人教版高中物理必修2第六章 万有引力与航天6. 经典力学的局限性 教案(1).doc

2019-2020学年高中物理 第六章 万有引力与航天章末小结与测评 新人教版必修21(2016全国乙卷)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯。目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为()A1 h B4 hC8 h D16 h解析：选B万有引力提供向心力，对同步卫星有：mr，整理得GM，当r6.6R地时，T24 h，若地球的自转周期变小，轨道半径最小为2R地，三颗同步卫星A、B、C如图所示分布。则有，解得T4 h，选项B正确。2.多选(2016江苏高考)如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积。下列关系式正确的有()ATATB BEkAEkBCSASB D.解析：选AD根据开普勒第三定律，又RARB，所以TATB，选项A、D正确；由Gm得，v，所以vAvB，则EkAEkB，选项B错误；由GmR得，T2，卫星与地心的连线在单位时间内扫过的面积SR2，可知SASB，选项C错误。3.(2015全国卷)由于卫星的发射场不在赤道上，同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道。当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时，发动机点火，给卫星一附加速度，使卫星沿同步轨道运行，已知同步卫星的环绕速度约为3.1103 m/s，某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55103 m/s，此时卫星的高度与同步轨道的高度相同，转移轨道和同步轨道的夹角为30，如图所示，发动机给卫星的附加速度的方向和大小约为()A西偏北方向，1.9103 m/sB东偏南方向，1.9103 m/sC西偏北方向，2.7103 m/sD东偏南方向，2.7103 m/s解析：选B作出卫星的速度变化示意图如图所示，由余弦定理可得v附加1.9103 m/s，故C、D错误；由速度变化示意图可得，v附加的方向为东偏南方向，B正确，A错误。4(2015北京高考)假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么()A地球公转的周期大于火星公转的周期B地球公转的线速度小于火星公转的线速度C地球公转的加速度小于火星公转的加速度D地球公转的角速度大于火星公转的角速度解析：选D万有引力充当地球和火星绕太阳做圆周运动的向心力，Gmrmmanm2r，可得T2 ，an，v ， ，地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，所以地球公转的周期小于火星公转的周期，地球公转的线速度、加速度、角速度均大于火星公转的线速度、加速度、角速度，A、B、C错误，D正确。5(2015山东高考)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()Aa2a3a1 Ba2a1a3Ca3a1a2 Da3a2a1解析：选D空间站和月球绕地球运动的周期相同，由an2r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Gman，可知a3a2，故选项D正确。6(2015天津高考)未来的星际航行中，宇航员长期处于零重力状态，为缓解这种状态带来的不适，有人设想在未来的航天器上加装一段圆柱形“旋转舱”，如图所示。当旋转舱绕其轴线匀速旋转时，宇航员站在旋转舱内圆柱形侧壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。为达到上述目的，下列说法正确的是()A旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越大B旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越小C宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越大D宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越小解析：选B旋转舱对宇航员的支持力提供宇航员做圆周运动的向心力，即mgm2r，解得，即旋转舱的半径越大，角速度越小，而且与宇航员的质量无关，选项B正确。7(2014新课标全国卷)假设地球可视为质量均匀分布的球体。