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度b它是人造地球卫星在近地圆轨道上的绕行速度c它是能使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度d它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度解析：选bc.第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，也是卫星环绕地球做圆周运动的最大绕行速度，选项a错误，选项b、c正确；卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点的速度大于第一宇宙速度，选项d错误3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”加速度大解析：选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gm，得v.因为r1r2，故“天宫一号”的运行速度较小，选项a错误；根据gm2r，得t2 ，故“天宫一号”的运行周期较长，选项b正确；根据gm2r，得，故“天宫一号”的角速度较小，选项c错误；根据gma，得a，故“天宫一号”的加速度较小，选项d错误4.(2015高考山东卷)如图，拉格朗日点l1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以相同的周期绕地球运动据此，科学家设想在拉格朗日点l1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动以a1、a2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a3表示地球同步卫星向心加速度的大小以下判断正确的是()aa2a3a1ba2a1a3ca3a1a2 da3a2a1解析：选d.空间站和月球绕地球运动的周期相同，由a2r知，a2a1；对地球同步卫星和月球，由万有引力定律和牛顿第二定律得gma，可知a3a2，故选项d正确5(选做题)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 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gd卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度解析：选bd.天体运动的基本原理为万有引力提供向心力，地球的引力使卫星绕地球做匀速圆周运动，即f引f向m.当卫星在地表运行时，f引mg(此时r为地球半径)，设同步卫星离地面高度为h，则f引f向ma向mg，所以c错误，d正确由得，v ，b正确，由，得rh，即hr，a错误课时作业一、选择题1(多选)可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道()a与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆b与地球表面上某一经度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解析：选cd.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，故选项a错误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某一经度线所决定的平面共面，选项b错误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3.6104 km，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们绕地球运转的周期和地球自转的周期不同，就会相对于地面运动，选项c、d正确2(2015哈尔滨高一检测)当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后，下列叙述正确的是()a在任何轨道上运动时，地球球心都在卫星的轨道平面内b卫星运动速度一定等于7.9 km/sc卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧测力计直接测出所受重力的大小d因卫星处于完全失重状态，所以在卫星轨道处的重力加速度等于零解析：选a.由于地球对卫星的万有引力提供向心力，所以球心必然是卫星轨道的圆心，a正确只有贴近地面做匀速圆周运动的卫星的速度才等于7.9 km/s，其他卫星的线速度小于7.9 km/s，b错误卫星绕地球做匀速圆周运动，其内部的物体处于完全失重状态，弹簧测力计无法测出其重力，地球在卫星轨道处产生的重力加速度等于其向心加速度，并不等于零，c、d错误3(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是()a第一宇宙速度v17.9 km/s，第二宇宙速度v211.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2b美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发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体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度d第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度解析：选cd.根据v可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v17.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选项d正确；实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项a错误；美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项b错误；第二宇宙速度是在地面附近使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造行星的最小发射速度，选项c正确4探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比()a轨道半径变小 b向心加速度变小c线速度变小 d角速度变小解析：选a.由mr2可知，变轨后探测器轨道半径变小，由a、v、可知，探测器向心加速度、线速度、角速度均变大，只有选项a正确5若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为()a16 km/s b32 km/sc4 km/s d2 km/s解析：选a.第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，对于近地卫星，其轨道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，根据万有引力定律和牛顿第二定律得gm，解得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，则2，故v2v28 km/s16 km/s，a正确6星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为第二宇宙速度星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2v1.已知某星球的半径为r，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的.不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为()a. b. c. d.gr解析：选c.在星球表面附近，有mgm，所以该星球的第一宇宙速度v1.又v2v1，得v2，故选项c正确7(多选)为了探测x星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为r1的圆轨道上运动，周期为t1，总质量为m1.随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2，则()ax星球的质量为mbx星球表面的重力加速度为gxc登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为d登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为t2t1解析：选ad.以飞船为研究对象，则m1，解得x星球的质量为m，选项a正确；飞船的向心加速度为a，不等于x星球表面的重力加速度，选项b错误；登陆舱在r1的轨道上运动时满足：m2，m2，登陆舱在r2的轨道上运动时满足：m2，m2.由上述公式联立可解得：，所以选项c错误，选项d正确8(多选)地球“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致关于该“空间站”的说法正确的有()a运行的加速度一定等于其所在高度处的重力加速度b运行的速度等于同步卫星运行速度的倍c站在地球赤道上的人观察到它向东运动d在“空间站”工作的宇航员因受力平衡而在其中悬浮或静止解析：选ac.空间站运行的加速度和所在位置的重力加速度均由其所受万有引力提供，故a正确；由gmv，运行速度与轨道半径的二次方根成反比，并非与离地高度的二次方根成反比，故b错误；由gm2rt2r，所以空间站运行周期小于地球自转的周期，故c正确；空间站宇航员所受万有引力完全提供向心力，处于完全失重状态，d错误9我国自主研制的“嫦娥三号”，携带“玉兔”月球车已于2013年12月2日1时30分在西昌卫星发射中心发射升空，落月点有一个富有诗意的名字“广寒宫”若已知月球质量为m月，半径为r，引力常量为g，以下说法正确的是()a若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最大运行速度为 b若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最小周期为2 c若在月球上以较小的初速度v0竖直上抛一个物体，则物体上升的最大高度为d若在月球上以较小的初速度v0竖直上抛一个物体，则物体从抛出到落回抛出点所用时间为解析：选c.对近月卫星，gm，线速度v，周期t2，选项a、b错误；月球表面的重力加速度g，在月球上以较小的初速度v0竖直上抛的物体上升的最大高度为h，选项c正确、d错误10.宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，飞船为了追上轨道空间站完成对接，可采取的方法是()a飞船加速直到追上空间站，完成对接b飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接c飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接d无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接解析：选b.由于宇宙飞船做圆周运动的向心力是地球对其施加的万有引力，由牛顿第二定律有m，得v .想追上同轨道上的空间站，直接加速会导致飞船轨道半径增大，由上式知飞船在一个新轨道上运行时速度比空间站的速度小，无法对接，故a错飞船若先减速，它的轨道半径减小，速度增大，故在低轨道上飞船可接近或超过空间站当飞船运动到合适的位置后再加速，则其轨道半径增大，同时速度减小当刚好运动到空间站所在轨道处时飞船的速度刚好等于空间站的速度，可完成对接若飞船先加速到一个较高轨道，其速度小于空间站速度，此时空间站比飞船运动快，当二者相对运动一周后，使飞船减速，轨道半径减小又使飞船速度增大，仍可追上空间站，但这种方法易造成飞船与空间站碰撞，不是最好办法，且空间站追上飞船不合题意综上所述，应选b.二、非选择题11人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒大约自转一周(万有引力常量g6.671011 nm2/kg2，地球半径r约为6.4103 km)(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致由于快速转动被“甩”掉，它的密度至少为多少？(2)设某白矮星密度约为此值，其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度约为多少？解析：(1)设白矮星质量为m，半径为r，其赤道上物体的质量为m，则有gmr，白矮星的质量为m，白矮星密度为 kg/m31.411011 kg/m3，即要使物体不被甩掉，白矮星的密度至少为1.411011 kg/m3.(2)白矮星的第一宇宙速度为：v m/s4.02107 m/s.答案：(1)1.411011