广东学业水平测试物理冲A学案 第5章5.2宇宙速度及经典力学的局限性 Word版含答案

第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度及经典力学的局限性
[基础知识填充]
1．三种宇宙速度
(1)第一宇宙速度(环绕速度)：v1＝7.9 km/s，人造卫星在地球附近环绕地球做匀速圆周运动的速度．
(2)第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝11.2_km/s，使物体挣脱地球束缚的最小发射速度．
(3)第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7_km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
2．地球同步卫星指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T＝24 h．要使卫星同步，同步卫星只能位于赤道正上方某一确定高度h.(所有地球同步卫星高度、运行方向、加速度、角速度、线速度大小相同，质量不同)
3．经典力学
(1)经典力学是指以牛顿运动定律为基础发展建立起来的力学体系，有时也泛指描述低速宏观物体机械运动的经典力学体系．
(2)经典力学的局限性和适用范围
①只适用于低速物体的运动，不适用于高速物体的运动；
②只适用于宏观世界，不适用于微观世界．
[学考真题对练]
1．(2019·广东学业水平考试)关于地球同步通讯卫星，下列说法正确的是(　　)
A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍
B．它以第一宇宙速度运行
C．它以第二宇宙速度运行
D．它绕地球运行时的角速度与地球自转角速度相同
答案：D
2．(2019·广东学业水平考试)在经典力学的发展历程中，许多科学家做出了贡献．下列说法正确的是(　　)
A．牛顿提出了万有引力定律
B．伽利略创立了“日心说”
C．哥白尼提出了“地心说”
D．开普勒测出了引力常量
答案：A
3．(2018·广东学业水平考试)我国神州系列飞船顺利飞天，极大地振奋了民族精神．飞船在轨道上正常运行时，若宇航员出舱且相对飞船静止，则 (　　)
A．宇航员处于平衡状态
B．宇航员不受任何力的作用
C．飞船的加速度不为零
D．飞船飞行的高度将降低
C　[宇航员出舱且相对飞船静止，与飞船一起做匀速圆周运动，受万有引力作用，所以有向心加速度．]
4．(2015·广东学业水平考试)(多选)人造地球卫星受微小阻力的作用，其运行的轨道半径会逐渐变小，在此过程中，下列说法正确的有 (　　)
A．机械能守恒 B．机械能减少
C．加速度增大 D．周期增大
BC　[卫星在运动过程中，受到阻力，阻力要做负功，故机械能减小．轨道半径会变小，加速度会变大，周期变小．]
5．(2017·广东学业水平考试)下列物体的运动不能用经典力学描述的是(　　)
A．子弹的飞行
B．人造卫星的运行
C．小汽车的行驶
D．光子的运动
答案：D
6．(2015·广东学业水平考试)在轨道上运行的多颗地球同步卫星，它们的(　　)
A．线速度不相等
B．轨道距离地面的高度相等
C．线速度一定大于第一宇宙速度
D．线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B　[地球同步卫星的轨道半径相同，线速度相同，选项A错误，选项B正确．轨道半径越大，线速度越小，选项C、D错误．]
(2014·广东学业水平考试)关于经典力学，下列说法正确的是(　　)
A．适用于宏观物体的低速运动
B．仅适用于微观粒子的运动
C．经典力学中，物体的质量与其运动速度有关
D．经典力学中，物体的长度与其运动速度有关
A　[经典力学适用于宏观物体的低速运动，在经典力学中，物体的质量与长度为定值，选项A正确．]
　
1.对宇宙速度的理解
(1)第一宇宙速度：
①第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，同时也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大环绕速度．
②每个星球都有各自的第一宇宙速度，并且不同星球的第一宇宙速度并不相同，7.9 km/s只是地球上的第一宇宙速度．
(2)第二宇宙速度(又叫脱离速度)v＝11.2 km/s：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度，称为第二宇宙速度．
(3)第三宇宙速度(逃逸速度)v＝16.7 km/s：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，称为第三宇宙速度．
2．关于人造地球同步卫星
(1)人造地球同步卫星绕地球的运行方向与地球自转方向相同，周期与地球自转周期相同，即T＝24h.
(2)人造地球同步卫星的位置一定是在赤道的上空，即卫星轨道平面和赤道平面重合．
(3)卫星的轨道半径一定(高度距地面3.6万公里)．
(4)所有的地球同步卫星都有相等的周期、轨道半径、角速度等，但质量可以不同．
3．对经典力学的理解
(1)在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义相对论认为，物体的质量随着物体运动速度的增大而增大．
(2)宏观物体与微观粒子行为的差异：宏观物体具有粒子性；而微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，又称波粒二象性．
(3)经典力学理论的适用范围：弱相互作用下，低速运动的宏观物体．
人类对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻，从片面到全面，一步步深入，一步步完善．所以理论的完善也需要一个过程，经典力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性，现在可认为经典理论是狭义相对论和量子理论的特例．
[最新模拟快练]
1．(2018·高州学考模拟)下列运动中不能用经典力学规律描述的是(　　)
A．火车行驶
B．飞机从北京飞往深圳
C．地球绕太阳运动
D．粒子接近光速的运动
答案：D
2.(2019·汕尾学测模拟)如图所示为1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中牛顿所画草图．他设想在高山上水平抛出物体，若速度一次比一次大，落点就一次比一次远．当速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星．若不计空气阻力，这个速度至少为(　　)
A．7.9 km/s B．8.9 km/s
C．11.2 km/s D．16.7 km/s
答案：A
3．(2018·化州学考模拟)已知月球和地球中心距离大约是地球半径的60倍，则月球绕地球运行的向心加速度与地球表面上的重力加速度之比是(　　)
A．60∶1 B．1∶60
C．1∶600 D．1∶3 600
答案：D
4．(2018·佛山学考模拟)图中的圆a、b、c，其圆心均在地球的自转轴线上，对环绕地球做匀速圆周运动而言，观点错误的是(　　)
A．卫星的轨道可能为a
B．卫星的轨道可能为b
C．卫星的轨道可能为c
D．同步卫星的轨道只可能为b
答案：A
5．(2019·阳江学考模拟)已知月球质量与地球质量之比约为1∶80，月球半径与地球半径之比约为1∶4，则月球上的第一宇宙速度与地球上的第一宇宙速度之比最接近(　　)
A．9∶2 B．2∶9
C．18∶1 D．1∶18
B　[根据牛顿第二定律有G＝m，由此得第一宇宙速度v＝，即v∝.设月球上的第一宇宙速度为v1、地球上的第一宇宙速度为v2，则＝＝＝，接近2∶9，故B选项正确．]
6．(2018·湛江学考模拟)如图所示，三颗人造地球卫星的质量Ma＝MbA．线速度vb＝vcB．周期Tb＝TcC．b与c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
D．c所需的向心力最小
答案：A
7．(2018·河源学考模拟)关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是(　　)
A．我们把11.2 km/s叫做第一宇宙速度
B．它是月球绕地球飞行的速度
C．它是地球同步卫星绕地球飞行的速度
D．它是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度
答案：D
8.(多选)如图所示是神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室在距离地面约400公里的轨道高度成功实施自动交会对接．合体后，景海鹏和陈冬两名航天员进驻天宫二号，开展了一系列空间科学实验．下列说法正确的是(　　)
A．运载火箭在地面发射天宫二号时的速度大于11.2 km/s
B．组合体在轨飞行的周期小于地球自转的周期
C．组合体在轨飞行的速度小于7.9 km/s
D．航天员在空间站内可以通过天平称量物体的质量
答案：BC