2024高中物理第6章5宇宙航行精练含解析新人教必修2

PAGEPAGE5宇宙航行1．关于宇宙速度，下列说法正确的是()A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小放射速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C．其次宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D．第三宇宙速度是放射人造地球卫星的最小速度【解析】第一宇宙速度是人造地球卫星的最小放射速度，也是地球卫星绕地球飞行的最大速度，A对，B错；其次宇宙速度是在地面上放射物体，使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小放射速度，C错；第三宇宙速度是在地面上放射物体，使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小放射速度，D错．【答案】A2．(多选)关于人造地球卫星，下列说法正确的是()A．运行的轨道半径越大，线速度也越大B．其放射速度可以达到16.7km/sC．卫星绕地球做匀速圆周运动的速度不能大于7.9km/sD．卫星在着陆过程中向下减速时处于超重状态【解析】由v＝eq\r(\f(GM,r))知，卫星的轨道半径越大，线速度越小，A错；人造地球卫星的放射速度在7.9km/s到11.2km/s之间，B错；卫星绕地球做匀速圆周运动的速度小于或等于7.9km/s，C对；卫星向下减速时的加速度方向向上，处于超重状态，D对．【答案】CD3．(2014·泰安高一期末)设两人造地球卫星的质量比为1∶2，到地球球心的距离比为1∶3，则它们的()A．周期比为3∶1 B．线速度比为eq\r(3)∶1C．向心加速度比为1∶9 D．向心力之比为1∶18【解析】设地球质量M、人造地球卫星质量m，由F万＝F向得eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，故eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(r2,r1))＝eq\f(\r(3),1)，B对；由a＝eq\f(GM,r2)得eq\f(a1,a2)＝(eq\f(r2,r1))2＝eq\f(9,1)，C错；由F向＝ma得eq\f(F向1,F向2)＝eq\f(m1a1,m2a2)＝eq\f(1,2)×eq\f(9,1)＝eq\f(9,2).D错；由T＝2πeq\r(\f(r3,GM))得eq\f(T1,T2)＝eq\r(\f(r1,r2)3)＝eq\f(1,3)eq\r(\f(1,3))，A错．【答案】B4．(多选)(2013·新课标全国卷Ⅰ)2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上胜利进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其淡薄的大气．下列说法正确的是()A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和其次宇宙速度之间B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用【解析】本题虽为天体运动问题，但题中特殊指出存在淡薄大气，所以应从变轨角度入手．第一宇宙速度和其次宇宙速度为放射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致须要的向心力Fn＝eq\f(mv2,r)减小，做向心运动，向心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B、C正确；航天员在太空中受地球引力，地球引力全部供应航天员做圆周运动的向心力，选项D错误．【答案】BC5．关于我国放射的“亚洲一号”地球同步通信卫星的说法，正确的是()A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行D．它运行的角速度与地球自转角速度相同【解析】由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得r＝eq\f(GM,v2)，则轨道半径与卫星质量无关，A项错；同步卫星的轨道平面必需与赤道平面重合，即在赤道上空运行，不能在北京上空运行，B项错；第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而地球同步卫星是在高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C项错；所谓“同步”就是卫星保持与地面位置相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同．故正确选项为D.【答案】D6.三颗人造地球卫星A、B、C在同一平面内沿不同的轨道绕地球做匀速圆周运动，且绕行方向相同，已知rA<rB<rC.若在某一时刻，它们正好运行到同一条直线上，如图6­5­7所示．那么再经过卫星A的四分之一周期时，卫星A、B、C的位置可能是()图6­5­7【解析】由eq\f(GMm,r2)＝eq\f(mv2,r)可得v＝eq\r(\f(GM,r))，轨道越低，卫星运动的线速度越大，故选项C正确．