2025版高中物理課時(shí)作業(yè)十一宇宙航行含解析新人教版必修2

PAGE5-課時(shí)作業(yè)(十一)宇宙航行A組：基礎(chǔ)落實(shí)練1．關(guān)于宇宙速度，下列說法正確的是()A．第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小放射速度B．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C．其次宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)的最大速度D．第三宇宙速度是放射人造地球衛(wèi)星的最小速度解析：解決本題的關(guān)鍵點(diǎn)是要弄清三種宇宙速度在放射速度和運(yùn)行速度上的大小關(guān)系．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小放射速度，也是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度，A正確，B錯(cuò)誤；其次宇宙速度是在地面上放射物體，使之成為繞太陽運(yùn)動(dòng)或繞其他行星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小放射速度，C錯(cuò)誤；第三宇宙速度是在地面上放射物體，使之飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小放射速度，D錯(cuò)誤．答案：A2．(多選)關(guān)于地球同步通信衛(wèi)星，下列說法正確的是()A．它肯定在赤道上空運(yùn)行B．各國放射的這種衛(wèi)星軌道半徑都一樣C．它運(yùn)行的線速度肯定小于第一宇宙速度D．它運(yùn)行的線速度介于第一宇宙速度和其次宇宙速度之間解析：地球同步衛(wèi)星肯定位于赤道上空，故選項(xiàng)A正確；依據(jù)萬有引力供應(yīng)向心力可知，地球同步衛(wèi)星的軌道是確定的，故選項(xiàng)B正確；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)v＝eq\r(\f(GM,r))，且r＝R＋h，故同步衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：ABC3.a、b、c、d是在地球大氣層外的圓形軌道上運(yùn)行的四顆人造衛(wèi)星．其中a、c的軌道相交于P，b、d在同一個(gè)圓軌道上，b、c軌道在同一平面上．某時(shí)刻四顆衛(wèi)星的運(yùn)行方向及位置如圖所示．下列說法中正確的是()A．a(chǎn)、c的加速度大小相等，且大于b的加速度B．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度C．a(chǎn)、c的線速度大小相等，且小于d的線速度D．a(chǎn)、c存在在P點(diǎn)相撞的危急解析：由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mrω2＝mreq\f(4π2,T2)＝ma，可知B、C錯(cuò)誤，A正確，a、c的線速度相等，故恒久不相撞，D錯(cuò)誤．答案：A4.[2024·湖北重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考]如圖所示的三個(gè)人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是()A．衛(wèi)星可能的軌道為a、b、cB．衛(wèi)星可能的軌道為a、bC．同步衛(wèi)星可能的軌道為aD．同步衛(wèi)星可能的軌道為a、c解析：衛(wèi)星圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力供應(yīng)圓周運(yùn)動(dòng)向心力，由于萬有引力指向地心，故衛(wèi)星軌道的圓心為地心，由圖可知，軌道b的平面不過地心，故b不行能是地球衛(wèi)星的軌道，故A、B錯(cuò)誤；同步衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面重合，軌道c不與赤道共面，不行能是同步衛(wèi)星軌道，同步衛(wèi)星可能的軌道為a，故C正確，D錯(cuò)誤．答案：C5．近地衛(wèi)星線速度為7.9km/s，已知月球質(zhì)量是地球質(zhì)量的eq\f(1,81)，地球半徑是月球半徑的3.8倍，則在月球上放射“近月衛(wèi)星”的環(huán)繞速度約為()A．1.0km/sB．1.7km/sC．2.0km/sD．1.5km/s解析：由Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)得近地(月)衛(wèi)星的線速度為v＝eq\r(\f(GM,R)).近月衛(wèi)星與近地衛(wèi)星的線速度之比為eq\f(v2,v1)＝eq\r(\f(M2R1,M1R2))＝eq\r(\f(3.8,81))，所以近月衛(wèi)星的線速度為：v2≈0.22v1＝0.22×7.9km/s＝1.7km/s，選項(xiàng)B正確．答案：B6．如圖所示，在同一軌道平面上的幾個(gè)人造地球衛(wèi)星A、B、C繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，某一時(shí)刻它們恰好在同始終線上，下列說法中正確的是()A．依據(jù)v＝eq\r(gr)可知，運(yùn)行速度滿意vA>vB>vCB．運(yùn)轉(zhuǎn)角速度滿意ωA>ωB>ωCC．