高中物理第六章宇宙航行（提高）巩固训练新人教版必修2

第六章 宇宙航行
【巩固练习】
一、选择题：
1．下列说法正确的是( )
A．行星的运动和地球上物体的运动遵循不同的规律
B．物体在转弯时一定受到力的作用
C．月球绕地球运动时受到地球的引力和向心力的作用
D．物体沿光滑斜面下滑时受到重力、斜面的支持力和下滑力的作用
2．根据观察，在土星外层有一个环，为了判断它是土星的一部分还是小卫星群，测出环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是( )
A．若，则该环是土星的一部分 B．若，则该环是土星的卫星群
C．若，则该环是土星的一部分 D．若，则该环是土星的卫星群
3．关于地球同步卫星下列说法正确的是( )
A．地球同步卫星和地球同步，因此同步卫星的高度和线速度大小是一定的
B．地球同步卫星的地球的角速度虽被确定，但高度和速度可以选择，高度增加，速度增大，高度降低，速度减小
C. 地球同步卫星只能定点在赤道上空，相对地面静止不动
D．以上均不正确
4．我国绕月探测工程的预先研究和工程实施已取得重要进展。设地球、月球的质量分别为m1、m2，半径分别为R1、R2，人造地球卫星的第一宇宙速度为ｖ，对应的环绕周期为Ｔ，则环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度和周期分别为( )
A．， B．，
C．， D． ，
5．土卫十和土卫十一是土星的两颗卫星，都沿近似为圆周的轨道绕土星运动。其参数如表：
卫星半径(m)
卫星质量(kg)
轨道半径(m)
土卫十
8.90×104
2.01×1018
1.51×108
土卫十一
5.70×104
5.60×1017
1.51×108
两卫星相比土卫十( )
A．受土星的万有引力较大
B．绕土星的圆周运动的周期较大
C．绕土星做圆周运动的向心加速度较大
D．动能较大
6．天文学家发现了某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动，并测出了行星的轨道半径和运行周期。由此可算出( )
A．行星的质量 B．行星的半径
C．恒星的质量 D．恒星的半径
7．假设太阳系中天体的密度不变，天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半，地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动，则关于下列物理量的变化正确的是( )
A．地球的向心力变为缩小前的一半
B．地球的向心力变为缩小前的
C．地球绕太阳公转周期与缩小前的相同
D．地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半
8. 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
9. “嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星．若测得“嫦娥二号”在月球(可视为密度均匀的球体)表面附近圆形轨道运行的周期为T，已知引力常量为G，半径为R的球体体积公式，则可估算月球的( )
A．密度 B．质量 C．半径 D．自转周期
10. a是地球赤道上一幢建筑，b是在赤道平面内做匀速圆周运动、距地面9.6×106 m的卫星，c是地球同步卫星，某一时刻b、c刚好位于a的正上方(如图甲所示)，经48h，a、b、c的大致位置是图乙中的( )
(取地球半径R＝6.4×106 m，地球表面重力加速度g＝10m/s2，π＝)
11.已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍．若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距离表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为( )
A．6小时 B．12小时 C．24小时 D．36小时
12.如图所示是“嫦娥一号”奔月示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测，下列说法正确的是( )
A．发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度
B．在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关
C．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比
D．在绕月轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力
二、解答题：
1．宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。（取地球表面重力加速度g＝10m/s2，空气阻力不计）
（1）求该星球表面附近的重力加速度；
（2）已知该星球的半径与地球半径之比为R星：R地＝1：4，求该星球的质量与地球质量之比M星：M地。
2．土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，它们绕土星的运动可视为圆周运动。其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心距离分别位=8.0×104km和=1.2×105km。忽略所有岩石颗粒间的相互作用。（结果可用根式表示）