已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0；在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G。地球的密度为()A.B.C. D.解析：选B由万有引力定律可知：Gmg0，在地球的赤道上：Gmgm2R，地球的质量MR3，联立三式可得：，故B正确。8多选(2014新课标全国卷)太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文学称为“行星冲日”。据报道，2014 年各行星冲日时间分别是：1月6日木星冲日；4月9日火星冲日；5月11日土星冲日；8月29日海王星冲日；10月8日天王星冲日。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示，则下列判断正确的是()地球火星木星土星天王星海王星轨道半径(AU)1.01.55.29.51930A.各地外行星每年都会出现冲日现象B在2015 年内一定会出现木星冲日C天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半D地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短解析：选BD相邻两次行星冲日的时间间隔就是地球比该行星多运动一周的时间，根据万有引力提供向心力mR，周期T ，相邻两次行星冲日的时间间隔为t，则t2，即tT地，即相邻两次行星冲日的时间间隔大于1年，A错误；根据木星轨道半径是地球的5.2倍，木星周期大于11年，小于12年，所以木星冲日的时间间隔大于 年小于1.1年，由于2014年的冲日时间是1月6日，所以下次木星冲日在 2015 年，B正确；根据行星的轨道半径越大，周期越大，根据相邻两次行星冲日的时间间隔t，可判断天王星相邻两次冲日时间间隔比土星的短，且都小于1.1年，天王星相邻两次冲日时间间隔不可能为土星的一半，海王星的相邻两次冲日时间间隔最短，D正确，C错误。阶段质量检测二(时间：60分钟；满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1(2016沈阳高一检测)下列说法符合史实的是()A牛顿发现了行星的运动规律B胡克发现了万有引力定律C卡文迪许测出了引力常量G，被称为“称量地球重量的人”D伽利略用“月地检验”证实了万有引力定律的正确性解析：选C由物理学史可知，开普勒发现了行星的运动规律，牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量G，牛顿用“月地检验”证实了万有引力定律的正确性，故C正确，A、B、D错误。2“嫦娥三号”在下列位置中，受到月球引力最大的是()A太阳帆板展开的位置B月球表面上的着陆点C环月椭圆轨道的近月点D环月椭圆轨道的远月点解析：选B根据FG，受月球引力最大的位置距月球球心最近，故应选B。3a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星，其中a、c的轨道相交于P(图中未画出)，b、d在同一个圆轨道上，b、c轨道位于同一平面。某时刻四颗人造卫星的运行方向及位置如图所示。下列说法中正确的是()Aa、c的加速度大小相等，且大于b的加速度Bb、c的角速度大小相等，且小于a的角速度Ca、c的线速度大小相等，且小于d的线速度Da、c存在相撞危险解析：选Aa、c的轨道相交于P，说明两颗卫星的轨道半径相等，根据Gman可知，a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度，A正确；根据Gm2r可知，b的角速度小于a、c的角速度，B错误；根据Gm可知，a、c的线速度大小相等，且大于d的线速度，C错误；由于a、c的轨道半径相等，周期相等，不存在相撞危险，D错误。4星球上的物体脱离该星球引力所需要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.解析：选A该星球的第一宇宙速度：Gm，在该星球表面处万有引力等于重力：Gm，由以上两式得v1，则第二宇宙速度v2v1，故A正确。5我国发射的“天链一号01星”是一颗同步卫星，其运动轨道与地球表面上的()A某一纬度线(非赤道)是共面的同心圆B某一经度线是共面的同心圆C赤道线是共面同心圆，且卫星相对地面是运动的D赤道线是共面同心圆，且卫星相对地面是静止的解析：选D同步卫星相对地球静止，自西向东运转，所有的卫星都必须以地心为圆心，因此同步卫星在赤道上空，与赤道线是共面同心圆，故D正确。