人教版必修2第六章第五节宇宙航行、第六节经典力学的局限性练习
文档属性
| 名称 | 人教版必修2第六章第五节宇宙航行、第六节经典力学的局限性练习 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 203.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-04-07 11:01:27 | ||
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文档简介
5 宇宙航行
6 经典力学的局限性
基础巩固
?(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度，则( )
A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大
B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大
C．第一宇宙速度与被发射的物体的质量无关
D．第一宇宙速度与地球的质量有关
? 经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( )
A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B．地球表面上的物质世界
C．人眼能看到的物质世界
D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
? (多选)关于人造地球卫星，下列说法中错误的是( )
A．发射卫星时，运载火箭飞行的速度必须达到第一宇宙速度，发射才有可能成功
B．卫星绕地球做圆周运动时，其线速度一定不会小于第一宇宙速度
C．卫星绕地球做圆周运动的周期只要等于24小时，这个卫星一定相对于地面“定点”
D．发射一个地球同步卫星，可以使其“定点”于西安市的正上方
? [2016·周南中学期中] 某行星的半径是地球半径的3倍，该行星的质量是地球质量的48倍，则该行星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的( )21教育网
A．4倍 B．6倍
C. D．12倍
能力提升
? [2016·黄冈中学期中] 北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星．对于其中的5颗同步卫星，下列说法中正确的是( )www.21-cn-jy.com
A．它们运行的线速度一定不小于7.9 km/s
B．地球对它们的吸引力一定相同
C．它们一定位于赤道上空的同一轨道上
D．它们运行的向心加速度一定相同
? 地球的第一、第二和第三宇宙速度分别为7.9 km/s、11.2 km/s和16.7 km/s，下列说法正确的是( )2·1·c·n·j·y
A．7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度
B．7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度
C．若在地面上发射卫星的速度在7.9～11.2 km/s之间，则卫星绕地球运行的轨道一定是圆
D．若在地面上发射卫星的速度大于16.7 km/s，则卫星能绕太阳沿椭圆轨道运行
? (多选)[2016·海淀高二期中] 如图6-5-1所示，卫星1为地球同步卫星，卫星2是周期为3小时的极地卫星，只考虑地球引力，不考虑其他作用力的影响，卫星1和卫星2均绕地球做匀速圆周运动，两轨道平面相互垂直，运动过程中卫星1和卫星2有时可同时处于地球赤道上某一点的正上方．下列说法中正确的是( )21cnjy.com
图6-5-1
A．卫星1和卫星2的向心加速度之比为1∶16
B．卫星1和卫星2的线速度之比为2∶1
C．卫星1和卫星2同时处于地球赤道的某一点正上方的周期为24小时
D．卫星1和卫星2同时处于地球赤道的某一点正上方的周期为3小时
? 如图6-5-2所示，a是地球赤道上的一点，某时刻在a的正上方有所在轨道均位于赤道平面的三颗卫星b、c、d，各卫星的运行方向均与地球自转方向(图中已标出)相同，其中d是地球同步卫星．从该时刻起，经过一段时间t(已知在时间t内三颗卫星都还没有运行完一周)，三颗卫星相对a的位置最接近实际的是图6-5-3中的( )【来源：21·世纪·教育·网】
图6-5-2
图6-5-3
? 2013年6月13日13时18分，“神舟十号”载人飞船成功与“天宫一号”目标飞行器交会对接．如图6-5-4所示，若“神舟十号”对接前从圆轨道Ⅰ变轨至圆轨道Ⅱ，已知地球半径为R，轨道Ⅰ距地面高度为h1，轨道Ⅱ距地面高度为h2，则关于“神舟十号”，下列判断正确的是( )【出处：21教育名师】
图6-5-4
A．变轨时需减速才能从轨道Ⅰ变轨至轨道Ⅱ
B．变轨前后向心加速度大小的比值为
C．变轨后“神舟十号”的线速度大于7.9 km/s
