高中物理人教版必修2课后作业 宇宙航行 Word版含解析

　宇宙航行
1．关于宇宙速度，下列说法正确的是(　　)
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
解析：解决本题的关键点是要弄清三种宇宙速度在发射速度和运行速度上的大小关系．第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星绕地球飞行的最大速度，A正确，B错误；第二宇宙速度是在地面上发射物体，使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，C错误；第三宇宙速度是在地面上发射物体，使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，D错误．
答案：A
2．(多选)关于地球同步通信卫星，下列说法正确的是(　　)
A．它一定在赤道上空运行
B．各国发射的这种卫星轨道半径都一样
C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度
D．它运行的线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
解析：地球同步卫星一定位于赤道上空，故选项A正确；根据万有引力提供向心力可知，地球同步卫星的轨道是确定的，故选项B正确；稳定运行时v＝ ，且r＝R＋h，故同步卫星的速度小于第一宇宙速度，选项C正确，选项D错误．
答案：ABC
3.
a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星．其中a、c的轨道相交于P，b、d在同一个圆轨道上，b、c轨道在同一平面上．某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示．下列说法中正确的是(　　)
A．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
B．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
C．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度
D．a、c存在在P点相撞的危险
解析：由G＝m＝mrω2＝mr＝ma，可知B、C错误，A正确，a、c的线速度相等，故永远不相撞，D错误．
答案：A
4.
[2019·湖北重点高中联考]如图所示的三个人造地球卫星，下列说法正确的是(　　)
A．卫星可能的轨道为a、b、c
B．卫星可能的轨道为a、b
C．同步卫星可能的轨道为a
D．同步卫星可能的轨道为a、c
解析：卫星围绕地球做圆周运动，万有引力提供圆周运动向心力，由于万有引力指向地心，故卫星轨道的圆心为地心，由图可知，轨道b的平面不过地心，故b不可能是地球卫星的轨道，故A、B错误；同步卫星的轨道平面与赤道平面重合，轨道c不与赤道共面，不可能是同步卫星轨道，同步卫星可能的轨道为a，故C正确，D错误．
答案：C
5．近地卫星线速度为7.9 km/s，已知月球质量是地球质量的，地球半径是月球半径的3.8倍，则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度约为(　　)
A．1.0 km/s　　　　　　　　　B．1.7 km/s
C．2.0 km/s D．1.5 km/s
解析：由G＝m得近地(月)卫星的线速度为v＝ .近月卫星与近地卫星的线速度之比为＝＝ ，所以近月卫星的线速度为：v2≈0.22v1＝0.22×7.9 km/s＝1.7 km/s，选项B正确．
答案：B
6．如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是(　　)
A．根据v＝可知，运行速度满足vA>vB>vC
B．运转角速度满足ωA>ωB>ωC
C．向心加速度满足aAD．运动一周后，A最先回到图示位置
解析：由G＝m得，v＝ ，r大，则v小，故vATB>TC，因此运动一周后，C最先回到图示位置，D错误．
答案：C
7.
