高中物理 第六章 第5節(jié) 宇宙航行課時作業(yè) 新人教版必修2

第五節(jié)宇宙航行1．第一宇宙速度是指衛(wèi)星在____________繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度，也是繞地球做勻速圓周運(yùn)動的____________速度．第一宇宙速度也是將衛(wèi)星發(fā)射出去使其繞地球做圓周運(yùn)動所需要的________發(fā)射速度，其大小為________．2．第二宇宙速度是指將衛(wèi)星發(fā)射出去使其克服____________，永遠(yuǎn)離開地球，即掙脫地球的________束縛所需要的最小發(fā)射速度，其大小為________．3．第三宇宙速度是指使發(fā)射出去的衛(wèi)星掙脫太陽________的束縛，飛到____________外所需要的最小發(fā)射速度，其大小為________．4．人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動，其所受地球?qū)λ腳_____提供它做圓周運(yùn)動的向心力，則有：Geq\f(Mm,r2)＝__________＝________＝________，由此可得v＝______，ω＝________，T＝________.5．人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，其環(huán)繞速度可以是下列的哪些數(shù)據(jù)()A．一定等于7.9km/B．等于或小于7.9km/C．一定大于7.9km/D．介于7.9km/s～11.2km6．關(guān)于第一宇宙速度，以下敘述正確的是()A．它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B．它是近地圓軌道上人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度C．它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D．它是人造衛(wèi)星發(fā)射時的最大速度7．假如一做圓周運(yùn)動的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增加到原來的2倍，且仍做圓周運(yùn)動，則下列說法正確的是()①根據(jù)公式v＝ωr可知衛(wèi)星運(yùn)動的線速度將增大到原來的2倍②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(1,2)③根據(jù)公式F＝eq\f(GMm,r2)，可知地球提供的向心力將減小到原來的eq\f(1,4)④根據(jù)上述②和③給出的公式，可知衛(wèi)星運(yùn)行的線速度將減小到原來的eq\f(\r(2),2)A．①③ B．②③ C．②④ D．③④【概念規(guī)律練】知識點(diǎn)一第一宇宙速度1．下列表述正確的是()A．第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度B．第一宇宙速度又叫脫離速度C．第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)D．第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān)2．恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半徑較小，一般在7～20km，但它的密度大得驚人．若某中子星的半徑為10km1.2×1017kg/A．7.9km/s B．16.7kmC．2.9×104km/s D．5.8×知識點(diǎn)二人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律3．人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，其軌道半徑為R，線速度為v，周期為T，若使該衛(wèi)星的周期變?yōu)?T，可行的辦法是()A．R不變，線速度變?yōu)閑q\f(v,2)B．v不變，使軌道半徑變?yōu)?RC．軌道半徑變?yōu)閑q\r(3,4)RD．v不變，使軌道半徑變?yōu)閑q\f(R,2)4．在圓軌道上運(yùn)動的質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星，它到地面的距離等于地球半徑R，地面上的重力加速度為g，求：(1)衛(wèi)星運(yùn)動的線速度；(2)衛(wèi)星運(yùn)動的周期．知識點(diǎn)三地球同步衛(wèi)星5．關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是()A．它的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同B．它的周期、高度、速度大小都是一定的C．我國發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星可以定點(diǎn)在北京上空D．我國發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星必須定點(diǎn)在赤道上空6．據(jù)報道，我國的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號01星”于年4月25日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4次變軌控制后，于5月1日成功定點(diǎn)在東經(jīng)77°赤道上空的同步軌道．