【中學(xué)教材全解】2020-2021學(xué)年人教版高中物理必修2-第6章-第5節(jié)-宇宙航行課時(shí)練案

第5節(jié)宇宙航行題組1人造衛(wèi)星（時(shí)間：10分鐘分值：20分）1.［4分］（多選）關(guān)于人造地球衛(wèi)星及其中物體的超重、失重問題，下列說法中正確的是（）A.在放射過程中向上加速時(shí)，產(chǎn)生超重現(xiàn)象B.在降落過程中向下減速時(shí)，產(chǎn)生超重現(xiàn)象C.進(jìn)入軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生失重現(xiàn)象D.失重是由于地球?qū)πl(wèi)星內(nèi)物體的作用力減小而引起的2.［4分］（單選）假如一做圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增大到原來的2倍，仍做圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是（）①依據(jù)公式QUOTE，可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度將增大到原來的2倍②依據(jù)公式QUOTE，可知衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來的QUOTE③依據(jù)公式QUOTE，可知地球供應(yīng)的向心力將減小到原來的QUOTE④依據(jù)上述②和③給出的公式，可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度將減小到原來的QUOTEA.①③B.②③C.②④D.③④圖6-5-13.［4分］（2021·廣東高考·單選）如圖6-5-1，甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞質(zhì)量為QUOTE和2QUOTE的行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是（）圖6-5-1A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的運(yùn)行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大 D.甲的線速度比乙的大圖6-5-24.［4分］（多選）“天宮一號(hào)”是我國第一個(gè)目標(biāo)飛行器，于2011年9月29日21時(shí)16分3秒在酒泉衛(wèi)星放射中心放射，隨后放射的“神舟八號(hào)”無人飛船與它成功對(duì)接。它們的運(yùn)行軌跡如圖6-5-2所示，假設(shè)“天宮一號(hào)”繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為QUOTE，周期為QUOTE，引力常量為QUOTE，則以下說法正確的是（）圖6-5-2A.依據(jù)題中條件可以計(jì)算出地球的質(zhì)量B.依據(jù)題中條件可以計(jì)算出地球?qū)Α疤鞂m一號(hào)”的引力大小C.在近地點(diǎn)QUOTE處，“神舟八號(hào)”的速度比“天宮一號(hào)”的大D.要實(shí)現(xiàn)“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”在近地點(diǎn)QUOTE處平安對(duì)接，需在靠近QUOTE處制動(dòng)減速5.［4分］（2022·上海高考）人造地球衛(wèi)星做半徑為QUOTE，線速度大小為QUOTE的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)其角速度變?yōu)樵瓉淼腝UOTE后，運(yùn)動(dòng)半徑為，線速度大小為。題組2三個(gè)宇宙速度（時(shí)間：10分鐘分值：18分）6.［4分］（多選）關(guān)于第一宇宙速度，下列說法中正確的是（）A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小速度B.它是人造地球衛(wèi)星在近地圓軌道上的繞行速度C.它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小放射速度D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度7.［4分］（單選）星球上的物體脫離星球引力所需的最小速度稱為其次宇宙速度。星球的其次宇宙速度QUOTE與第一宇宙速度QUOTE的關(guān)系是QUOTE。已知某星球的半徑為QUOTE，它表面的重力加速度為地球表面重力加速度QUOTE的QUOTE。不計(jì)其他星球的影響，則該星球的其次宇宙速度為（）A.QUOTEB.QUOTEC.QUOTED.QUOTE8.［10分］已知地球的半徑為QUOTE，地球表面的重力加速度為QUOTE，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響。（1）推導(dǎo)第一宇宙速度QUOTE的表達(dá)式；（2）若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行軌道距離地面的高度為QUOTE，求衛(wèi)星的運(yùn)行周期QUOTE。題組3綜合拓展提升（時(shí)間：15分鐘分值：28分）9.［4分］（單選）在地球（看成質(zhì)量均勻分布的球體）上空有很多同步衛(wèi)星，下列說法中正確的是（）A.它們的質(zhì)量可能不同 B.它們的速率可能不同C.它們的加速度大小可能不同 D.它們離地心的距離可能不同10.［4分］（多選）地球同步衛(wèi)星到地心的距離QUOTE可由QUOTE求出。已知式中QUOTE的單位是QUOTE,QUOTE的單位是QUOTE,QUOTE的單位是QUOTE，則（）A.QUOTE是地球半徑，QUOTE是地球自轉(zhuǎn)的周期，QUOTE是地球表面處的重力加速度B.QUOTE是地球半徑，QUOTE是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期，QUOTE是同步衛(wèi)星的加速度C.QUOTE是赤道周長，QUOTE是地球的自轉(zhuǎn)周期，QUOTE是同步衛(wèi)星的加速度D.QUOTE是地球半徑，QUOTE是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期，QUOTE是地球表面處的重力加速度11.［4分］（單選）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制開發(fā)的三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，它包括5顆同步衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，其中還有備用衛(wèi)星在各自軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)地球的半徑為QUOTE，同步衛(wèi)星的軌道半徑約為QUOTE。假如某一備用衛(wèi)星的運(yùn)行周期約為地球自轉(zhuǎn)周期的QUOTE，則該備用衛(wèi)星離地球表面的高度約為（）A.0.65QUOTE B.1.65QUOTE C.2.3QUOTE D.3.3QUOTE12.