高中物理2習(xí)題：6.5宇宙航行

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精5.宇宙航行基礎(chǔ)鞏固1發(fā)射人造衛(wèi)星是將衛(wèi)星以一定的速度送入預(yù)定軌道,發(fā)射場一般選擇在盡可能靠近赤道的地方,如圖所示。這樣選址的優(yōu)點是,在赤道附近（）A。地球的引力較大B.地球自轉(zhuǎn)線速度較大C。重力加速度較大 D。地球自轉(zhuǎn)角速度較大解析:由于發(fā)射衛(wèi)星需要將衛(wèi)星以一定的速度送入運行軌道,在靠近赤道處的地面上的物體的線速度最大，發(fā)射時較節(jié)能,因此B正確。答案:B22016年10月17日發(fā)射的神舟十一號飛船成功進(jìn)入目標(biāo)軌道，要使神舟十一號飛船追上天宮二號空間實驗室完成交會對接,則（）A。只能從較低軌道上加速B.只能從較高軌道上加速C.只能從天宮二號同一高度的軌道上加速D。無論在什么軌道上，只要加速就行解析:當(dāng)神舟十一號開始加速時,神舟十一號由于速度增大，故將向高軌道偏移,所以神舟十一號為了追上天宮二號，只能從低軌道上加速，A項正確。答案:A3(多選)氣象衛(wèi)星是用來拍攝云層照片、觀測氣象資料和測量氣象數(shù)據(jù)的，我國先后自行成功研制和發(fā)射了風(fēng)云一號和風(fēng)云二號兩種氣象衛(wèi)星。風(fēng)云一號衛(wèi)星是一種極地圓軌道衛(wèi)星，它大約每1.7h繞地球一周;風(fēng)云二號衛(wèi)星是一種地球同步衛(wèi)星,它每24h繞地球一周。則下列說法正確的是（)A.風(fēng)云一號衛(wèi)星軌道平面與某一固定經(jīng)度圈一直共面B.風(fēng)云二號衛(wèi)星軌道平面與零度緯線一直共面C.風(fēng)云二號衛(wèi)星可以進(jìn)行全球氣象監(jiān)測,而風(fēng)云一號不能D.風(fēng)云一號衛(wèi)星比風(fēng)云二號衛(wèi)星向心加速度大解析：因為地球在自轉(zhuǎn),風(fēng)云一號衛(wèi)星軌道平面不會與某一固定經(jīng)度圈一直共面，可進(jìn)行全球氣象監(jiān)測,而風(fēng)云二號衛(wèi)星為同步衛(wèi)星，所以一直和零度緯線共面，但只能監(jiān)測赤道左右一些區(qū)域，A、C錯誤,B正確;根據(jù)風(fēng)云二號衛(wèi)星周期大于風(fēng)云一號衛(wèi)星的周期,可知風(fēng)云二號衛(wèi)星高于風(fēng)云一號衛(wèi)星,所以風(fēng)云一號衛(wèi)星比風(fēng)云二號衛(wèi)星向心加速度大，D正確.答案:BD4(多選)地球半徑為R，地面上重力加速度為g，在高空繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，其線速度的大小可能是（）A.C.解析:由GMm當(dāng)軌道半徑等于地球半徑時,速度最大,即vmax=GMR,而GM=gR2,答案:BC5已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的10倍,地球的半徑約為火星半徑的2倍,則航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運動的速率約為（）A。3.5km/s B。5.0km/sC。17。7km/s D.35。2km/s解析:設(shè)地球質(zhì)量M，半徑R。由GMmR2=mv2R,得v=GM答案：A6嫦娥二號月球探測器在環(huán)繞月球運行的過程中,設(shè)探測器運行的軌道半徑為r，運行速率為v，當(dāng)探測器在飛越月球上一些環(huán)形山中的質(zhì)量密集區(qū)上空時（）A.r、v都將略為減小B.r、v都將保持不變C.r將略為減小,v將略為增大D。r將略為增大,v將略為減小解析:飛船在軌道上飛行時F萬=F向，即GMmr2=mv2r,當(dāng)飛船飛到質(zhì)量密集區(qū)上空時,v不變但M增加，即F萬增加,但F向不變，這就導(dǎo)致了F萬>F向答案:C7已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g,不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響。(1)推導(dǎo)第一宇宙速度v1的表達(dá)式.（2)若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,運行軌道距離地面高度為h，求衛(wèi)星的運行周期T。解析：（1）設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m,地球的質(zhì)量為M，在地球表面附近滿足得GM=R2g①衛(wèi)星做圓周運動的向心力等于它受到的萬有引力m①式代入②式，得到v1=（2）衛(wèi)星受到的萬有引力為F=G由牛頓第二定律F=m③④聯(lián)立解得T=答案：（1）v1=8已知地球的半徑為R=6400km,地球表面附近的重力加速度g取9。8m/s2,若發(fā)射一顆地球的同步衛(wèi)星,使它在赤道上空運轉(zhuǎn),其高度和速度應(yīng)為多大?