關(guān)于成功定點(diǎn)后的“天鏈一號01星”，下列說法正確的是()A．運(yùn)行速度大于7.9km/B．離地面高度一定，相對地面靜止C．繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度大D．向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等【方法技巧練】衛(wèi)星變軌問題的分析方法7．發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，圖1先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，如圖1所示，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時，以下說法正確的是()A．衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B．衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C．衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時的加速度D．衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度8．宇宙飛船在軌道上運(yùn)行，由于地面指揮人員發(fā)現(xiàn)某一火箭殘體的軌道與飛船軌道有一交點(diǎn)，通知宇航員某一時間飛船有可能與火箭殘體相遇．宇航員隨即開動飛船上的發(fā)動機(jī)使飛船加速，脫離原軌道，關(guān)于飛船的運(yùn)動，下列說法正確的是()A．飛船高度降低B．飛船高度升高C．飛船周期變小D．飛船的向心加速度變大1．在正繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)，下列儀器還可以使用的有()A．天平 B．測力計C．密度計 D．氣壓計2．可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道()A．與地球表面上某一緯度線(非赤道)是共面同心圓B．與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓是共面同心圓C．與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對地球表面是靜止的D．與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對于地球表面是運(yùn)動的3．探測器繞月球做勻速圓周運(yùn)動，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運(yùn)動，則變軌后與變軌前相比()A．軌道半徑小 B．向心加速度變小C．線速度變小 D．角速度變小4．假設(shè)地球的質(zhì)量不變，而地球的半徑增大到原來半徑的2倍，那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的()A.eq\r(2)倍 B．1/eq\r(2)倍C．1/2倍 D．2倍5.圖21970年4月24日，我國自行設(shè)計、制造的第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功，開創(chuàng)了我國航天事業(yè)的新紀(jì)元．“東方紅一號”的運(yùn)行軌道為橢圓軌道，如圖2所示，其近地點(diǎn)M和遠(yuǎn)地點(diǎn)N的高度分別為439km和2384A．衛(wèi)星在M點(diǎn)的速度小于N點(diǎn)的速度B．衛(wèi)星在M點(diǎn)的角速度大于N點(diǎn)的角速度C．衛(wèi)星在M點(diǎn)的加速度大于N點(diǎn)的加速度D．衛(wèi)星在N點(diǎn)的速度大于7.9km/6．如圖3所示，圖3a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造衛(wèi)星．a(chǎn)、b質(zhì)量相同，且小于c的質(zhì)量，下列判斷正確的是()A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B．b、c的周期相等，且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b所需的向心力最小7．已知地球同步衛(wèi)星離地面的高度約為地球半徑的6倍．若某行星的平均密度為地球平均密度的一半，它的同步衛(wèi)星距其表面的高度是其半徑的2.5倍，則該行星的自轉(zhuǎn)周期約為()A．6小時 B．12小時C．24小時 D．36小時8．地球和木星繞太陽運(yùn)行的軌道都可以看作是圓形的．已知木星的軌道半徑約為地球軌道半徑的5.2倍，則木星與地球繞太陽運(yùn)行的線速度之比約為()A．0.19 B．0.44C．2.3 D．5.29．年2月11日，俄羅斯的“宇宙—2251”衛(wèi)星和美國的“銥—33”衛(wèi)星在西伯利亞上空約805km中產(chǎn)生的大量碎片可能會影響太空環(huán)境．假定有甲、乙兩塊碎片繞地球運(yùn)動的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，則下列說法中正確的是()A．甲的運(yùn)行周期一定比乙的長B．甲距地面的高度一定比乙的高C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的加速度一定比乙的大圖410．年5月，航天飛機(jī)在完成對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后，在A點(diǎn)從圓形軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn)，如圖4所示．