如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则(　　)
A．卫星a的角速度小于c的角速度
B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
D．卫星b的周期大于24 h
解析：由G＝mω2r可得ω＝，轨道半径越大，角速度越小，故卫星a的角速度小于c的角速度，A正确；由G＝ma可得a＝，由于a、b的轨道半径相同，所以两者的向心加速度相同，B错误；第一宇宙速度是近地卫星绕地球做圆周运动的速度，由G＝m可得v＝ ，轨道半径越大，线速度越小，所以卫星a的运行速度小于第一宇宙速度，C错误；由G＝mr可得T＝2π ，a、b轨道半径相同，周期相同，所以卫星b的周期等于24 h，D错误．
答案：A
8．登上火星是人类的梦想．“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星．地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响．根据下表，火星和地球相比(　　)
行星
半径/m
质量/kg
轨道半径/m
地球
6.4×106
6.0×1024
1.5×1011
火星
3.4×106
6.4×1023
2.3×1011
A.火星的公转周期较小
B．火星做圆周运动的加速度较小
C．火星表面的重力加速度较大
D．火星的第一宇宙速度较大
解析：根据G＝mr，得＝，结合表中数据，可算出火星的公转周期较大，A错；根据G＝ma，得a＝G，可判断火星的加速度较小，B对；根据g＝G，可算出火星表面的重力加速度较小，C错；第一宇宙速度v＝ ，可算出火星的第一宇宙速度较小，D错．
答案：B
9．在地球的卫星中有两类卫星的轨道比较特殊，一是极地卫星，二是同步卫星．已知某极地卫星的运行周期为12 h，则下列关于对极地卫星和同步卫星的描述正确的是(　　)
A．该极地卫星的运行速度一定小于同步卫星的运行速度
B．该极地卫星的向心加速度一定大于同步卫星的向心加速度
C．该极地卫星的发射速度一定大于同步卫星的发射速度
D．该极地卫星和同步卫星均与地面相对静止
解析：由G＝m＝ma得v＝ ，a＝，同步卫星的周期为24 h，则同步卫星的周期大于极地卫星的周期，由周期与轨道半径的关系知，同步卫星的轨道半径较大，则同步卫星的线速度较小，加速度较小，故A错误、B正确；同步卫星的高度高，所以同步卫星的发射速度大，C错误；极地卫星不是地球同步卫星，所以相对于地面不静止，D错误．
答案：B
10．已知海王星和地球的质量之比为M(m＝16?1，它们的半径比为R(r＝4?1，求：
(1)海王星和地球的第一宇宙速度之比；
(2)海王星表面和地球表面的重力加速度之比．
解析：(1)设卫星的质量为m′，对绕海王星和绕地球运动的卫星，分别有
G＝，G＝
联立解得＝ ＝2.
(2)对海王星表面的物体，有G＝m″g1
对地球表面的物体，有G＝m″g2
联立解得g1(g2＝＝1.
答案：(1)2?1　(2)1?1
B组：能力提升练
11．宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面(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.
解析：设月球表面的重力加速度为g′，由物体“自由落体”可得h＝g′t2，飞船在月球表面附近做匀速圆周运动可得G＝m，在月球表面附近mg′＝，联立得v＝，故B正确．
答案：B
12．利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍．假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为(　　)
A．1 h B．4 h
C．8 h D．16 h
解析：地球自转周期变小，卫星要与地球保持同步，则卫星的公转周期也应随之变小，由开普勒第三定律＝k可知卫星离地球的高度应变小，要实现三颗卫星覆盖全球的目的，则卫星周期最小时，由数学几何关系可作出他们间的位置关系如图所示．
卫星的轨道半径为r＝＝2R
由＝得
＝.
解得T2≈4 h.
答案：B
13．星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为该星球的“第二宇宙速度”，星球的“第二宇宙速度”v2与“第一宇宙速度”v1的关系是v2＝v1.已知某星球的半径为r，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的，不计其他星球的影响，则该星球的“第二宇宙速度”为(　　)
A. B. 
C.  D.gr
解析：设地球的质量为M，半径为r，绕其飞行的卫星质量为m，
由万有引力提供向心力得：＝m①
在地球表面有＝mg②
求第一宇宙速度时有R＝r
联立①②式得v＝
利用类比的关系知该星球“第一宇宙速度”为v1＝
“第二宇宙速度”v2与“第一宇宙速度”v1的关系是v2＝v1
即v2＝.
答案：C
14．[2019·山东滨洲市联考]木星的卫星之一叫“艾奥”，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为18 m/s时，上升高度可达90 m．已知“艾奥”的半径为R＝1 800 km，忽略“艾奥”的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，求：
(1)“艾奥”的质量；
(2)“艾奥”的第一宇宙速度．
解析：(1)岩块做竖直上抛运动，有v－v＝－2gh，
解得g＝＝ m/s2＝1.8 m/s2.
忽略“艾奥”的自转影响，则有mg＝G.
解得M＝＝ kg＝8.7×1022 kg.
(2)某卫星在“艾奥”表面绕其做圆周运动时有G＝m，
则v＝ ＝，
代入解得v＝1.8×103 m/s.
答案：(1)8.7×1022 kg　(2)1.8×103 m/s