（1）求岩石颗粒A和B的线速度之比；
（2）求岩石颗粒A和B的周期之比；
（3）土星探测器上有一物体，在地球上重为10N，推算出他在距土星中心3.2×105km处受到土星的引力为0.38N。已知地球半径为6.4×103km，请估算土星质量是地球质量的多少倍？
3.我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形的轨道绕月飞行．为了获得月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化．卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球．设地球和月球的质量分别为M和m，地球和月球的半径分别为R和R1，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r和r1，月球绕地球转动的周期为T．假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间。(用M、m、R、R1、r、r1和r表示，忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响)．
【答案与解析】
一、选择题：
1．B
解析：行星运动和地球上物体的运动都遵循相同的规律，故A错误；物体转弯一定做圆周运动，做圆周运动必定有外力提供向心力，故B正确；向心力是效果力，受力分析不能分析上，故C错误；没有下滑力之说，故D选项错误。
2．AD
解析：若该环是土星的一部分，则符合与土星同轴转规律，即角速度相同周期相同，线速度和半径成正比。
若该环是卫星群则符合万有引力提供向心力，可得，即。故答案选AD。
3．AC
解析：关于同步卫星高度一定，周期一定，线速度一定，只能在赤道上空，相对地面静止，故选项AC正确。
4．A
解析：人造卫星绕地球运转时，万有引力提供向心力，即，同理探测器绕月球运转时，联立得；人造卫星绕地球运转时，由，同理探测器绕月球运转时，联立得。故A选项正确。
5．AD
解析：万有引力，由得：向心加速度，周期，动能，其中以M为土星的质量，m为卫星的质量，r为卫星的轨道半径，代入数值比较可得AD是正确的。
6．C
解析：根据得，因此可以计算中心天体的质量，即恒星的质量，故C正确。
7．BC
解析：设太阳和地球的密度分别为、，太阳的直径、地球的直径、太阳与地球间的距离分别变为，
地球受到太阳的万有引力：
变化前：，
变化后：
可得
由万有引力提供向心力有，得，所以。故选项BC正确。
8. AC
解析：本题考查万有引力与航天中的卫星问题，意在考查考生对天体运动规律、第一宇宙速度的理解和同步卫星的认识．对同一个中心天体而言，根据开普勒第三定律可知，卫星的轨道半径越大，周期就越长，A正确．第一宇宙速度是环绕地球运行的最大线速度，B错．由可得轨道半径大的天体加速度小，C正确．同步卫星只能在赤道的正上空，不可能过北极的正上方，D错．
9. A
解析：本题考查万有引力的应用，意在考查考生应用万有引力解决宇宙航天问题的能力．“嫦娥二号”在近月表面做匀速圆周运动，已知周期T，有．故无法求出月球半径R及质量M，但结合球体体积公式可估算出密度，A正确．
10. B
解析：由于a、c具有相同的周期，均为24小时，a、c同步，故c仍在a的正上方，故A错；由已知条件，对b：和，可以求得b做圆周运动的周期．b转的圈数：，故B正确．
11. B
解析：设地球半径为R0，密度为，自转周期为T0，对地球同步卫星，
某行星半径为R，密度为ρ，自转周期为T，其同步卫星，
两式联立有：，代入数据可求T＝12小时，故选择B选项．
12. C
解析：“嫦娥一号”发射时因通过自带的火箭加速多次变轨．所以其发射速度应达到第一宇宙速度，A错；在绕月圆轨道上，由得与卫星质量无关，B错；在绕月轨道上，卫星受月球的引力大于地球对它的引力，D错；由万有引力得C正确．
二、解答题：
1．解析：（1）竖直上抛运动的物体落回原处的时间t＝，所以g/＝g＝2m/s2，
（2）根据，所以
所以
2．解析：（1）设土星质量为M0，颗粒质量为m，颗粒距土星中心距离为r，线速度为v，
根据牛顿第二定律和万有引力定律：
解得：
对于A、B两颗粒分别有： 和
得：
（2）设颗粒绕土星做圆周运动的周期为T，
根据得
对于A、B两颗粒分别有： 和
所以
（3）设地球质量为M，地球半径为r0，地球上物体的重力可视为万有引力，探测器上物体质量为m0，在地球表面重力为G0，距土星中心r0/=km处的引力为G0/，根据万有引力定律：
，
所以 (倍)
3. 解析：如图所示，O和O′分别表示地球和月球的中心．在卫星轨道平面上，A是地月连心线OO′与地月球面的公切线ACD的交点，D、C和B分别是该公切线与地球表面、月球表面和探月卫星圆轨道的交点．根据对称性，过A点在另一侧作地月球面的公切线，交探月卫星轨道于E点．探月卫星在BE上运动时发出的信号被遮挡．
设探月卫星的质量为m0，万有引力常量为G，
根据万有引力定律有， ①
， ②
式中，T1是探月卫星绕月球转动的周期．由①②式得：
， ③
设探月卫星的微波信号被遮挡的时间为t，则由于探月卫星绕月球做匀速圆周运动，
应有，④
式中，α＝∠CO′A，β＝∠CO′B．由几何关系得：
r cosα＝R-R1， ⑤
r1 cosβ＝R1，⑥
由③④⑤⑥式得：
．