人教版高中物理必修二宇宙航行每课一练

第六章万有引力与航天5宇宙航行1．下列关于绕地球运行的卫星的运动速度的说法中正确的是()．A．一定等于7.9 km/sB．一定小于7.9 km/sC．大于或等于7.9 km/s，而小于11.2 km/sD．只需大于7.9 km/s解析实际上，卫星在绕地球运行时，万有引力提供向心力，由此可得v＝GM，所以轨道半径r越大，卫星的环绕速度越小，实际的卫星轨道半径r大于地球半径R，所以环绕速度一定小于第一宇宙速度，即v<7.9 km/s.而C 选项是发射人造地球卫星的速度范围．答案 B2．关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法中正确的是()．A．在发射过程中向上加速时，产生超重现象B．在降落过程中向下减速时，产生超重现象C．进入轨道做匀速圆周运动时，产生失重现象D．失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的解析超重、失重是从重力和弹力的大小关系而定义的，当向上加速时超重，向下减速时(加速度方向向上)也超重，故A、B正确；卫星做匀速圆周运动时，万有引力(或重力)完全提供向心力，使卫星及卫星内的物体产生向心加速度，并处于完全失重状态，故C正确，D错误．答案 ABC3．关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，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 ＝GM v 2，可知轨道半径与卫星质量无关，A 错．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，不能在北京上空运行，B 错．第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而同步卫星在高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C 错．所谓“同步”就是卫星保持与地面赤道上某一点相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，D 对．答案 D4．一同学通过电视直播得知“神舟九号”在圆轨道上运转一圈的时间小于24小时，由此他将其与同步卫星进行比较得出如下结论，其中正确的是( )．A ．“神舟九号”在圆轨道上运行时的向心加速度小于同步卫星的向心加速度B ．“神舟九号”在圆轨道上运行的速率小于同步卫星的速率C ．“神舟九号”在圆轨道上运行的角速度小于同步卫星的角速度D ．“神舟九号”在圆轨道上运行时离地的高度小于同步卫星离地的高度解析 根据G Mm r 2＝mr 4π2T 2，r ＝3GMT 24π2，可见周期越小，其轨道半径越小，运转的向心加速度a ＝GM r 2越大，A 错、D 对．由v ＝GM r 知，B 错．由ω＝2πT 知，C 错．答案 D5．已知地球同步卫星的轨道半径是地球半径的k 倍，则 ( )．A ．第一宇宙速度的同步卫星运行线速度的k 倍B ．第一宇宙速度是同步卫星运行线速度的k 倍C ．地球表面附近的重力加速度是同步卫星向心加速度的k 倍D ．地球表面附近的重力加速度是同步卫星向心加速度的k 倍解析 由G Mm r 2＝m v 2r得v ＝ GMr第一宇宙速度可看做是地面附近卫星环绕速度．地球同步卫星的轨道半径是近地卫星的k 倍，所以线速度是近地卫星的1k ，A 项错误，B 项正确；由G Mm r 2＝ma 得a ＝GM r 2，知C 、D 项错误．答案 B6．已知某星球的平均密度是地球的n 倍，半径是地球的k 倍，地球的第一宇宙速度为v ，则该星球的第一宇宙速度为( )． A.nk v B ．k n vC ．nk k v D.nk v解析 由G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝GM r ，将M ＝43πr 3ρ代入，可得v ∝r ρ，所以该星球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的k n 倍，选项B 正确． 答案 B7．2012年6月16日，“神舟九号”飞船顺利升空．在“神舟九号”和“天宫一号”组合体飞行期间，3名航天员在轨正常工作和生活，开展了一系列空间科学实验和技术试验．若组合体在离地面高为h 的轨道上做圆周运动，如图6－5－6所示．地球半径为R ，地球表面处的重力加速度为g .航天员站在飞船的返回舱内时，求：图6－5－6(1)航天员对舱底的压力，简要说明理由．(2)航天员运动的加速度大小．解析因为地球对航天员的万有引力完全用于提供航天员随飞船绕地球做匀速圆周运动的向心力，航天员处于完全失重状态，故航天员对舱底的压力为零．(2)设地球的质量为M，航天员的质量为m，根据万有引力定律，在离地面高h处，有GMm(R＋h)2＝ma在地球表面，有G MmR2＝mg由以上两式解得a＝R2(R＋h)2g.答案(1)零理由见解析(2)R2 (R＋h)2g8．可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道()．A．与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的解析人造卫星运行时，由于地球对卫星的引力是它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上(除地心外)的某一点，故A是不对的；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以B 也是不对的；相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们自转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动．