高考物理一轮复习第五章万有引力与航天第2讲人造卫星与宇宙航行夯基提能作业本.docx

第2讲人造卫星与宇宙航行基础巩固1.(2014江苏单科,2,3分)已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为()A.3.5 km/sB.5.0 km/sC.17.7 km/sD.35.2 km/s2.(2017江西九江十校联考)(多选)如图所示是飞船进入某星球轨道后的运动情况,飞船沿距星球表面高度为100 km的圆形轨道运动,到达轨道的A点时,点火制动变轨进入椭圆轨道,到达轨道的B点时,飞船离星球表面高度为15 km,再次点火制动,下降到星球表面。下列判断正确的是()A.飞船在轨道上的B点受到的万有引力等于飞船在B点所需的向心力B.飞船在轨道上由A点运动到B点的过程中,动能增大C.飞船在A点点火变轨瞬间,速度增大D.飞船在轨道上绕星球运动一周所需的时间大于在轨道上绕星球运动一周所需的时间3.(2016河北石家庄质检,21)(多选)2018年左右我国将进行第一次火星探测,美国已发射了“凤凰号”着陆器降落在火星北极勘察是否有水的存在。如图为“凤凰号”着陆器经过多次变轨后登陆火星的轨迹图,轨道上的P、S、Q三点与火星中心在同一直线上,P、Q两点分别是椭圆轨道的远火星点和近火星点,且PQ=2QS,(已知轨道为圆轨道)下列说法正确的是()A.着陆器在P点由轨道进入轨道需要点火加速B.着陆器在轨道上S点的速度小于在轨道上Q点的速度C.着陆器在轨道上S点与在轨道上P点的加速度大小相等D.着陆器在轨道上由P点运动到S点的时间是着陆器在轨道上由P点运动到Q点的时间的2倍4.(2014天津理综,3,6分)研究表明,地球自转在逐渐变慢,3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去,地球的其他条件都不变,未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比()A.距地面的高度变大B.向心加速度变大C.线速度变大D.角速度变大5.(2014福建理综,14,6分)若有一颗“宜居”行星,其质量为地球的p倍,半径为地球的q倍,则该行星卫星的环绕速度是地球卫星环绕速度的() A.倍B.倍C.倍D.倍6.(2016湖南长沙一模,21)(多选)据报道,2016年2月18日嫦娥三号着陆器玉兔号成功自主“醒来”,嫦娥三号卫星系统总指挥兼总设计师叶培建院士介绍说,自2013年12月14日月面软着陆以来,中国嫦娥三号月球探测器创造了全世界在月工作最长纪录。假如月球车在月球表面以初速度v0竖直向上抛出一个小球,经时间t后小球回到出发点。已知月球的半径为R,引力常量为G,下列说法正确的是()A.月球表面的重力加速度为B.月球的质量为C.探测器在月球表面获得的速度就可能离开月球表面围绕月球做圆周运动D.探测器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的绕行周期为7.(2016吉林实验中学一模)2007年10月24日,“嫦娥一号”成功发射,11月5日进入38万千米以外的环月轨道,11月24日传回首张图片,这是我国航天事业的又一成功。“嫦娥一号”围绕月球的运动可以看做是匀速圆周运动,引力常量已知,如果在这次探测工程中要测量月球的质量,则需要知道的物理量有()A.“嫦娥一号”的质量和月球的半径B.“嫦娥一号”绕月球运动的周期和轨道半径C.月球的半径和“嫦娥一号”绕月球运动的周期D.“嫦娥一号”的质量、月球的半径和“嫦娥一号”绕月球运动的周期8.2016湖北七市(州)协作体联考,14下列说法中正确的是()A.匀速圆周运动是非匀变速运动B.竖直上抛运动的物体在最高点时速率为零,加速度也为零C.宇航员可以“飘”在绕地球运行的飞船中,说明宇航员不受重力的作用D.真空中,一带电小球慢慢靠近一绝缘导体的过程中,导体内部的场强越来越大9.(2017河南鹤壁一中检测)(多选)2015年12月10日,我国成功将“中星1C”卫星发射升空,卫星顺利进入预定转移轨道。如图所示是某卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图,已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,卫星远地点P距地心O的距离为3R,则()A.