向心加速度滿意aA<aB<aCD．運(yùn)動(dòng)一周后，A最先回到圖示位置解析：由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得，v＝eq\r(\f(GM,r))，r大，則v小，故vA<vB<vC，A錯(cuò)誤；由Geq\f(Mm,r2)＝mω2r得，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，r大，則ω小，故ωA<ωB<ωC，B錯(cuò)誤；由Geq\f(Mm,r2)＝ma得，a＝eq\f(GM,r2)，r大，則a小，故aA<aB<aC，C正確；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r得，T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，r大，則T大，故TA>TB>TC，因此運(yùn)動(dòng)一周后，C最先回到圖示位置，D錯(cuò)誤．答案：C7.如圖所示是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運(yùn)動(dòng)，a是地球同步衛(wèi)星，則()A．衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度B．衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度C．衛(wèi)星a的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度D．衛(wèi)星b的周期大于24h解析：由Geq\f(Mm,r2)＝mω2r可得ω＝eq\r(\f(GM,r3))，軌道半徑越大，角速度越小，故衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度，A正確；由Geq\f(Mm,r2)＝ma可得a＝eq\f(GM,r2)，由于a、b的軌道半徑相同，所以兩者的向心加速度相同，B錯(cuò)誤；第一宇宙速度是近地衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)可得v＝eq\r(\f(GM,r))，軌道半徑越大，線速度越小，所以衛(wèi)星a的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度，C錯(cuò)誤；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r可得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，a、b軌道半徑相同，周期相同，所以衛(wèi)星b的周期等于24h，D錯(cuò)誤．答案：A8．登上火星是人類的幻想．“嫦娥之父”歐陽自遠(yuǎn)透露：中國安排于2024年登陸火星．地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，忽視行星自轉(zhuǎn)影響．依據(jù)下表，火星和地球相比()行星半徑/m質(zhì)量/kg軌道半徑/m地球6.4×1066.0×10241.5×1011火星3.4×1066.4×10232.3×1011A.火星的公轉(zhuǎn)周期較小B．火星做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度較小C．火星表面的重力加速度較大D．火星的第一宇宙速度較大解析：依據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝mreq\f(4π2,T2)，得eq\f(T2,r3)＝eq\f(4π2,GM)，結(jié)合表中數(shù)據(jù)，可算出火星的公轉(zhuǎn)周期較大，A錯(cuò)；依據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝ma，得a＝Geq\f(M,r2)，可推斷火星的加速度較小，B對(duì)；依據(jù)g＝Geq\f(M,R2)，可算出火星表面的重力加速度較小，C錯(cuò)；第一宇宙速度v＝eq\r(\f(GM,R))，可算出火星的第一宇宙速度較小，D錯(cuò)．答案：B9．在地球的衛(wèi)星中有兩類衛(wèi)星的軌道比較特別，一是極地衛(wèi)星，二是同步衛(wèi)星．已知某極地衛(wèi)星的運(yùn)行周期為12h，則下列關(guān)于對(duì)極地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的描述正確的是()A．該極地衛(wèi)星的運(yùn)行速度肯定小于同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度B．該極地衛(wèi)星的向心加速度肯定大于同步衛(wèi)星的向心加速度C．該極地衛(wèi)星的放射速度肯定大于同步衛(wèi)星的放射速度D．該極地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星均與地面相對(duì)靜止解析：由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝ma得v＝eq\r(\f(GM,r))，a＝eq\f(GM,r2)，同步衛(wèi)星的周期為24h，則同步衛(wèi)星的周期大于極地衛(wèi)星的周期，由周期與軌道半徑的關(guān)系知，同步衛(wèi)星的軌道半徑較大，則同步衛(wèi)星的線速度較小，加速度較小，故A錯(cuò)誤、B正確；同步衛(wèi)星的高度高，所以同步衛(wèi)星的放射速度大，C錯(cuò)誤；極地衛(wèi)星不是地球同步衛(wèi)星，所以相對(duì)于地面不靜止，D錯(cuò)誤．