答案 CD9．由于阻力的原因，人造卫星绕地球做匀速圆周运动的半径逐渐减小，则下列说法正确的是( )．A ．运动速度变大B ．运动周期减小C ．需要的向心力变大D ．向心加速度减小 解析 设地球质量为M ，卫星质量为m ，轨道半径为r ，运行周期、线速度和角速度分别为T 、v 、ω.根据牛顿第二定律得：G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2T 2r解得v ＝ GMr ；ω＝GMr 3；T ＝ 4π2r 3GM向心加速度a ＝GM r 2＝v 2r ＝ω2r ＝4π2T 2r需要的向心力等于万有引力提供的向心力F 需＝G Mm r 2根据轨道半径r 逐渐减小，可以得到v 、ω、a 、F 需都是增大的而周期T 是减小的．答案 ABC10．我国已于2011年9月29日21时发射“天宫一号”目标飞行器，“天宫一号”重8吨，类似于一个小型空间站，是中国首个空间实验室，到目前为止，我国相继发射了“神八”“神九”并分别与“天宫一号”实现了对接．宇宙飞船为了追上“天宫一号”实现对接，可以采取的措施是( )． A ．只能从较高轨道上加速B．只能从较低轨道上加速C．只能从与“天宫一号”同一高度的轨道上加速D．无论在什么轨道上，只要加速都行解析宇宙飞船在某一轨道上加速运动，属于速度突变问题，速度的突然增大导致所需向心力增大而做离心运动，轨道半径将增大，从而不能在原轨道上继续运行．因此，为了追上“天宫一号”，实现宇宙飞船与“天宫一号”的对接，只能让宇宙飞船从较低轨道上加速，选项B正确．答案 B11．人造卫星环绕地球运行的速率v＝gR2r，其中g为地面处的重力加速度，R为地球半径，r为卫星离地球中心的距离．下列说法正确的是()．A．从公式可见，环绕速度与轨道半径的平方根成反比B．从公式可见，把人造卫星发射到越远的地方越容易C．由第一宇宙速度公式v＝gR知卫星轨道半径越大，其运行速度越大D．以上答案都不对解析由于g是地球表面处的重力加速度，R是地球半径，都是定值．根据v＝gR2r可得环绕速度与轨道半径的平方根成反比．A正确，D错误；虽然r越大，v越小，但把卫星发射到越远的地方火箭要克服地球引力做的功越多，需要的发射速度就越大，B错误；v＝gR是指第一宇宙速度，其中的R是地球半径，不是卫星的轨道半径，不能得出卫星的轨道半径越大，v越大的结论，C错误．答案 A12．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，线速度为v，周期为T，若要使它的周期变为2T，可能的方法是()．A．r不变，使线速度变为v 2B．v不变，使轨道半径变为2rC ．轨道半径变为34rD ．无法实现解析 由G Mm r 2＝m v 2r ＝mrω2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ，可知轨道半径r 确定，周期T ，角速度ω中有一个确定，其余三个量也随之确定，同理半径r ，线速度v ，周期T 、角速度ω中有一个变化，其余三个量也变化，选项A 、B 错误．由G Mm r ′2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π2T 2r ′ G Mm r 2＝mr ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2 以上两式联立可得r ′＝34r .答案 C13．(2012·安徽卷，14)我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350 km ，“神舟八号”的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则 ( )．A ．“天宫一号”比“神舟八号”速度大B ．“天宫一号”比“神舟八号”周期长C ．“天宫一号”比“神舟八号”角速度大D ．“天宫一号”比“神舟八号”加速度大解析 由题知“天宫一号”运行的轨道半径r 1大于“神舟八号”运行的轨道半径r 2，天体运行时万有引力提供向心力．根据G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝ GMr .因为r 1>r 2，故“天宫一号”的运行速度较小，选项A 错误；根据G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 得T ＝2π r 3GM ，故“天宫一号”的运行周期较长，选项B 正确；根据G Mm r 2＝mω2r ，得ω＝GMr 3，故“天宫一号”的角速度较小，选项C 错误；根据G Mm r 2＝ma ，得a ＝GM r 2，故“天宫一号”的加速度较小，选项D 错误．答案 B14．地球A 和某一行星B 的半径之比为R 1∶R 2＝1∶2，平均密度之比为ρ1∶ρ2＝4∶1.若地球表面的重力加速度为10 m/s 2，那么B 行星表面的重力加速度是多少？若在地球表面以某一初速度竖直上抛的物体最高可达20 m ，那么在B 行星表面以同样的初速度竖直上抛一物体，经多少时间该物体可落回原地？(气体阻力不计)解析 重力近似等于万有引力，即GMm R 2＝mg ，g ∝M R 2，所以g 1g 2＝M 1R 22R 21M 2①， 由M ＝ρV ＝ρ·43πR 3，得M 1M 2＝ρ1R 31ρ2R 32②， 把R 1∶R 2＝1∶2、ρ1∶ρ2＝4∶1、g 1＝10 m/s 2代入方程组，可解得g 2＝5 m/s 2. 在地球表面竖直上抛的物体最高可达20 m ，其运动的初速度v 0＝2gh ＝2×10×20 m/s ＝20 m/s ，在B 行星表面以同样的初速度竖直上抛一物体，落回原地的时间t ＝2v 0g 2＝2×205s ＝8 s. 答案 5 m/s 2 8 s。