2020高中物理 第三章 万有引力定律 宇宙航行练习（基础篇）教科版必修2

2020高中物理 第三章 万有引力定律 宇宙航行练习（基础篇）教科版必修2

宇宙航行(基础篇)‎ 一、选择题：‎ ‎1．当人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动时，下列说法正确的是( )‎ ‎ A．在同一轨道上，卫星质量越大，运动速度越大 ‎ B．同质量的卫星，轨道半径越大，向心力越大 ‎ C．轨道半径越大，运动周期越大 ‎ D．轨道半径越大，运动速度越大 ‎2．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是( )‎ ‎ A．第一宇宙速度又叫环绕速度 B．第一宇宙速度又叫脱离速度 ‎ C．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D．第一宇宙速度跟地球的半径无关 ‎3．在地球(看成质量均匀分布的球体)上空有许多同步卫星，下列说法中正确的是( )‎ ‎ A．它们的质量可能不同 B．它们的速率可能不同 ‎ C．它们的加速度大小可能不同 D．它们离地心的距离可能不同 ‎4．人造卫星在太空绕地球做圆周运动时，若天线偶然折断，那么( )‎ A．天线将做自由落体运动，落向地球 B．天线将做平抛运动，落向地球 C．天线将沿轨道切线方向飞出，远离地球 D．天线将继续和卫星一起沿轨道运转 ‎5．据媒体报道，嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道，轨道高度‎200 km，运行周期127分钟。若还知道引力常量和月球平均半径，仅利用以上条件不能求出的是( )‎ A．月球表面的重力加速度 B．月球对卫星的吸引力 C．卫星绕月球运行的速度 D．卫星绕月运行的加速度 ‎6．已知地球半径约为6.4×‎106米，又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，则可估算出月球到地心的距离约为(结果只保留一位有效数字)( )‎ A．1×‎108m B．4×‎108m  C．7×‎108m D．9×‎108m ‎ ‎7．如图所示，卫星A、B、C在相隔不远的不同轨道上以地球为中心做匀速圆周运动，且运动方向相同，若在某个时刻恰好在同一直线上，则当卫星A转过一个周期时，下列关于三颗卫星的说法正确的是( )‎ A．三颗卫星的位置仍在一条直线上 B．卫星A的位置超前于B，卫星C的位置滞后于B C．卫星A的位置滞后于B，卫星C的位置超前于B D．卫星A的位置滞后于B和C A B C 地 地球 A B C ‎8．宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距离月球表面高h处释放，经时间t后落回月球表面（设月球半径为R）。据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为( )‎ A． B． C． D．‎ ‎9．如图是某位同学设想的人造地球卫星轨道（卫星发动机关闭），其中不可能的是( )‎ 4‎ ‎10．‎2012年6月18日，神州九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面‎343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间的交会对接，对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，下列说法中正确的是( )‎ A．为实现对接，两者运行的速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 ‎ B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加 ‎ C．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低 ‎ D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力的作用 ‎ ‎11．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率是下列的( )‎ A．一定等于‎7.9km/s B．等于或小于‎7.9km/s C．一定大于‎7.9km/s D．介于7.9～‎11.2km/s ‎ ‎12．