關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動，下列說法中正確的有()A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的動能小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的動能C．在軌道Ⅱ上運(yùn)動的周期小于在軌道Ⅰ上運(yùn)動的周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度11.圖5a是地球赤道上一棟建筑，b是在赤道平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動、距地面9.6×106c是地球同步衛(wèi)星，某一時刻b、c剛好位于a的正上方(如圖5所示)，經(jīng)48h，a、b、c的大致位置是下圖中的(取地球半徑R＝6.4×106m，地球表面重力加速度g取10mπ＝eq\r(10))()題號1234567891011答案12.1990年3月，中國紫金山天文臺將1965年9月20日發(fā)現(xiàn)的第753號小行星命名為吳健雄星，其直徑為32km度．(已知地球半徑R0＝6400km，地球的第一宇宙速度v0取8km/第5節(jié)宇宙航行課前預(yù)習(xí)練1．近地軌道最大環(huán)繞最小7.9km/s2．地球引力引力11.2km/s3．引力太陽系16.7km/s4．引力meq\f(v2,r)mω2rm(eq\f(2π,T))2req\r(\f(GM,r))eq\r(\f(GM,r3))2πeq\r(\f(r3,GM))5．B6．BC[第一宇宙速度是指衛(wèi)星圍繞天體表面做勻速圓周運(yùn)動的線速度，滿足關(guān)系Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)，即v＝eq\r(\f(GM,R))，且由該式知，它是最大的環(huán)繞速度；衛(wèi)星發(fā)射得越高，需要的發(fā)射速度越大，故第一宇宙速度等于最小發(fā)射速度的數(shù)值，因此B、C正確．]7．D[人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供，由F＝Geq\f(Mm,r2)知軌道半徑增大到原來的2倍，地球提供的向心力等于衛(wèi)星所需的向心力，將變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，②錯誤，③正確；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))知r增加到原來的2倍時，速度變?yōu)樵瓉淼膃q\f(\r(2),2)，①錯誤，④正確，故D正確．]課堂探究練1．A[第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度，A對，B錯．根據(jù)Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)可知環(huán)繞速度與地球的質(zhì)量和半徑有關(guān)，C、D錯．]2．D[中子星上的第一宇宙速度即為它表面處的衛(wèi)星的環(huán)繞速度，此時衛(wèi)星的軌道半徑近似地認(rèn)為是該中子星的半徑，且中子星對衛(wèi)星的萬有引力充當(dāng)向心力，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，又M＝ρV＝ρeq\f(4πr3,3)，得v＝req\r(\f(4πGρ,3))＝1×104×eq\r(\f(4×3.14×6.67×10－11×1.2×1017,3))m/s＝5.8×107m/s.]點(diǎn)評第一宇宙速度是衛(wèi)星緊貼星球表面運(yùn)行時的環(huán)繞速度，由衛(wèi)星所受萬有引力充當(dāng)向心力即Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)便可求得v＝eq\r(\f(GM,r)).3．C[由eq\f(GMm,R2)＝mReq\f(4π2,T2)得，T＝eq\r(\f(4π2R3,GM))＝2πeq\r(\f(R3,GM))，所以T′＝2T＝2πeq\r(\f(R′3,GM))，解得R′＝eq\r(3,4)R，故選C.]4．(1)eq\r(\f(gR,2))(2)4πeq\r(\f(2R,g))解析(1)人造地球衛(wèi)星受地球的引力提供向心力，則eq\f(GMm,2R2)＝eq\f(mv2,2R)在地面，物體所受重力等于萬有引力，eq\f(GMm,R2)＝mg兩式聯(lián)立解得v＝eq\r(\f(gR,2)).(2)T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2π·2R,\r(\f(gR,2)))＝4πeq\r(\f(2R,g)).5．ABD6．BC[由題意知，定點(diǎn)后的“天鏈一號01星”是同步衛(wèi)星，即T＝24h．由eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r＝ma，得：v＝eq\r(\f(GM,r))，運(yùn)行速度應(yīng)小于第一宇宙速度，A錯誤．r＝eq\r(3,\f(GMT2,4π2))，由于T一定，故r一定，所以離地高度一定，B正確．由ω＝eq\f(2π,T)，T同<T月，ω同>ω月，C正確．a(chǎn)＝rω2＝r(eq\f(2π,T))2.赤道上物體的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，故赤道上物體的向心加速度小于同步衛(wèi)星的向心加速度，D錯誤．]