【高效导学】高中物理 6.5宇宙航行课时作业(含解析)新人教版必修2

【高效导学】2015高中物理 6.5宇宙航行课时作业（含解析）新人教版必修21．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： 由于地球对卫星的万有引力提供向心力，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．答案： A2．关于我国发射的“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G Mm r 2＝m v 2r 得r ＝GMv2，可见轨道半径与卫星质量无关，A 错误；同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合，即在赤道上空运行，故其不能在北京上空运行，B 错误；第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而同步卫星则是在较高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C 错误；所谓“同步”，就是指卫星与地面保持相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，D 正确．答案： D3．甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道．以下判断正确的是( )A ．甲的周期大于乙的周期B ．乙的速度大于第一宇宙速度C ．甲的加速度小于乙的加速度D ．甲在运行时能经过北极的正上方解析： 地球卫星绕地球做圆周运动时，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律知G Mm r ＝m 4π2rT2，得T ＝2πr 3GM.r 甲>r 乙，故T 甲>T 乙，选项A 正确；贴近地表运行的卫星的速度称为第一宇宙速度，由G Mm r 2＝mv 2r知v ＝GMr，r 乙>R 地，故v 乙比第一宇宙速度小，选项B 错误；由G Mmr2＝ma ，知a ＝GM r2，r 甲>r 乙，故a 甲<a 乙，选项C 正确；同步卫星在赤道正上方运行，故不能通过北极正上方，选项D 错误．答案： AC4．2011年11月3日，“神舟”八号飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接．任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神舟”九号交会对接．变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R 1、R 2，线速度大小分别为v 1、v 2.则v 1v 2等于( )A.R 31R 32B.R 2R 1C.R 22R 21 D.R 2R 1解析： “天宫一号”运行时所需的向心力由万有引力提供，根据G Mm R 2＝mv 2R得线速度v＝GM R ，所以v 1v 2＝R 2R 1，故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误． 答案： B5．2013年我国已成功发射多颗卫星，若在发射的卫星中，卫星A 是近地赤道卫星，卫星B 是极地圆形轨道卫星，卫星C 是地球同步卫星，且三颗卫星的运行周期满足T A <T B <T C ，则( )A ．卫星A 受到地球的万有引力最大B ．卫星B 和卫星C 有可能在赤道上方相遇 C ．三颗卫星运行的向心加速度满足a A >a B >a CD ．三颗卫星运行的线速度满足v A <v B <v C解析： 因不知三颗卫星的质量关系，由万有引力F ＝G Mm r 2知A 错；由G Mm r 2＝m 4π2T2r 知三颗卫星的轨道半径满足r A <r B <r C ，所以卫星B 和卫星C 不可能相遇，B 错；由G Mmr2＝ma 知a∝1r 2，所以a A >a B >a C ，C 对；由G Mm r 2＝m v 2r 知v ∝1r，所以v A >v B >v C ，D 错． 答案： C6．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( )A ．16 km/sB ．32 km/sC ．4 km/sD ．2 km/s解析： 由G Mm R 2＝m v 2R 得v ＝GMR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，即M ′＝6M ，R ′＝1.5R ，得v ′v＝GM ′R ′GM R＝M ′RMR ′＝2 即v ′＝2v ＝2×8 km/s＝16 km/s 答案： A7.三颗人造地球卫星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R A ＜R B ＜R C .若在某一时刻，它们正好运行到同一条直线上，如图所示．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( )解析： 由G Mm r 2＝m (2πT)2r 可得，人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动的周期T ＝2πr 3GM.可见，T∝r 3，r 越大，T 越大．所以，再经过卫星A 的四分之一周期时，卫星A的位置恰好到了图中地球的下方，T C ＞T B ＞T A ，其一定不能在A 点下方，且B 、C 位置一定不在同一条直线上，所以C 正确．答案： C8．