6(2016淄博高一检测)“太空涂鸦”技术就是使低轨运行的攻击卫星在接近高轨侦查卫星时，准确计算轨道向其发射“漆雾”弹，并在临近侦查卫星时，压爆弹囊，让“漆雾”散开并喷向侦查卫星，喷散后强力吸附在侦查卫星的侦察镜头、太阳能板、电子侦察传感器等关键设备上，使之暂时失效。下列说法正确的是()A攻击卫星在轨运行速度大于7.9 km/sB攻击卫星进攻前的速度比侦查卫星的速度小C攻击卫星完成“太空涂鸦”后应减速才能返回低轨道上D若攻击卫星周期已知，结合万有引力常量就可计算出地球质量解析：选C7.9 km/s是地球卫星的最大环绕速度，A错误；攻击卫星进攻前在低轨运行，轨道半径小于高轨侦查卫星，根据Gm可知攻击卫星进攻前的速度比侦查卫星的速度大，B错误；攻击卫星完成“太空涂鸦”后减速做近心运动能返回低轨道上，C正确；根据Gmr可知，计算地球质量，除了知道攻击卫星周期、万有引力常量，还需知道攻击卫星的轨道半径，D错误。二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)7(2016绍兴高一检测)假设在宇宙中存在这样三个天体A、B、C，它们在一条直线上，天体A离天体B的高度为某值时，天体A和天体B就会以相同的角速度共同绕天体C运转，且天体A和天体B绕天体C运动的轨道都是圆轨道，如图所示。以下说法正确的是()A天体A做圆周运动的加速度小于天体B做圆周运动的加速度B天体A做圆周运动的线速度大于天体B做圆周运动的线速度C天体A做圆周运动的向心力大于天体C对它的万有引力D天体A做圆周运动的向心力等于天体C对它的万有引力解析：选BC由于天体A、B绕天体C运动的轨道都是圆轨道，根据an2r，vr可知A错误，B正确；天体A做圆周运动的向心力是由天体B和C对其引力的合力提供的，所以C正确，D错误。8两颗人造卫星质量之比是12，轨道半径之比是31，则下述说法中，正确的是()A它们的周期之比是 1B它们的线速度之比是1C它们的向心加速度之比是19D它们的向心力之比是19解析：选BC人造卫星绕地球转动时万有引力提供向心力，即Gmanmmr，解得anG，v ，T2 ，故两颗人造卫星的周期之比T1T21，线速度之比v1v21，向心加速度之比an1an219，向心力之比F1F2m1an2m2an2118，故B、C正确，A、D错误。9(2016锦州高一检测)一些星球由于某种原因而发生收缩，假设该星球的直径缩小到原来的四分之一，若收缩时质量不变，则与收缩前相比()A同一物体在星球表面受到的重力增大到原来的4倍B同一物体在星球表面受到的重力增大到原来的16倍C星球的第一宇宙速度增大到原来的4倍D星球的第一宇宙速度增大到原来的2倍解析：选BD由重力等于万有引力mgG可知，同一物体在星球表面受到的重力增大为原来的16倍，A错误，B正确；由第一宇宙速度计算式v 可知，星球的第一宇宙速度增大为原来的两倍，C错误，D正确。10如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两颗星球之间的距离为L，质量之比m1m232，则可知()Am1、m2做圆周运动的线速度之比为23Bm1、m2做圆周运动的角速度之比为32Cm1做圆周运动的半径为 LDm2做圆周运动的半径为 L解析：选AC设两星的运动半径分别为r1和r2，由于两星的周期相同，由知，它们的角速度相同，B错误；两星之间的万有引力等于它们的向心力，即m1r12m2r22，而r1r2L，所以r1L，r2L，C正确，D错误；又因vr，所以v1v2r1r223，A正确。三、非选择题(本题共3小题，共40分)11(10分)“东方一号”人造地球卫星A和“华卫二号”人造卫星B，它们的质量之比为mAmB12，它们的轨道半径之比为21，求卫星A与卫星B的线速度大小之比。解析：由万有引力定律和牛顿第二定律得Gm解得v 故答案：112(14分)火箭发射“神舟”号宇宙飞船开始阶段是竖直升空，设向上的加速度a5 m/s2，宇宙飞船中用弹簧测力计悬挂一个质量为m9 kg的物体，当飞船升到某高度时，弹簧测力计示数为85 N，那么此时飞船距地面的高度是多少？(地球半径R6 400 km，地球表面重力加速度g取10 m/s2)解析：在地面附近，Gmg在高空中，Gmg在宇宙飞船中，对质量为m的物体，由牛顿第二定律可得：Fmgma由以上三式解得：h3.2103 km答案：3.2103 km13(16分)(2016临湘高一检测)一组太空人乘坐太空穿梭机，去修理距离地球表面6.0105 m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H，机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭助推火箭，而望远镜则在穿梭机前方数千米处，如图所示。设G为引力常量