D．若“天宫一号”与“神舟十号”处于相同轨道，且一前一后沿同一方向绕行，为实现对接，可使运行靠后的飞船向后喷气加速【来源：21cnj*y.co*m】
[2017·湖北襄阳期末] 在宇宙中有一个星球，半径为R＝105 m，在星球表面用弹簧称量一个质量m＝1 kg的砝码的重力，得砝码重力D0＝1.6 N，已知引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2.求该星球的质量和该星球的第一宇宙速度．【版权所有：21教育】
综合拓展
我国自主研发的“北斗二号”地球卫星导航系统是中国人的骄傲，此系统由中轨道卫星、高轨道卫星和同步卫星组成，可将定位精度提高到“厘米”级．已知三种卫星中，中轨道卫星离地面最近，同步卫星离地面最远，则下列说法正确的是( )
A．中轨道卫星的线速度小于高轨道卫星的线速度
B．中轨道卫星的角速度小于高轨道卫星的角速度
C．高轨道卫星的向心加速度小于同步卫星的向心加速度
D．若一周期为8 h的中轨道卫星在t时刻运行到某同步卫星正下方，则在t＋24 h时刻该中轨道卫星仍在该同步卫星正下方21·世纪*教育网
(多选)同步卫星离地心距离为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，地球的第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则下列关系式正确的是( )21·cn·jy·com
A.＝ B.＝
C.＝ D.＝
我国在2013年成功实现了“神舟八号”和“天宫一号”的对接，对接前它们处于同一轨道面上，位置示意图如图6-5-5所示，A为“天宫一号”，B为“神舟八号”．已知B距离地面的高度为h，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，A的角速度为ω0，O为地球的中心．www-2-1-cnjy-com
(1)求B的运行周期．
(2)如果A、B绕行方向相同，某时刻A、B相距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？2-1-c-n-j-y
图6-5-5
1．CD 2.D
3．BCD [解析] 第一宇宙速度是卫星能绕地球做圆周运动的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，因此卫星运行的速度一定小于或等于第一宇宙速度，A正确，B错误；只有同步卫星才相对地面“定点”，在其他轨道上也可发射运行周期为24小时的卫星，但其他轨道上的卫星相对地面是运动的，且同步卫星只能定点于赤道上方，C、D错误．21*cnjy*com
4．A [解析] 对于地球表面附近的卫星，有＝m，对于该行星表面附近的卫星，有＝m，则＝＝4，选项A正确．
5．C [解析] 同步卫星运行的线速度一定小于7.9 km/s，选项A错误；由于5颗同步卫星的质量不一定相等，所以地球对它们的吸引力不一定相同，选项B错误；5颗同步卫星一定位于赤道上空的同一轨道上，它们运行的向心加速度大小一定相等，方向不相同，选项C正确，选项D错误．21教育名师原创作品
6．B [解析] 第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，沿圆轨道绕地球运行的人造卫星的运动速度应小于或等于7.9 km/s，A错误，B正确；若在地面上发射卫星的速度在7.9～11.2 km/s之间，则卫星做离心运动，其运行的轨道一定是椭圆，C错误；若在地面上发射卫星的速度大于16.7 km/s，则卫星会脱离太阳的束缚，D错误．21*cnjy*com
7．AC [解析] 由开普勒第三定律得＝，故卫星1和卫星2的运动半径之比为4∶1，而卫星的线速度v＝，则两卫星的线速度之比为1∶2，选项B错误；卫星的加速度a＝，则两卫星的向心加速度之比为1∶16，选项A正确；卫星1和卫星2同时处于地球赤道的某一点正上方的周期是各自做圆周运动的周期与地球自转周期的最小公倍数，即为24小时，选项C正确，选项D错误．
8．D [解析] 根据G＝mr可知，轨道半径越大，则周期越大，角速度越小，所以经过相同的时间，三颗卫星中，b转过的角度最大，c次之，d最小，d为同步卫星，与赤道上的a转过的角度相同，故A、B、C错误，D正确．
9．A [解析] 在轨道Ⅰ上需要减速以做近心运动才能变轨至轨道Ⅱ，A正确；由万有引力提供向心力，得G＝ma，解得a＝∝，故变轨前后向心加速度大小的比值为＝，B错误；变轨后“神舟十号”仍绕地球做圆周运动，故变轨后“神舟十号”的线速度小于7.9 km/s，C错误；若“天宫一号”与“神舟十号”同轨道，且一前一后沿同一方向绕行，则飞船向后喷气加速后会做离心运动，两飞行器不会对接，D错误．
10．2.4×1020 kg 400 m/s
[解析] 砝码受到的重力D0＝mg
则该星球表面的重力加速度g＝＝1.6 m/s2
星球表面的砝码受到的万有引力等于重力
G＝mg
解得星球质量M＝＝2.4×1020 kg
对在星球表面附近绕星球做圆周运动的卫星，根据牛顿第二定律得
mg＝
解得v＝＝＝400 m/s.
