2019年高中物理 第六章 万有引力与航天 第五、六节 宇宙航行 经典力学的局限性分层训练 新人教版必修2

第五节 宇宙航行第六节 经典力学的局限性A级抓基础1关于宇宙速度的说法，正确的是()A第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大环绕速度B第一宇宙速度是地球同步卫星的发射速度C人造地球卫星运行时的速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间D第三宇宙速度是物体逃离地球的最小速度解析：第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，同时也是人造地球卫星的最大环绕速度，故A对，B、C错；第二宇宙速度是物体逃离地球的最小速度，D错答案：A2.如图所示，图中a、b、c、d四条圆轨道的圆心均在地球的自转轴上，图中卫星均绕地球做匀速圆周运动，下列判断图中卫星可能的轨道正确的说法是()A只要轨道的圆心均在地球自转轴上都是可能的轨道，图中轨道a、b、c、d都是可能的轨道B只有轨道的圆心在地球的球心上，这些轨道才是可能的轨道，图中轨道a、b、c均可能C只有轨道平面与地球赤道平面重合的卫星轨道才是可能的轨道，图中只有a轨道是可能的D只有轨道圆心在球心，且不与赤道平面重合的轨道才是可能的轨道，即图中轨道b、c才是可能的解析：卫星运动过程中的向心力由万有引力提供，故地球必定在卫星运动轨道的中心，即地心为圆周运动的圆心，因此轨道d是不可能的，而轨道a、b、c均是可能的轨道，故B正确答案：B3当人造地球卫星进入预定轨道后，下列说法中正确的是()A卫星及卫星内的任何物体均不受重力作用B卫星及卫星内的任何物体仍受重力作用，并可用弹簧测力计直接称出物体所受重力的大小C如果卫星自然破裂成质量不相等的两块，则这两块仍按原来的轨道和周期运行D如果在卫星内将一个物体自由释放，则卫星内观察者将可以看到物体做自由落体运动解析：卫星在预定轨道上运行时，卫星及卫星内的物体仍然受到地球对它的引力作用，但处于失重状态，故A、B、D错误若卫星自然破裂，任一部分受到地球的引力恰好提供该部分做圆周运动的向心力，它依旧按原来的轨道和周期运行，故C正确答案：C4(多选)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：卫星围绕地球做圆周运动时，由万有引力提供向心力，即mamr，得a，T2，由题可知r甲r乙，所以a甲a乙，T甲T乙，故A、C正确；第一宇宙速度等于近地卫星的绕行速度，也是最大的绕行速度，所以B错误；同步卫星的轨道平面在赤道的正上方，不可能经过北极正上方，D错误答案：AC5研究表明，3亿年前地球自转的周期约为22小时这表明地球的自转在减慢，假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，则未来()A近地卫星的运行速度比现在的小B近地卫星的向心加速度比现在的小C地球同步卫星的线速度比现在的大D地球同步卫星的向心加速度比现在的小解析：设卫星的质量为m，轨道半径为r，地球的质量为M，则有Gmmm2rma向，得卫星的运动周期为T2 ，线速度为v ，角速度为，向心加速度a向，由题意知，近地卫星的运行半径不变，所以运行速度不变，向心加速度也不变，故A、B错误；若地球自转在减慢，则同步卫星的周期变大，则知其轨道半径r增大，线速度v减小，角速度减小，向心加速度a向减小，故C错误，D正确答案：D6.(多选)“嫦娥二号”卫星已成功发射，这次发射的卫星直接进入近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道后直接奔月当卫星到达月球附近的特定位置时，卫星就必须“急刹车”，也就是近月制动，以确保卫星既能被月球准确捕获，又不会撞上月球，并由此进入近月点100公里、周期为12小时的椭圆轨道a.再经过两次轨道调整，进入100公里的近月圆轨道b.轨道a和b相切于P点，如图所示下列说法正确的是()A“嫦娥二号”卫星的发射速度大于11.2 km/sB“嫦娥二号”卫星的发射速度大于7.9 km/s且小于11.2 km/sC“嫦娥二号”卫星在a、b轨道经过P点的速度相同D“嫦娥二号”卫星在a、b轨道经过P点的加速度相同解析：“嫦娥二号”发射出去后绕地球沿椭圆轨道运动，知“嫦娥二号”的发射速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s，故A错误，B正确；卫星从a轨道的P点进入b轨道，需减速，则在a轨道上经过P点的速度大于在b轨道上经过P点的速度，故C错误；“嫦娥二号”卫星在a、b轨道上经过P点时所受的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律，知加速度相同，故D正确答案：BD7.