2024版新教材高中物理課時分層作業(yè)十六宇宙航行新人教版必修第二冊

課時分層作業(yè)(十六)宇宙航行A組基礎(chǔ)鞏固練1．下列說法正確的是()A．中國發(fā)射的地球同步衛(wèi)星應(yīng)該時刻處于北京的正上方B.地球同步衛(wèi)星的運行速度大于第一宇宙速度C．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星運行的最大環(huán)繞速度，也是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度D．隨著技術(shù)的發(fā)展，可以發(fā)射一顆運行周期為60min的人造地球衛(wèi)星2．在人類探索宇宙的過程中，有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢棄物被稱為“太空垃圾”．這些“太空垃圾”在地球附近的軌道上高速運動，因此對正在運行的航天器具有巨大的破壞力．設(shè)“太空垃圾”繞地球做圓周運動，以下說法正確的是()A．離地面越低的“太空垃圾”運行周期越大B．離地面越高的“太空垃圾”運行角速度越小C．“太空垃圾”運行速率可能為8.5km/sD．由公式v＝eq\r(gr)得，離地面越高的“太空垃圾”運行速率越大3．一做勻速圓周運動的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增大到原來的3倍后仍做勻速圓周運動，則()A．根據(jù)公式v＝ωr，可知衛(wèi)星運動的線速度增大到原來的3倍B．根據(jù)公式v＝eq\r(\f(GM,r))，可知衛(wèi)星運動的線速度減小到原來的eq\f(\r(3),3)C．根據(jù)公式v＝eq\r(gr)，可知衛(wèi)星運動的線速度增大到原來的eq\r(3)倍D．根據(jù)公式F＝eq\f(mv2,r)，可知衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來的eq\f(1,3)4．金星的半徑是地球半徑的eq\f(4,5)，質(zhì)量是地球質(zhì)量的eq\f(2,5).忽略金星、地球自轉(zhuǎn)的影響，金星表面的自由落體加速度與地球表面的自由落體加速度之比、金星的第一宇宙速度與地球的第一宇宙速度之比分別是()A．5∶81∶2B．5∶8eq\r(2)∶2C．1∶2eq\r(2)∶2D．1∶21∶25．如圖所示，衛(wèi)星a、b、c沿圓形軌道繞地球運行．a(chǎn)是極地軌道衛(wèi)星，在地球兩極上空約1000km處運行；b是低軌道衛(wèi)星，距地球表面高度與a相等；c是地球同步衛(wèi)星．下列說法正確的是()A．a(chǎn)、b的周期比c的大B．a(chǎn)、b的向心力大小一定相等C．a(chǎn)、b的速度大小相等D．a(chǎn)、b的向心加速度大小比c的小6．如圖所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運動．下列說法正確的是()A．甲的向心加速度比乙的小B．甲的運行周期比乙的小C．甲的角速度比乙的大D．甲的線速度比乙的大7．[2023·北京延慶高一統(tǒng)考]北京時間2022年11月17日16時50分，經(jīng)過約5.5h的出艙活動，“神舟十四號”航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲密切協(xié)同，圓滿完成出艙活動全部既定任務(wù)，出艙活動取得圓滿成功．若“問天”實驗艙圍繞地球在做勻速圓周運動，軌道半徑為r，周期為T，引力常量為G，則下列說法正確的是()A．“問天”實驗艙的質(zhì)量為eq\f(4π2r3,GT2)B．漂浮在艙外的航天員加速度等于零C．“問天”實驗艙在圓軌道上運行的速度小于7.9km/sD.若出艙活動期間蔡旭哲自由釋放手中的工具，工具會立即高速離開航天員8．“嫦娥五號”的成功發(fā)射及月面采樣返回，標志著我國探月工程三步走的目標順利完成．已知“嫦娥五號”繞月飛行軌道近似為圓形，距月球表面高度為H，飛行周期為T，月球的半徑為R，引力常量為G.(1)求“嫦娥五號”繞月飛行時的線速度大小．(2)求月球的質(zhì)量．B組能力提升練9.圖中a是靜止在地球赤道上的物體，b是探測衛(wèi)星，c是地球靜止衛(wèi)星，它們在同一平面內(nèi)沿不同的軌道繞地心做勻速圓周運動，且均沿逆時針方向繞行．若某一時刻，它們正好運行到同一條直線上(如圖所示)，則再經(jīng)過6h，下列關(guān)于a、b和c三者位置的圖示可能正確的是()10．[2023·湖南卷]根據(jù)宇宙大爆炸理論，密度較大區(qū)域的物質(zhì)在萬有引力作用下，不斷聚集可能形成恒星．恒星最終的歸宿與其質(zhì)量有關(guān)，如果質(zhì)量為太陽質(zhì)量的1～8倍將坍縮成白矮星，質(zhì)量為太陽質(zhì)量的10～20倍將坍縮成中子星，質(zhì)量更大的恒星將坍縮成黑洞．設(shè)恒星坍縮前后可看成質(zhì)量均勻分布的球體，質(zhì)量不變，體積縮小，自轉(zhuǎn)變快．