11．D [解析] 由万有引力提供向心力可知，v＝，ω＝，a＝，故中轨道卫星的线速度大于高轨道卫星的线速度，A错误；中轨道卫星的角速度大于高轨道卫星的角速度，B错误；高轨道卫星的向心加速度大于同步卫星的向心加速度，C错误；因中轨道卫星的周期为8 h，同步卫星的周期是24 h，两周期的最小公倍数为24 h，故在t＋24 h时刻该中轨道卫星仍在同步卫星的正下方，D正确．21世纪教育网版权所有
12．AD [解析] 同步卫星和地球自转的周期相同，运行的角速度也相等，则根据向心加速度a＝ω2r可知，同步卫星的向心加速度与地球赤道上物体随地球自转的向心加速度之比等于轨道半径之比，即＝，故A正确，B错误；同步卫星绕地球做匀速圆周运动，第一宇宙速度是卫星在近地轨道绕地球做匀速圆周运动的线速度，由v＝得＝＝，故C错误，D正确．
13．(1) (2)
[解析] (1)设地球质量为M，“神舟八号”质量为m，根据万有引力定律和牛顿第二定律，有
G＝m(R＋h)
设在地球表面的某一物体质量为m′，有G＝m′g
联立解得TB＝.
(2)它们再一次相距最近时，一定是B比A多转动一圈，有ωBt－ω0t＝2π
其中ωB＝
联立解得t＝.
6 经典力学的局限性
基础巩固
?(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度，则( )
A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大
B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大
C．第一宇宙速度与被发射的物体的质量无关
D．第一宇宙速度与地球的质量有关
? 经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( )
A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B．地球表面上的物质世界
C．人眼能看到的物质世界
D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
? (多选)关于人造地球卫星，下列说法中错误的是( )
A．发射卫星时，运载火箭飞行的速度必须达到第一宇宙速度，发射才有可能成功
B．卫星绕地球做圆周运动时，其线速度一定不会小于第一宇宙速度
C．卫星绕地球做圆周运动的周期只要等于24小时，这个卫星一定相对于地面“定点”
D．发射一个地球同步卫星，可以使其“定点”于西安市的正上方
? [2016·周南中学期中] 某行星的半径是地球半径的3倍，该行星的质量是地球质量的48倍，则该行星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的( )21教育网
A．4倍 B．6倍
C. D．12倍
能力提升
? [2016·黄冈中学期中] 北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星．对于其中的5颗同步卫星，下列说法中正确的是( )www.21-cn-jy.com
A．它们运行的线速度一定不小于7.9 km/s
B．地球对它们的吸引力一定相同
C．它们一定位于赤道上空的同一轨道上
D．它们运行的向心加速度一定相同
? 地球的第一、第二和第三宇宙速度分别为7.9 km/s、11.2 km/s和16.7 km/s，下列说法正确的是( )2·1·c·n·j·y
A．7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度
B．7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度
C．若在地面上发射卫星的速度在7.9～11.2 km/s之间，则卫星绕地球运行的轨道一定是圆
D．若在地面上发射卫星的速度大于16.7 km/s，则卫星能绕太阳沿椭圆轨道运行