(多选)如图所示，A为静止于地球赤道上的物体，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，C为绕地球做圆周运动的卫星，P为B、C两卫星轨道的交点已知A、B、C绕地心运动的周期相同，相对于地心，下列说法中正确的是()A物体A和卫星C具有相同大小的加速度B卫星C的运行速度大于物体A的速度C可能出现在每天的某一时刻卫星B在A的正上方D卫星B在P点的加速度与卫星C在P点的加速度相同解析：卫星C和物体A的周期相同，则圆周运动的半径越大，线速度越大，向心加速度越大，A错误，B正确；卫星B的周期和地球自转的周期相同，故卫星B每一天的固定时间通过地球固定点的正上方，C正确；由ma得不同卫星处于同一位置时的加速度相同，D正确答案：BCDB级提能力8(多选)同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则下列比值正确的是()A.B.C. D.解析：由于同步卫星与赤道上物体的角速度相等，由ar2，得，选项A正确，B错误；由Gm，得v，故，选项D正确，C错误答案：AD9(多选)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 B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GD卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度解析：由同步卫星运行周期等于地球自转周期为T，利用万有引力等于向心力，可得卫星距地面的高度为h R，卫星的运行速度小于第一宇宙速度，选项A错误，B正确；卫星运行时受到的向心力大小为G，卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度，选项C错误，D正确答案：BD10(多选)据英国卫报网站报道，在太阳系之外，科学家发现了一颗最适宜人类居住的类地行星，绕恒星橙矮星运行，命名为“开普勒438b”假设该行星与地球绕恒星均做匀速圆周运动，其运行的周期为地球运行周期的p倍，橙矮星的质量为太阳的q倍，则该行星与地球的()A轨道半径之比为 B轨道半径之比为C线速度之比为 D线速度之比为解析：行星公转的向心力由万有引力提供，根据牛顿第二定律，有mR，解得R，该行星与地球绕恒星均做匀速圆周运动，其运行的周期为地球运行周期的p倍，橙矮星的质量为太阳的q倍，故，故A正确，B错误；根据v，有，故C正确，D错误答案：AC11一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，已知地球的第一宇宙速度为v17.9 km/s，g取9.8 m/s2.(1)这颗卫星运行的线速度为多大？(2)它绕地球运动的向心加速度为多大？(3)质量为1 kg的仪器放在卫星内的平台上，仪器的重力为多大？它对平台的压力有多大？解析：(1)卫星近地运行时，有Gm，卫星离地面的高度为R时，有Gm，由以上两式得v2 km/s5.6 km/s.(2)卫星离地面的高度为R时，有Gma，靠近地面时，有mg，解得ag2.45 m/s2.(3)在卫星内，仪器的重力等于地球对它的吸引力，则Gmgma12.45 N2.45 N.由于卫星内仪器的重力完全用于提供做圆周运动的向心力，仪器处于完全失重状态，所以仪器对平台的压力为零答案：(1)5.6 km/s(2)2.45 m/s2(3)2.45 N012人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒钟大约自转一周(引力常量G6.671011 Nm2/kg2，地球半径R约为6.4103 km)(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不至于由于快速转动而被“甩”掉，它的密度至少为多少？(2)假设某白矮星的密度约为此值，且其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度约为多少？解析：(1)假设赤道上的物体刚好不被“甩”掉，则此时白矮星对物体的万有引力恰好提供物体随白矮星转动的向心力，设白矮星质量为M，半径为r，赤道上物体的质量为m，则有Gmr，得白矮星的质量为M，则白矮星的密度为 kg/m31.411011 kg/m3.(2)白矮星的第一宇宙速度，就是物体在万有引力作用下沿白矮星表面绕它做匀速圆周运动时的速度，即Gm，故白矮星的第一宇宙速度为v m/s4.02107 m/s.答案：(1)1.411011 kg/m3(2)4.02107 m/s6