(2014·天津理综)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 ．角速度变大解析： 本题应抓住同步卫星与地球自转周期相同这一特征，结合万有引力定律和牛顿第二定律进行求解．A ．地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大．由GMm R ＋h2＝m 4π2T 2(R ＋h )，得h ＝3GMT 24π2－R ，T 变大，h 变大，A 正确． B ．由GMm r 2＝ma ，得a ＝GMr2，r 增大，a 减小，B 错误． C ．由GMm r 2＝mv 2r，得v ＝GMr，r 增大，v 减小，C 错误． D ．由ω＝2πT可知，角速度减小，D 错误． 答案： A9．(2014·福建理综)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.pq 倍B.q p倍 C.pq倍 D.pq 3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提供，根据万有引力定律和牛顿第二定律解决问题．设地球质量为M ，半径为R ，根据GMm R 2＝mv 2R得地球卫星的环绕速度为v ＝GMR.同理，该“宜居”行星卫星的环绕速度为v ′＝GpMqR，故v ′为地球卫星环绕速度的pq倍．选项C 正确． 答案： C10．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 3GMT 24π2B ．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G MmR2D ．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度 解析： 卫星受到的万有引力提供向心力，大小为G Mm R ＋h2，选项C 错误；由GMmR ＋h 2＝m 4π2T 2(R ＋h )可得卫星距地面的高度h ＝3GMT 24π2－R ，选项A 错误；由G MmR ＋h 2＝mv 2R ＋h可得卫星的运行速度v ＝GMR ＋h，而第一宇宙速度v 1＝GM R ，选项B 正确；由G Mm R ＋h2＝ma 可得卫星的向心加速度a ＝GM R ＋h2，而地球表面的重力加速度g ＝GMR2，选项D 正确．答案： BD11．“神舟”十号在发射后，首先在轨道倾角42.4°、近地点高度200 km 、远地点高度347 km 的椭圆轨道上运行5圈，实施变轨后，进入343 km 的圆轨道．如果每看到一次“日出”就看成是一天，则当“神舟”十号在343 km 的圆轨道上运行时，24小时内宇航员相当于在太空中度过的“天数”为(地球半径R 为6 370 km)( )A ．16B ．24C ．1D ．8解析： 在距离地球表面约343 km 高度环绕地球飞行时，由G Mm r 2＝m 4π2T2r 和GM ＝gR2可得“神舟”十号的运行周期为1.5 h ，则宇航员在24 h 内可以看到16次日出，因此在太空中度过的“天数”约为16天，选项A 正确．答案： A12．(2014·江苏理综)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/s解析： 根据万有引力提供向心力解题．由G Mm r 2＝m v 2r得，对于地球表面附近的航天器有：G Mm r 2＝mv 21r ，对于火星表面附近的航天器有：G M ′m r ′2＝mv 22r ′，由题意知M ′＝110M 、r ′＝r 2，且v 1＝7.9 km/s ，联立以上各式得v 2≈3.5 km/s，选项A 正确．答案： A13.(2014·合肥市联考)“北斗”系统中两颗工作卫星1和2在同一轨道上绕地心O 沿顺时针方向做匀速圆周运动，轨道半径为r ，某时刻它们分别位于轨道上的A 、B 两位置，如图所示．已知地球表面处的重力加速度为g ，地球半径为R ，不计卫星间的相互作用力．以下判断中正确的是( )A ．这两颗卫星的向心加速度大小为a ＝r 2R2gB ．这两颗卫星的角速度大小为ω＝Rg rC ．卫星1由位置A 运动至位置B 所需的时间为t ＝πr3Rr gD ．如果使卫星1加速，它就一定能追上卫星2解析： 卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力充当向心力，即G Mm r2＝ma ，由万有引力与重力的关系，知G Mm R 2＝mg ，解两式得a ＝R 2r2g ，A 项错；由a ＝ω2r ，将上式代入得ω＝g R 2r 3，B 项错；卫星1由位置A 运动到位置B 所需时间为卫星周期的16，由T ＝2πω，t ＝πr3Rr g，C 项正确；卫星1加速后做离心运动，进入高轨道运动，不能追上卫星2，D 项错．答案： C14．(2014·山东名校联考)我国自主研制的探月卫星在奔月旅途中，先后完成了一系列高难度的技术动作．探月卫星沿地月转移轨道到达月球附近，在P 点进行第一次“刹车制动”后被月球捕获，进入椭圆轨道绕月飞行，如图所示，若卫星的质量为m ，远月点Q 距月球表面的高度为h ，运行到Q 点时它的角速度为ω、加速度为a ，月球的质量为M 、半径为R ，月球表面的重力加速度为g ，引力常量为G ，则卫星在远月点时，月球对卫星的万有引力大小为( ) A.GMm R 2B ．maC.mgR 2R ＋h2D ．m (R ＋h )ω2解析： 由万有引力定律得，月球对卫星的万有引力F ＝GMm R ＋r2又因GM ＝gR 2所以，有F＝mgR2R ＋h2选项C对、A错．由牛顿第二定律得万有引力F＝ma，选项B对．对椭圆轨道向心力公式F＝mω2r不成立，选项D错．答案：BC。