7．BD[本題主要考查人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動，尤其是考查了地球同步衛(wèi)星的發(fā)射過程，對考生理解物理模型有很高的要求．由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得，v＝eq\r(\f(GM,r)).因為r3>r1，所以v3<v1.由Geq\f(Mm,r2)＝mω2r得，ω＝eq\r(\f(GM,r3)).因為r3>r1，所以ω3<ω1.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)Q點(diǎn)時的加速度為地球引力產(chǎn)生的加速度，而在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時，也只有地球引力產(chǎn)生加速度，故應(yīng)相等．同理，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)P點(diǎn)時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度．]8．B[當(dāng)宇宙飛船加速時，它所需向心力增大，因此飛船做離心運(yùn)動，軌道半徑增大，由此知A錯誤，B正確；由式子T＝2πeq\r(\f(r3,GM))可知，r增大，T增大，故C錯誤；由于a＝eq\f(GM,r2)，r增大，a變小，D錯誤．]課后鞏固練1．B[繞地球飛行的人造衛(wèi)星及其內(nèi)所有物體均處于完全失重狀態(tài)，故在衛(wèi)星內(nèi)部，一切由重力引起的物理現(xiàn)象不再發(fā)生或由重力平衡原理制成的儀器不能再使用．故天平、密度計、氣壓計不能再用，而測力計的原理是胡克定律，它可以正常使用，B項正確．]2．CD[發(fā)射人造地球衛(wèi)星，必須使衛(wèi)星受到的地球?qū)λ娜f有引力提供向心力，所以不可能與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓，因為此時衛(wèi)星受的萬有引力與軌道半徑有一非零的夾角，所以A錯．由于地球自轉(zhuǎn)與衛(wèi)星軌道面重合的經(jīng)線不斷變化，所以B錯．C項是可以的，D項也是可以的，只是衛(wèi)星不是地球同步衛(wèi)星．]3．A[由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2r,T2)知T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，變軌后T減小，則r減小，故選項A正確；由Geq\f(Mm,r2)＝man，知r減小，an變大，故選項B錯誤；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)知v＝eq\r(\f(GM,r))，r減小，v變大，故選項C錯誤；由ω＝eq\f(2π,T)知T減小，ω變大，故選項D錯誤．]4．B[因第一宇宙速度即為地球的近地衛(wèi)星的線速度，此時衛(wèi)星的軌道半徑近似的認(rèn)為是地球的半徑，且地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力充當(dāng)向心力．故公式Geq\f(Mm,R2)＝eq\f(mv2,R)成立，解得v＝eq\r(\f(GM,R))，因此，當(dāng)M不變，R增加為2R時，v減小為原來的eq\f(1,\r(2))倍，即選項B正確．]5．BC[根據(jù)eq\f(GMm,r2)＝man＝meq\f(v2,r)，得在M點(diǎn)速度大于在N點(diǎn)速度，A錯誤，C正確；根據(jù)eq\f(GMm,r2)＝mω2r得ω＝eq\r(\f(GM,r3))，知B正確；7.9km/s是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最大環(huán)繞速度，故D錯誤．]6．BD[由v＝eq\r(\f(GM,r))可知：va>vb＝vc，所以A錯．由Geq\f(Mm,r2)＝mr(eq\f(2π,T))2可知半徑r越大，周期越長，B正確．由a＝Geq\f(M,r2)可知C錯．由F＝meq\f(v2,r)可知：b的向心力最小，D正確．]點(diǎn)撥a、v、ω、T等隨r的變化而變化，同時向心力還與衛(wèi)星的質(zhì)量有關(guān)．7．B[設(shè)地球半徑為R，密度為ρ1，自轉(zhuǎn)周期為T1，設(shè)行星半徑為r，密度為ρ2，自轉(zhuǎn)周期為T2，根據(jù)萬有引力定律得G·eq\f(ρ1\f(4,3)πR3m,7R2)＝meq\f(4π2·7R,T\o\al(2,1))①G·eq\f(ρ2\f(4,3)πr3m′,3.5r2)＝eq\f(m′4π2·3.5r,T\o\al(2,2))②ρ1＝2ρ2，T1＝24小時③由①②③得T2＝12小時，故選項B正確．]8．B[由萬有引力定律和圓周運(yùn)動知識Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)可得v＝eq\r(\f(GM,r))，所以木星與地球繞太陽運(yùn)動的線速度之比eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(r2,r1))＝0.44，B正確．]9．D[甲的速率大，由v＝eq\r(\f(GM,r))可知，甲碎片的軌道半徑小，故B錯；由公式T＝2πeq\r(\f(r3,GM))可知甲的周期小，故A錯；由于未知兩碎片的質(zhì)量，無法判斷向心力的大小，故C錯；碎片的加速度是指萬有引力加速度，由eq\f(GMm