［4分］（2021·四川高考改編·單選）迄今發(fā)覺的二百余顆太陽系外行星大多不適宜人類居住,繞恒星“Gliese581”運(yùn)行的行星“Gliese581c”卻很值得我們期盼.該行星的溫度在0℃到40℃之間、質(zhì)量是地球的6倍、直徑是地球的1.5倍、公轉(zhuǎn)周期為13個(gè)地球日.“GlieseA.在該行星和地球上放射衛(wèi)星的第一宇宙速度相同B.假如人到了該行星,其體重是地球上的2QUOTE倍C.該行星與“Gliese581”的距離是日地距離的QUOTED.假如人到了該行星，其體重是地球上的QUOTE13.［12分］一顆人造衛(wèi)星在離地面高度等于地球半徑的圓形軌道上運(yùn)行，已知地球的第一宇宙速度為QUOTE7.9km/s，求：（1）這顆衛(wèi)星運(yùn)行的線速度為多大？（2）它繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度為多大？（3）質(zhì)量為1kg的儀器放在衛(wèi)星內(nèi)的平臺(tái)上，儀器受到的重力為多大？它對(duì)平臺(tái)的壓力有多大？參考答案1.ABC解析：超重、失重是從重力和彈力的大小關(guān)系而定義的，當(dāng)向上加速時(shí)超重，向下減速時(shí)（加速度方向向上）也超重，故選項(xiàng)A、B正確；衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬有引力（或重力）完全供應(yīng)向心力，使衛(wèi)星及衛(wèi)星內(nèi)的物體產(chǎn)生向心加速度，并處于完全失重狀態(tài)，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.D解析：人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力供應(yīng)，由QUOTE＝QUOTE知軌道半徑增大到原來的2倍，地球供應(yīng)的向心力等于衛(wèi)星所需的向心力，將變?yōu)樵瓉淼腝UOTE，②錯(cuò)誤，③正確；由QUOTE得QUOTE知QUOTE增加到原來的2倍時(shí)，速度變?yōu)樵瓉淼腝UOTE，①錯(cuò)誤，④正確。故選項(xiàng)D正確。3.A解析：依據(jù)QUOTE得QUOTE，故甲衛(wèi)星的向心加速度小，選項(xiàng)A正確；依據(jù)QUOTE得QUOTE2πQUOTE,故甲的運(yùn)行周期大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；依據(jù)QUOTE,得QUOTE，故甲運(yùn)行的角速度小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；依據(jù)QUOTE,得QUOTE，故甲運(yùn)行的線速度小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.ACD解析：地球?qū)Α疤鞂m一號(hào)”的萬有引力供應(yīng)向心力，QUOTE＝QUOTE，得QUOTE＝QUOTE，選項(xiàng)A正確；由于“天宮一號(hào)”的質(zhì)量未知，不能求出地球?qū)Α疤鞂m一號(hào)”的引力大小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在QUOTE點(diǎn)“神舟八號(hào)”的速度比“天宮一號(hào)”的大，要實(shí)現(xiàn)平安對(duì)接（兩者的速度相等），需對(duì)“神舟八號(hào)”制動(dòng)減速，選項(xiàng)C、D正確。5.2QUOTEQUOTE解析：依據(jù)QUOTE,QUOTE′，整理得QUOTE;由QUOTE得QUOTE×2QUOTE。6.BC解析：第一宇宙速度是衛(wèi)星的最小放射速度，也是衛(wèi)星環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大繞行速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B、C正確；衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，在近地點(diǎn)做離心運(yùn)動(dòng)，說明近地點(diǎn)的速度大于第一宇宙速度，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.C解析：在星球表面四周，有QUOTE，所以該星球的第一宇宙速度QUOTE。又QUOTE，得QUOTE，故選項(xiàng)C正確。QUOTE（2）QUOTE解析：（1）設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為QUOTE，地球的質(zhì)量為QUOTE，地球表面處物體的質(zhì)量為QUOTE′。在地球表面四周滿足QUOTE則QUOTE①衛(wèi)星受到的萬有引力供應(yīng)其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，則QUOTE②將①式代入②式，得QUOTE。（2）結(jié)合①式衛(wèi)星受到的萬有引力為QUOTE③由萬有引力供應(yīng)向心力得QUOTE④聯(lián)立③④兩式，解得QUOTE。9.A解析：衛(wèi)星所受的萬有引力供應(yīng)向心力，同步衛(wèi)星的周期QUOTE24h，由QUOTEQUOTE知，QUOTE也為定值，即離地心的距離相同。又由QUOTE可看出速率QUOTE也為定值。衛(wèi)星的加速度大小為QUOTE，由于QUOTE為定值，故加速度大小也為定值。10.AD解析：由萬有引力供應(yīng)地球同步衛(wèi)星的向心力，可得QUOTE,故QUOTE。①式中QUOTE為地球的質(zhì)量，QUOTE為同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期，亦是地球自轉(zhuǎn)的周期。對(duì)地面上的物體QUOTE′，有QUOTE故QUOTE。②其中QUOTE為地球表面的重力加速度，QUOTE為地球的半徑。由①②式得QUOTE。11.A解析：設(shè)備用衛(wèi)星離地面的高度為QUOTE，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力供應(yīng)。QUOTE。聯(lián)立兩式解得QUOTE。12.B解析：由題意知，行星、地球的質(zhì)量之比QUOTE,半徑之比QUOTE，公轉(zhuǎn)周期之比QUOTE，中心天體質(zhì)量之比QUOTE。依據(jù)QUOTE，得第一宇宙速度之比QUOTEQUOTE,選項(xiàng)A錯(cuò)誤；依據(jù)QUOTE,得到人的體重之比QUOTE·QUOTE＝QUOTE，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；依據(jù)QUOTE,得與中心天體的距離之比QUOTE＝QUOTE,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。13.（1）5.6km/s（2）2.45QUOTE（3）2.45N0解析：（1）衛(wèi)星近地運(yùn)行時(shí)，有