卫星在远地点的速度小于B.卫星经过远地点时的速度最小C.卫星经过远地点时的加速度小于D.卫星经过远地点时加速,卫星有可能再次经过远地点综合提升10.(多选)如图所示,三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上,设地球质量为M,半径为R。下列说法正确的是() A.地球对一颗卫星的引力大小为B.一颗卫星对地球的引力大小为C.两颗卫星之间的引力大小为D.三颗卫星对地球引力的合力大小为11.(2016云南玉溪一中期中)宇航员在某星球表面完成下面实验:如图所示,在半径为r的竖直光滑圆弧轨道内部,有一质量为m的小球(可视为质点),在最低点给小球某一水平初速度,使小球在竖直面内做圆周运动,测得小球在最高点和最低点时轨道所受压力大小分别为F1、F2;已知该星球的半径为R,引力常量为G,则该星球的第一宇宙速度是()A.B.C.D.12.2008年9月25日21时10分04秒,“神舟”七号从酒泉发射中心成功发射升空。20分钟后,“神舟”七号飞船已经进入远地点为347公里、近地点为200公里的预定椭圆轨道,9月26日凌晨4点,飞船在成功变轨之后,进入343公里的近圆轨道,如图所示。“神舟”七号的发射由国家卫星气象中心负责提供空间天气保障,国家气象中心利用了风云四号同步卫星进行气象测控。已知风云四号同步卫星离地的高度为3.6104 km。(地球的半径为6.4103 km,地球表面的重力加速度g取10 m/s2)请根据以上材料回答下列问题:(1)“神舟”七号飞船在近圆轨道上运行时,质量为120 kg的舱外航天服所受重力的大小;(2)“神舟”七号飞船在椭圆轨道上运行时的周期。(保留两位有效数字)13.(2014重庆理综,7,15分)如图为“嫦娥三号”探测器在月球上着陆最后阶段的示意图。首先在发动机作用下,探测器受到推力在距月面高度为h1处悬停(速度为0,h1远小于月球半径);接着推力改变,探测器开始竖直下降,到达距月面高度为h2处的速度为v;此后发动机关闭,探测器仅受重力下落至月面。已知探测器总质量为m(不包括燃料),地球和月球的半径比为k1,质量比为k2,地球表面附近的重力加速度为g,求:(1)月球表面附近的重力加速度大小及探测器刚接触月面时的速度大小;(2)从开始竖直下降到刚接触月面时,探测器机械能的变化。14.(2014四川理综,9,15分)石墨烯是近些年发现的一种新材料,其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化,其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯制作超级缆绳,人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想,通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站,电梯仓沿着这条缆绳运行,实现外太空和地球之间便捷的物资交换。(1)若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为h1的同步轨道站,求轨道站内质量为m1的货物相对地心运动的动能。设地球自转角速度为,地球半径为R。(2)当电梯仓停在距地面高度h2=4R的站点时,求仓内质量m2=50 kg的人对水平地板的压力大小。取地面附近重力加速度g=10 m/s2,地球自转角速度=7.310-5 rad/s,地球半径R=6.4103 km。答案全解全析基础巩固1.A航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动,由火星对航天器的万有引力提供航天器的向心力得=同理 =所以 =v火=v地,而v地=7.9 km/s故v火= km/s3.5 km/s,选项A正确。2.BD由飞船的运动轨迹可知,飞船在轨道上的B点做的是离心运动,所以飞船在轨道上的B点受到的万有引力小于飞船在B点所需的向心力,选项A错误;飞船在轨道上由A点运动到B点的过程中,万有引力做正功,动能增大,选项B正确;由飞船的运动轨迹可知,飞船在A点点火变轨瞬间,飞船做向心运动,速度减小,选项C错误;由图可知,轨道的半径 r1大于轨道的半长轴a2,由开普勒第三定律得=,所以T1T2,选项D正确。