不考慮恒星與其他物體的相互作用．已知逃逸速度為第一宇宙速度的eq\r(2)倍，中子星密度大于白矮星．根據(jù)萬有引力理論，下列說法正確的是()A．同一恒星表面任意位置的重力加速度相同B．恒星坍縮后表面兩極處的重力加速度比坍縮前的大C．恒星坍縮前后的第一宇宙速度不變D．中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度11.[2023·安徽合肥高一聯(lián)考]2022年11月9日，某天文愛好者通過衛(wèi)星追蹤軟件獲得“天和”空間站過境運行軌跡(如圖甲)，通過微信小程序獲得中國“天和”空間站過境連續(xù)兩次最佳觀察時間，信息如圖乙所示．這連續(xù)兩次最佳觀察時間內(nèi)，空間站繞地球共轉(zhuǎn)過16圈．已知地球半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為24小時，同步衛(wèi)星軌道半徑為6.6R，不考慮空間站軌道修正，由以上信息可估算“天和”空間站的軌道半徑為(eq\r(3,4)≈1.59)()查看過境圖日期亮度過境類型11月2日0.4可見開始時間開始方位開始高度角17：50：08西北偏西10°查看過境圖日期亮度過境類型11月3日3.2可見開始時間開始方位開始高度角18：28：40西南偏西10°乙A.0.83RB．1.04RC.1.59RD．6.6R12．“天琴計劃”設(shè)想在10萬千米高度的地球軌道上部署三顆衛(wèi)星，組成臂長17萬千米的等邊三角形編隊，這三顆衛(wèi)星在太空中的分列圖類似樂器豎琴，故命名為“天琴計劃”．該系統(tǒng)的目的是探測引力波信號，并利用引力波進行基礎(chǔ)物理、天文學(xué)和宇宙學(xué)研究．假設(shè)地球位于該三角形的中心，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為4.2萬千米，則下列有關(guān)三顆衛(wèi)星的運動描述正確的是()A.三顆衛(wèi)星一定是地球同步衛(wèi)星B.三顆衛(wèi)星具有相同大小的加速度C.三顆衛(wèi)星的線速度均大于第一宇宙速度D.若僅知道引力常量G及三顆衛(wèi)星繞地球運行的周期T，可估算出地球的密度13．利用三顆位置適當?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)周期的最小值約為多少？課時分層作業(yè)(十六)宇宙航行1．解析：地球靜止衛(wèi)星只能定點在赤道的正上空，地球同步衛(wèi)星不能時刻處于北京的正上方，A錯誤；第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大環(huán)繞速度，也是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，地球同步衛(wèi)星的運行速度小于第一宇宙速度，B錯誤，C正確；圍繞地球以第一宇宙速度運行的衛(wèi)星具有最小的運行周期，此周期值大約為84min，D錯誤．答案：C2．解析：“太空垃圾”繞地球做圓周運動，根據(jù)萬有引力提供向心力可知eq\f(GMm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，解得T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，則離地面越低的“太空垃圾”運行周期越小，故A錯誤；根據(jù)萬有引力提供向心力可知eq\f(GMm,r2)＝mω2r，解得ω＝eq\r(\f(GM,r3))，則離地面越高的“太空垃圾”運行角速度越小，故B正確；地球的第一宇宙速度為7.9km/s，是最大的環(huán)繞速度，所有圍繞地球做圓周運動的物體速度不能大于此速度，故C錯誤；根據(jù)eq\f(GMm,r2)＝mg可知，g＝eq\f(GM,r2)，則隨著r的增大g減小，則由公式v＝eq\r(gr)，不能判斷“太空垃圾”運行速率的變化情況，故D錯誤．故選B.答案：B3．解析：由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，據(jù)此分析速度的變化，B正確；不能利用v＝ωr分析，因為角速度在變化，也不能根據(jù)公式v＝eq\r(gr)分析，因為g在變化，A、C錯誤；據(jù)F＝Geq\f(Mm,r2)分析向心力的變化，不能用F＝eq\f(mv2,r)分析向心力的變化，因為線速度在變化，D錯誤．答案：B4．解析：根據(jù)萬有引力提供向心力，有eq\f(GMm,R2)＝meq\f(v2,R)，解得v＝eq\r(\f(GM,R))，得eq\f(v金,v地)＝eq\f(\r(2),2).根據(jù)在天體表面的物體的重力近似等于天體對物體的引力，有mg＝eq\f(GMm,R2)，解得g＝eq\f(GM,R2)，所以eq\f(g金,g地)＝eq\f(5,8)，故選B.答案：B5．