解析：設(shè)同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m,離地面的高度為h，速度為v,周期為T,地球的質(zhì)量為M，同步衛(wèi)星的周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期。GG由①②兩式得h==3(6400×103)2×(24×3600)2×9.又因為由①③兩式得v=R2gR+h=(6答案:3.6×107m3.1×103m/s能力提升1(多選）人造地球衛(wèi)星繞地球表面附近做勻速圓周運動，設(shè)地球半徑為R，地面處的重力加速度為g,人造地球衛(wèi)星()A。繞行的線速度最大為B.繞行的周期小于2πC.在距地面高為R處的繞行速度為D。在距地面高為R處的周期為2π解析:靠近地面的衛(wèi)星由萬有引力定律和牛頓定律GMm(R+h)2=mv2R+h=m(R+h)2πT2,GMR2=g,所以v=GMR+h=gR2R+h,當(dāng)答案:AC2(多選）在星球表面發(fā)射探測器，當(dāng)發(fā)射速度為v時，探測器可繞星球表面做勻速圓周運動；當(dāng)發(fā)射速度達(dá)到2A.探測器的質(zhì)量越大,脫離星球所需要的發(fā)射速度越大B.探測器在地球表面受到的引力比在火星表面的大C.探測器分別脫離兩星球所需要的發(fā)射速度相等D。探測器脫離星球的過程中，勢能逐漸增大解析：探測器繞星球做勻速圓周運動，萬有引力充當(dāng)向心力，即GMmR2=mv2R,解得v=GMR,可知v與探測器質(zhì)量m無關(guān),所以脫離星球所需的發(fā)射速度2v也與探測器質(zhì)量無關(guān),故選項A錯誤；由F=GMmR2知,探測器在地球表面與在火星表面所受引力之比為F地F答案:BD3（多選）圖中的甲是地球赤道上的一個物體，乙是神舟十一號宇宙飛船（周期約90min）,丙是地球的同步衛(wèi)星，它們運行的軌道示意圖如圖所示,它們都繞地心做勻速圓周運動。下列有關(guān)說法中正確的是（）A。它們運動的向心加速度大小關(guān)系是a乙〉a丙>a甲B。它們運動的線速度大小關(guān)系是v乙〈v丙〈v甲C.已知甲運動的周期T甲=24h,可計算出地球的密度ρ=D.已知乙運動的周期T乙及軌道半徑r乙，可計算出地球質(zhì)量M=解析:乙和丙都是人造衛(wèi)星，由GMmr2=man=mv2r可得an=GMr2,v=GMr,所以a乙>a丙,v乙〉v丙,B錯;又因為甲和丙的角速度相同,由an=ω2r,可得a丙〉a甲,故a乙>a丙答案:AD4(2016·全國理綜乙）利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通信。目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6。6倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的,則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為()A。1h B.4h C.8h D.16h解析：地球同步衛(wèi)星繞地球運動時,萬有引力提供向心力,即GM·mr2=m2πT2·r,整理得T2=4π2r3GM。假設(shè)地球半徑為R，目前同步衛(wèi)星的半徑r1=6。6R,周期是24答案：B★5（多選)地球同步衛(wèi)星到地心的距離r可由r3=aA.a是地球半徑，b是地球自轉(zhuǎn)的周期，c是地球表面處的重力加速度B。a是地球半徑,b是同步衛(wèi)星繞地心運動的周期,c是同步衛(wèi)星的加速度C.a是赤道周長，b是地球自轉(zhuǎn)的周期,c是同步衛(wèi)星的加速度D。a是地球半徑,b是同步衛(wèi)星繞地心運動的周期，c是地球表面處的重力加速度解析:根據(jù)萬有引力定律和圓周運動的規(guī)律GMmr2=mr2πT2,地球表面的物體m0有GMm0R2=m0答案:AD6假設(shè)月球半徑為R,月球表面的重力加速度為g0。如圖所示，飛船在距月球表面高度為3R的圓形軌道Ⅰ上運行，到達(dá)軌道的A點時點火變軌進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ,到達(dá)軌道的近月點B再次點火進(jìn)入近月軌道Ⅲ繞月球做圓周運動。求:（1)飛船在軌道Ⅰ上的運行速率v1.（2）飛船在A點處點火時,速度如何變化？在B點呢？(3）飛船在近月軌道Ⅲ上繞月球運行的速率v3和周期T各是多少？解析：(1）設(shè)月球的質(zhì)量為M，飛船的質(zhì)量為m,則GG解得v1=(2)由題意知，飛船在A點或B點點火后都需要做“向心"運動（和原軌道相比),所以都必須反沖減速,速度都減小。(3)飛船在月球軌道Ⅲ上運行時有mg0=m解得v3=答案:(1)★7人們認(rèn)為某些白矮星（密度較大的恒星）每秒大約自轉(zhuǎn)一周(引力常量G=6。67×10-11N·m2/kg2，地球半徑R約為6。4×103km)。(1)為使其表面上的物體能夠被吸引住而不致由于快速轉(zhuǎn)動被“甩”掉,它的密度至少為多少?（2)假設(shè)某白矮星密度約為此值,且其半徑等于地球半徑,則它的第一宇宙速度為多少?解析:(1)假設(shè)赤道上的物體剛好不被“甩”掉,則白矮星對物體的萬有引力恰好提供物體隨白矮星轉(zhuǎn)動的向心力,設(shè)白矮星質(zhì)量為M，半徑為r,赤道上物體的質(zhì)