【答案】C7．(2014·淮南高一期末)在地球大气层外有许多太空垃圾绕地球做匀速圆周运动，每到太阳活动期，由于受太阳的影响，地球大气层的厚度起先增加，从而使得部分垃圾进入大气层，起先做靠近地球的向心运动，产生这一结果的缘由是()A．由于太空垃圾受到地球引力减小而导致的向心运动B．由于太空垃圾受到地球引力增大而导致的向心运动C．由于太空垃圾受到空气阻力而导致的向心运动D．地球引力供应了太空垃圾做圆周运动所需的向心力，故产生向心运动的结果与空气阻力无关【解析】做匀速圆周运动的太空垃圾，满意Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，由于阻力作用，假定其半径不变，其速度变小，则Geq\f(Mm,r2)＞meq\f(v2,r)，可知太空垃圾必做向心运动，其轨道半径必减小．由于太空垃圾到地心距离渐渐改变，其运动仍可看做匀速圆周运动．【答案】C8．(多选)用m表示地球通信卫星(同步卫星)的质量，h表示它离地面的高度，R0表示地球的半径，g0表示地球表面处的重力加速度，ω0表示地球自转的角速度，则通信卫星所受到的地球对它的万有引力的大小()A．等于0 B．等于eq\f(mR\o\al(2,0)g0,R0＋h2)C．等于meq\r(3,R\o\al(2,0)g0ω\o\al(4,0)) D．以上结果均不对【解析】依据万有引力定律，有F＝Geq\f(Mm,R0＋h2)，又因为GM＝Req\o\al(2,0)g0，所以F＝eq\f(mR\o\al(2,0)g0,R0＋h2)，B对．地球对通信卫星的万有引力供应卫星的向心力，所以Geq\f(Mm,R0＋h2)＝mωeq\o\al(2,0)(R0＋h)，GM＝ωeq\o\al(2,0)(R0＋h)3.又因GM＝Req\o\al(2,0)g0，所以有R0＋h＝eq\r(3,\f(R\o\al(2,0)g0,ω\o\al(2,0)))，因而F＝mωeq\o\al(2,0)eq\r(3,\f(R\o\al(2,0)g0,ω\o\al(2,0)))＝meq\r(3,R\o\al(2,0)g0ω\o\al(4,0)).C正确．【答案】BC9．(多选)2013年6月13日13时18分，“神舟十号”飞船与“天宫一号”目标飞行器顺当完成自动交会对接．关于它们的交会对接，以下说法正确的是()A．飞船在同轨道上加速直到追上“天宫一号”完成对接B．飞船从较低轨道，通过加速追上“天宫一号”完成对接C．在同一轨道上的“天宫一号”通过减速完成与飞船的对接D．若“神舟十号”与“天宫一号”原来在同一轨道上运动，则不能通过干脆加速或减速某飞行器的方式完成对接【解析】“神舟十号”飞船与“天宫一号”目标飞行器正确对接的方法是处于较低轨道的“神舟十号”飞船在适当位置通过适当加速，恰好提升到“天宫一号”目标飞行器所在高度并与之交会对接．若“神舟八号”与“天宫一号”原来在同一轨道上运动，后面的飞行器加速会上升到较高运动轨道，前面的飞行器减速会下降到较低的运动轨道，这样都不会完成交会对接．综上所述，A、C错误，B、D正确．【答案】BD10．(2014·福建高考)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.eq\r(pq)倍 B.eq\r(\f(q,p))倍C.eq\r(\f(p,q))倍 D.eq\r(pq3)倍【解析】卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由行星对卫星的万有引力供应，依据万有引力定律和牛顿其次定律解决问题．设地球质量为M，半径为R，依据eq\f(GMm,R2)＝eq\f(mv2,R)得地球卫星的环绕速度为v＝eq\r(\f(GM,R))，同理该“宜居”行星卫星的环绕速度为v′＝eq\r(\f(GpM,qR))，故v′为地球卫星环绕速度的eq\r(\f(p,q))倍．选项C正确．【答案】C11.恒星演化发展到肯定阶段，可能成为横行世界的“侏儒”——中子星，中子星的半径很小，一般为7km～20km，但它的密度大得惊人．若某中子星的密度为1.2×1017kg/m3，半径为10km，那么该中子星的第一宇宙速度约为多少？(G＝6.67×10－11N·m2/kg2，结果保留两位有效数字)【解析】中子星的第一宇宙速度即为它表面卫星的环绕速度，此时卫星的轨道半径可近似认为是中子星的半径，且中子星对卫星的万有引力充当卫星的向心力，由Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)，得：v＝eq\r(\f(GM,R))，又M＝ρV＝ρeq\f(4,3)πR3，解得v＝Req\r(\f(4πGρ,3))＝1×104×eq\r(\f(4×3.14×6.67×10－11×1.2×1017,3))m/s＝5.8×107m/s＝5.8×104km/s.【答案】5.8×107m/s或5.8×104km/s12．月球半径约为地球半径的eq\f(1,4)，月球表面重力加速度约为地球表面重力加速度的eq\f(1,6)，把月球和地球都视为质量匀称分布的球体．求：(1)环绕地球和月球表面运行卫星的线速度之比eq\f(v地,v月)(2)地球和月球的平均密度之比eq\f(ρ地,ρ月)【解析】依据题意，由万有引力定律得：(1)Ge