答案：B10．已知海王星和地球的質(zhì)量之比為Mm＝161，它們的半徑比為Rr＝41，求：(1)海王星和地球的第一宇宙速度之比；(2)海王星表面和地球表面的重力加速度之比．解析：(1)設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m′，對(duì)繞海王星和繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，分別有Geq\f(Mm′,R2)＝eq\f(m′v\o\al(2,1),R)，Geq\f(mm′,r2)＝eq\f(m′v\o\al(2,2),r)聯(lián)立解得eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(Mr,mR))＝2.(2)對(duì)海王星表面的物體，有Geq\f(Mm″,R2)＝m″g1對(duì)地球表面的物體，有Geq\f(mm″,r2)＝m″g2聯(lián)立解得g1g2＝eq\f(Mr2,mR2)＝1.答案：(1)21(2)11B組：實(shí)力提升練11．宇航員在月球上做自由落體試驗(yàn)，將某物體由距月球表面高h(yuǎn)處釋放，經(jīng)時(shí)間t后落到月球表面(設(shè)月球半徑為R)．據(jù)上述信息推斷，飛船在月球表面旁邊繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必需具有的速率為()A.eq\f(2\r(Rh),t)B.eq\f(\r(2Rh),t)C.eq\f(\r(Rh),t)D.eq\f(\r(Rh),2t)解析：設(shè)月球表面的重力加速度為g′，由物體“自由落體”可得h＝eq\f(1,2)g′t2，飛船在月球表面旁邊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)可得Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)，在月球表面旁邊mg′＝eq\f(GMm,R2)，聯(lián)立得v＝eq\f(\r(2Rh),t)，故B正確．答案：B12．利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上隨意兩點(diǎn)之間保持無線電通訊．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(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為()A．1hB．4hC．8hD．16h解析：地球自轉(zhuǎn)周期變小，衛(wèi)星要與地球保持同步，則衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期也應(yīng)隨之變小，由開普勒第三定律eq\f(r3,T2)＝k可知衛(wèi)星離地球的高度應(yīng)變小，要實(shí)現(xiàn)三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的，則衛(wèi)星周期最小時(shí)，由數(shù)學(xué)幾何關(guān)系可作出他們間的位置關(guān)系如圖所示．衛(wèi)星的軌道半徑為r＝eq\f(R,sin30°)＝2R由eq\f(r\o\al(3,1),T\o\al(2,1))＝eq\f(r\o\al(3,2),T\o\al(2,2))得eq\f(6.6R3,242)＝eq\f(2R3,T\o\al(2,2)).解得T2≈4h.答案：B13．星球上的物體脫離星球引力所須要的最小速度稱為該星球的“其次宇宙速度”，星球的“其次宇宙速度”v2與“第一宇宙速度”v1的關(guān)系是v2＝eq\r(2)v1.已知某星球的半徑為r，它表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的eq\f(1,6)，不計(jì)其他星球的影響，則該星球的“其次宇宙速度”為()A.eq\r(gr)B.eq\r(\f(1,6)gr)C.eq\r(\f(1,3)gr)D.eq\f(1,3)gr解析：設(shè)地球的質(zhì)量為M，半徑為r，繞其飛行的衛(wèi)星質(zhì)量為m，由萬有引力供應(yīng)向心力得：eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)①在地球表面有eq\f(GMm,R2)＝mg②求第一宇宙速度時(shí)有R＝r聯(lián)立①②式得v＝eq\r(gR)利用類比的關(guān)系知該星球“第一宇宙速度”為v1＝eq\r(\f(gr,6))“其次宇宙速度”v2與“第一宇宙速度”v1的關(guān)系是v2＝eq\r(2)v1即v2＝eq\r(\f(gr,3)).答案：C14．[2024·山東濱洲市聯(lián)考]木星的衛(wèi)星之一叫“艾奧”，它上面的珞珈火山噴出的巖塊初速度為18m/s時(shí)，上上升度可達(dá)90m．已知“艾奧”的半徑為R＝1800km，忽視“艾奧”的自轉(zhuǎn)及巖塊運(yùn)動(dòng)過程中受到淡薄氣體的阻力，引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，求：(1)“艾奧”的質(zhì)量；(2)“艾奧”的第一宇宙速度．解析：(1)巖塊做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，有veq\o\al(2,t)－veq\o\al(2,0)＝－2gh，解得g＝eq\f(v\o\a