? (多选)[2016·海淀高二期中] 如图6-5-1所示，卫星1为地球同步卫星，卫星2是周期为3小时的极地卫星，只考虑地球引力，不考虑其他作用力的影响，卫星1和卫星2均绕地球做匀速圆周运动，两轨道平面相互垂直，运动过程中卫星1和卫星2有时可同时处于地球赤道上某一点的正上方．下列说法中正确的是( )21cnjy.com
图6-5-1
A．卫星1和卫星2的向心加速度之比为1∶16
B．卫星1和卫星2的线速度之比为2∶1
C．卫星1和卫星2同时处于地球赤道的某一点正上方的周期为24小时
D．卫星1和卫星2同时处于地球赤道的某一点正上方的周期为3小时
? 如图6-5-2所示，a是地球赤道上的一点，某时刻在a的正上方有所在轨道均位于赤道平面的三颗卫星b、c、d，各卫星的运行方向均与地球自转方向(图中已标出)相同，其中d是地球同步卫星．从该时刻起，经过一段时间t(已知在时间t内三颗卫星都还没有运行完一周)，三颗卫星相对a的位置最接近实际的是图6-5-3中的( )【来源：21·世纪·教育·网】
图6-5-2
图6-5-3
? 2013年6月13日13时18分，“神舟十号”载人飞船成功与“天宫一号”目标飞行器交会对接．如图6-5-4所示，若“神舟十号”对接前从圆轨道Ⅰ变轨至圆轨道Ⅱ，已知地球半径为R，轨道Ⅰ距地面高度为h1，轨道Ⅱ距地面高度为h2，则关于“神舟十号”，下列判断正确的是( )【出处：21教育名师】
图6-5-4
A．变轨时需减速才能从轨道Ⅰ变轨至轨道Ⅱ
B．变轨前后向心加速度大小的比值为
C．变轨后“神舟十号”的线速度大于7.9 km/s
D．若“天宫一号”与“神舟十号”处于相同轨道，且一前一后沿同一方向绕行，为实现对接，可使运行靠后的飞船向后喷气加速【来源：21cnj*y.co*m】
[2017·湖北襄阳期末] 在宇宙中有一个星球，半径为R＝105 m，在星球表面用弹簧称量一个质量m＝1 kg的砝码的重力，得砝码重力D0＝1.6 N，已知引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2.求该星球的质量和该星球的第一宇宙速度．【版权所有：21教育】
综合拓展
我国自主研发的“北斗二号”地球卫星导航系统是中国人的骄傲，此系统由中轨道卫星、高轨道卫星和同步卫星组成，可将定位精度提高到“厘米”级．已知三种卫星中，中轨道卫星离地面最近，同步卫星离地面最远，则下列说法正确的是( )
A．中轨道卫星的线速度小于高轨道卫星的线速度
B．中轨道卫星的角速度小于高轨道卫星的角速度
C．高轨道卫星的向心加速度小于同步卫星的向心加速度
D．若一周期为8 h的中轨道卫星在t时刻运行到某同步卫星正下方，则在t＋24 h时刻该中轨道卫星仍在该同步卫星正下方21·世纪*教育网
(多选)同步卫星离地心距离为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，地球的第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则下列关系式正确的是( )21·cn·jy·com
A.＝ B.＝
C.＝ D.＝
我国在2013年成功实现了“神舟八号”和“天宫一号”的对接，对接前它们处于同一轨道面上，位置示意图如图6-5-5所示，A为“天宫一号”，B为“神舟八号”．已知B距离地面的高度为h，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，A的角速度为ω0，O为地球的中心．www-2-1-cnjy-com
(1)求B的运行周期．
(2)如果A、B绕行方向相同，某时刻A、B相距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？2-1-c-n-j-y
图6-5-5
1．CD 2.D