解析：衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動，萬有引力提供其做圓周運動的向心力，由公式Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，則a、b的周期比c的小，A錯誤；由于a、b的質(zhì)量關(guān)系未知，則a、b的向心力大小無法確定，B錯誤；由公式Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，a、b的速度大小相等，C正確；由公式Geq\f(Mm,r2)＝ma得a＝Geq\f(M,r2)，a、b的向心加速度比c的向心加速度大，D錯誤．答案：C6．解析：甲、乙兩衛(wèi)星分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運動，萬有引力提供它們各自做勻速圓周運動的向心力．由牛頓第二定律有Geq\f(Mm,r2)＝man＝meq\f(4π2,T2)r＝mω2r＝meq\f(v2,r)，可得an＝eq\f(GM,r2)，T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，v＝eq\r(\f(GM,r)).由已知條件可得a甲＜a乙，T甲＞T乙，ω甲＜ω乙，v甲＜v乙，故選A.答案：A7．解析：根據(jù)萬有引力提供向心力可知Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2r,T2)，解得地球的質(zhì)量為M＝eq\f(4π2r3,GT2)，A錯誤；漂浮在艙外的航天員同樣繞地球做圓周運動，加速度不為零，B錯誤；“問天實驗艙”在圓軌道上運行的速度小于7.9km/s，第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大速度，C正確；若出艙活動期間蔡旭哲自由釋放手中的工具，工具會相對航天員靜止，一起繞地球做圓周運動，D錯誤．故選C.答案：C8．解析：(1)根據(jù)勻速圓周運動規(guī)律可得“嫦娥五號”繞月飛行時的線速度大小為v＝eq\f(2π（R＋H）,T).(2)設(shè)月球的質(zhì)量為M，“嫦娥五號”的質(zhì)量為m，根據(jù)萬有引力提供向心力有Geq\f(Mm,（R＋H）2)＝meq\f(4π2,T2)(R＋H)解得M＝eq\f(4π2（R＋H）3,GT2).答案：(1)eq\f(2π（R＋H）,T)(2)eq\f(4π2（R＋H）3,GT2)9．解析：靜止衛(wèi)星c始終在a的正上方，c的角速度小于b的角速度，經(jīng)過6h，a、c轉(zhuǎn)過90°，b轉(zhuǎn)過的角度更大一些．答案：D10．解析：恒星兩極處自轉(zhuǎn)的向心加速度為零，萬有引力全部提供重力，其他位置萬有引力的一個分力提供向心力，另外一個分力提供重力，A錯誤．恒星坍縮前后可看成質(zhì)量均勻分布的球體，質(zhì)量不變，體積縮小，由萬有引力表達式F＝eq\f(GMm,R2)可知，恒星表面物體受到的萬有引力變大，根據(jù)牛頓第二定律可知恒星坍縮后表面兩極處的重力加速度比坍縮前的大，B正確；由第一宇宙速度物理意義可得eq\f(GMm,R2)＝meq\f(v2,R)，整理得v＝eq\r(\f(GM,R))，恒星坍縮前后質(zhì)量不變，體積縮小，故第一宇宙速度變大，C錯誤；由質(zhì)量分布均勻球體的質(zhì)量表達式M＝eq\f(4π,3)R3ρ得R＝eq\r(3,\f(3M,4πρ))，已知逃逸速度為第一宇宙速度的eq\r(2)倍，則v′＝eq\r(2)v＝eq\r(\f(2GM,R))，聯(lián)立整理得v′2＝2v2＝eq\f(2GM,R)＝2Geq\r(3,\f(4πρM2,3))，由題意可知中子星的質(zhì)量和密度均大于白矮星，結(jié)合上述表達式可知中子星的逃逸速度大于白矮星的逃逸速度，D錯誤．答案：B11．解析：由圖乙的信息可知兩次最佳觀察時間間隔約為24h，空間站一天時間繞地球16圈，則空間站運行周期T0＝eq\f(24,16)h＝1.5h．根據(jù)開普勒第三定律有eq\f(r3,T2)＝eq\f(req\o\al(\s\up1(3),\s\do1(0)),Teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)))，解得“天和”空間站的軌道半徑為r0≈1.04R，故選B.答案：B12．解析：地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為4.2萬千米，而這三顆衛(wèi)星的軌道半徑約為10萬千米，所以這三顆衛(wèi)星不是地球同步衛(wèi)星，故A錯誤；根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝ma，解得a＝eq\f(GM,r2)，由于三顆衛(wèi)星到地球的距離相等，則它們的加速度大小相等，故B正確；第一宇宙速度是衛(wèi)星在地球表面附近繞地球運動的線速度，是衛(wèi)星在圓軌道上運行的最大