地球同步卫星到地心的距离r可由求出，已知式中a的单位是m，b的单位是s，c的单位是m/s2，则( )‎ A．a是地球半径，b是地球自转的周期，c是地球表面处的重力加速度 B．a是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是同步卫星的加速度 C．a是赤道周长，b是地球自转周期，c是同步卫星的加速度 D．a是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是地球表面处的重力加速度 二、解答题：‎ ‎1．已知火星的半径是地球半径的一半，火星的质量是地球质量的1/9，若在地球上质量为‎50kg的人到火星上去。g取，求：‎ ‎（1）在火星上此人所受的重力多大？‎ ‎（2）此人在地球上可跳‎1.5m高，他在火星上可跳多高？‎ ‎2．一组太空人乘太空穿梭机，去修理位于离地球表面高为h的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H，机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭推动火箭，而望远镜则在穿梭机前方数公里处，如图所示，设G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径．‎ ‎ (1)在穿梭机内，一质量为‎70kg的太空人的视重是多少?‎ ‎ (2)计算轨道上的重力加速度的值及计算穿梭机在轨道上的速率和周期．‎ ‎ (3)穿梭机须首先螺旋进入半径较小的轨道，才有较大的角速度追上前面的望远镜，用上题的结果判断穿梭机在进入较低轨道时应增加还是减少其原有速率，并解释你的答案．‎ ‎【答案与解析】‎ 一、选择题：‎ 1． C 解析：卫星做匀速圆周运动的向心力是由万有引力提供的，所以有：，由此可知，在同一轨道上，卫星运动速度相同；同质量的卫星，轨道半径越大，所受的万有引力越小，因此向心力越小，运动速度越小，运动周期越大．‎ 2． A 4‎ 解析：地球卫星的第一宇宙速度又叫环绕速度，A对，B错．由得，因此C、D都错．‎ 1． A 解析：卫星所受的万有引力充当向心力，同步卫星的周期T＝24 h，由知，r也为定值，即离地心的距离相同，又由可看出速率v也为定值．卫星的加速度大小为，因为，为定值，故加速度大小也是定值．‎ ‎4．D 解析：天线偶然折断后由于惯性速度不变，而受到地球的引力加速度也不变，所以不改变运动轨道，故天线将继续和卫星一起沿轨道运转，因此选项D正确。‎ ‎5．B 解析：根据得，所以知道R和T就可求出月球的质量，则月球表面的重力加速度可求出，线速度、加速度也可求出，故ACD选项都能求出；因不知卫星的质量故无法求出吸引力，因此答案应选B。‎ ‎6、A 解析：根据万有引力定律提供月球做圆周运动的向心力：，r为月球到地球的距离，又有黄金代换：，两式联立可得：‎ ‎7．B 解析：三颗都是卫星，离地球越远周期越长，故选B。‎ ‎8．B 解析：由得，根据得，故选项B正确。‎ ‎9、ABC 解析：人造地球卫星靠万有引力提供向心力做匀速圆周运动，万有引力的方向指向地心，所以人造卫星做圆周运动的圆心一定是地心，故A、B、C正确，D错误。 ‎ ‎10、BC 解析：第一宇宙速度为最大环绕速度，天宫一号的线速度一定小于第一宇宙速度，故A错误；因对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，天宫一号在运行过程中一定会受到摩擦力的作用，轨道高度会逐渐降低，故C正确；又根据 4‎ ‎，可知天宫一号的线速度增大，故天宫一号的动能会增加，B正确；失重状态说明航天员对悬线或支持物体的压力为零，而地球对它的引力提供他随天宫一号围绕地球做圆周运动的向心力，故D错误。‎ ‎11．B 解析：‎7.9km/s是第一宇宙速度，它是发射最大速度，运行的最小速度，故B选项正确。 ‎ ‎12．AD 解析：由及，可得。故AD两选项正确。‎ 二、解答题：‎ ‎1．（1）222.2Ｎ　　　（2）‎‎3.375M 解析：（1）据，可得 在地球上：‎ 在火星上：‎ 所以 所以那人在火星上的重力为 ‎（2）在地球上，人跳起的高度可表示为，在火星上，联立可得 ‎2. 解析：(1)在穿梭机内，太空人处于完全失重状态，任何质量的太空人的视重均为零．‎ ‎(2)设穿梭机轨道处的重力加速度为g′，其运行速率为v，运行周期为T，‎ 则根据有，得．‎ 又 ，‎ 得 ．‎ 则 ．‎ ‎ (3)由得得，可以推知r小、v大，则穿梭机在进入较低轨道时应增加其原有速率，又由v＝ω·r可知v增大，r又减小，则ω一定增大，从而追上哈勃太空望远镜H．‎ 4‎