3．BCD [解析] 第一宇宙速度是卫星能绕地球做圆周运动的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，因此卫星运行的速度一定小于或等于第一宇宙速度，A正确，B错误；只有同步卫星才相对地面“定点”，在其他轨道上也可发射运行周期为24小时的卫星，但其他轨道上的卫星相对地面是运动的，且同步卫星只能定点于赤道上方，C、D错误．21*cnjy*com
4．A [解析] 对于地球表面附近的卫星，有＝m，对于该行星表面附近的卫星，有＝m，则＝＝4，选项A正确．
5．C [解析] 同步卫星运行的线速度一定小于7.9 km/s，选项A错误；由于5颗同步卫星的质量不一定相等，所以地球对它们的吸引力不一定相同，选项B错误；5颗同步卫星一定位于赤道上空的同一轨道上，它们运行的向心加速度大小一定相等，方向不相同，选项C正确，选项D错误．21教育名师原创作品
6．B [解析] 第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，沿圆轨道绕地球运行的人造卫星的运动速度应小于或等于7.9 km/s，A错误，B正确；若在地面上发射卫星的速度在7.9～11.2 km/s之间，则卫星做离心运动，其运行的轨道一定是椭圆，C错误；若在地面上发射卫星的速度大于16.7 km/s，则卫星会脱离太阳的束缚，D错误．21*cnjy*com
7．AC [解析] 由开普勒第三定律得＝，故卫星1和卫星2的运动半径之比为4∶1，而卫星的线速度v＝，则两卫星的线速度之比为1∶2，选项B错误；卫星的加速度a＝，则两卫星的向心加速度之比为1∶16，选项A正确；卫星1和卫星2同时处于地球赤道的某一点正上方的周期是各自做圆周运动的周期与地球自转周期的最小公倍数，即为24小时，选项C正确，选项D错误．
8．D [解析] 根据G＝mr可知，轨道半径越大，则周期越大，角速度越小，所以经过相同的时间，三颗卫星中，b转过的角度最大，c次之，d最小，d为同步卫星，与赤道上的a转过的角度相同，故A、B、C错误，D正确．
9．A [解析] 在轨道Ⅰ上需要减速以做近心运动才能变轨至轨道Ⅱ，A正确；由万有引力提供向心力，得G＝ma，解得a＝∝，故变轨前后向心加速度大小的比值为＝，B错误；变轨后“神舟十号”仍绕地球做圆周运动，故变轨后“神舟十号”的线速度小于7.9 km/s，C错误；若“天宫一号”与“神舟十号”同轨道，且一前一后沿同一方向绕行，则飞船向后喷气加速后会做离心运动，两飞行器不会对接，D错误．
10．2.4×1020 kg 400 m/s
[解析] 砝码受到的重力D0＝mg
则该星球表面的重力加速度g＝＝1.6 m/s2
星球表面的砝码受到的万有引力等于重力
G＝mg
解得星球质量M＝＝2.4×1020 kg
对在星球表面附近绕星球做圆周运动的卫星，根据牛顿第二定律得
mg＝
解得v＝＝＝400 m/s.
11．D [解析] 由万有引力提供向心力可知，v＝，ω＝，a＝，故中轨道卫星的线速度大于高轨道卫星的线速度，A错误；中轨道卫星的角速度大于高轨道卫星的角速度，B错误；高轨道卫星的向心加速度大于同步卫星的向心加速度，C错误；因中轨道卫星的周期为8 h，同步卫星的周期是24 h，两周期的最小公倍数为24 h，故在t＋24 h时刻该中轨道卫星仍在同步卫星的正下方，D正确．21世纪教育网版权所有
12．AD [解析] 同步卫星和地球自转的周期相同，运行的角速度也相等，则根据向心加速度a＝ω2r可知，同步卫星的向心加速度与地球赤道上物体随地球自转的向心加速度之比等于轨道半径之比，即＝，故A正确，B错误；同步卫星绕地球做匀速圆周运动，第一宇宙速度是卫星在近地轨道绕地球做匀速圆周运动的线速度，由v＝得＝＝，故C错误，D正确．
13．(1) (2)
[解析] (1)设地球质量为M，“神舟八号”质量为m，根据万有引力定律和牛顿第二定律，有
G＝m(R＋h)
设在地球表面的某一物体质量为m′，有G＝m′g
联立解得TB＝.
(2)它们再一次相距最近时，一定是B比A多转动一圈，有ωBt－ω0t＝2π
其中ωB＝
联立解得t＝.