3.BC着陆器在P点由轨道进入轨道需要点火减速,A项错误;着陆器在轨道上Q点的速度大于着陆器在过Q点的圆轨道上运行的速度,而在过Q点的圆轨道上运行的速度大于在轨道上做圆周运动的速度,B项正确;着陆器在轨道上S点与在轨道上P点离火星中心的距离相等,因此在这两点受到的火星的引力相等,由牛顿第二定律可知,在这两点的加速度大小相等,C项正确;设着陆器在轨道上运行的周期为T1,在轨道上运行的周期为T2,由开普勒第三定律有=,则=,D项错误。4.A同步卫星运行周期与地球自转周期相同,由G=m(R+h)有h=-R,故T增大时h也增大,A正确。同理由=ma=m=m(R+h)2可得a=、v=、=,故h增大后a、v、都减小,B、C、D皆错误。5.C对于中心天体的卫星,G=m,v=,设行星卫星的环绕速度为v,地球卫星的环绕速度为v,则=,C正确。6.BC小球做竖直上抛运动,则有v0=g月,得g月=,A错;在月球表面,有G=mg月,得M=,B对;在月球表面附近,由mg月=m,得月球的第一宇宙速度v=,则C正确。探测器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的绕行周期T=,则D项错。7.B根据万有引力提供向心力有:G=mr,得M=,要计算月球的质量,需要知道绕其运动的卫星的轨道半径和周期,与卫星的质量以及月球的半径无关,选项B正确,A、C、D错误。8.A匀速圆周运动是加速度大小不变、方向时刻都在变化的非匀变速曲线运动,选项A正确;竖直上抛运动的物体在最高点时速率为零,但仍然受到重力,加速度为重力加速度,不为零,选项B错误;宇航员可以“飘”在绕地球运行的飞船中,说明宇航员处于完全失重状态,但是仍然受到重力作用,选项C错误;真空中,带电小球周围存在电场,而处在电场中的导体达到静电平衡时,导体内部场强处处为零,选项D错误。9.ABD若卫星在半径为3R的圆轨道上绕地球做匀速圆周运动,则有=m,再结合黄金代换式GM=gR2,可得到v=,由于卫星沿椭圆轨道到达远地点P后做近心运动,故其在P点速度小于,故选项A正确;由卫星运动规律知其经过远地点P时速度最小,故选项B正确;根据=mg,=mg,可得卫星在远地点时的加速度g=,故选项C错误;卫星经过远地点时加速,其可能在半径为3R的圆轨道上绕地球做匀速圆周运动,则其可以再次经过远地点,故选项D正确。综合提升10.BC根据万有引力定律,地球对一颗卫星的引力大小F万=G,A项错误,由牛顿第三定律知B项正确。三颗卫星等间距分布,任意两星间距为r,故两星间引力大小F万=G,C项正确。任意两星对地球引力的夹角为120,故任意两星对地球引力的合力与第三星对地球的引力大小相等,方向相反,三星对地球引力的合力大小为零,D项错误。11.B题中测得小球在最高点和最低点时轨道所受压力大小分别为F1、F2,则小球在最高点和最低点受到轨道的支持力大小分别等于F1、F2;在最低点,小球受重力和轨道的支持力,两力的合力充当向心力,则有F2-mg=m,在最高点,小球受重力和轨道的支持力,两力的合力充当向心力,则有F1+mg=m,减可得=F2-F1-2mg。从最低点到最高点的过程中只有重力做功,所以根据动能定理可得-2mgr=m-m,联立可得6mg=F2-F1,则g=,所以第一宇宙速度v=,故B正确。12.答案(1)1 081 N(2)1.5 h解析(1)在地球表面的重力加速度为g,则有gR2=GM在圆轨道处的重力加速度为g,则有g(R+h1)2=GM在圆轨道上运行时舱外航天服所受重力为G=mg联立各式代入数据解得G1 081 N(2)风云四号卫星的周期为T0=24 h轨道半径为r0=R+h=4.24104 km“神舟”七号飞船在椭圆轨道上运行时的半长轴为a=6 673.5 km设“神舟”七号飞船在椭圆轨道上运行的周期为T,则由开普勒第三定律得=联立解得T= h1.5 h13.答案(1)g(2)mv2-mg(h1-h2)解析(1)设地球质量和半径分别为M和R,月球的质量、半径和表面附近的重力加速度分别为M、R和g,探测器刚接触月面时的速度大小为vt。则=k2,=k1由mg=G和mg=G得g=g由-v2=2gh2得vt=(2)设机械能变化量为E,动能变化量为Ek,重力势能变化量为Ep。由E=Ek+Ep有E=m-m