第三章第四节 宇宙速度与航天—2020-2021学年【新教材】粤教版（2019）高中物理必修第二册分级训练（word含答案）

第三章第四节 宇宙速度与航天
A级　合格达标
1.不同的地球同步卫星，下列哪个物理量可能不同（　　）
A.线速度大小　　　 B.向心力大小
C.轨道半径 D.加速度大小
2.行星A、B都可看作质量分布均匀的球体，其质量之比为1∶2、半径之比为1∶2，则行星A、B的第一宇宙速度大小之比为（　　）
A.2∶1　　　 B.1∶2
C.1∶1　　　 D.1∶4
3.已知地球两极处的重力加速度为g，赤道上的物体随地球匀速圆周运动的向心加速度为a、周期为T.由此可知地球的第一宇宙速度为（　　）
A. B.
C. D.
4.如图所示为在同一轨道平面上的三颗人造地球卫星A、B、C，下列说法正确的是（　　）
A.根据v＝，可知三颗卫星的线速度vAB.根据万有引力定律，可知三颗卫星受到的万有引力FA>FB>FC
C.三颗卫星的向心加速度aA>aB>aC
D.三颗卫星运行的角速度ωA<ωB<ωC
5.（多选）我国计划2020年发射火星探测器.已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的.下列关于火星探测器的说法中正确的是（　　）
A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C.发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度
D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的一半
B级　等级提升
6.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
7.在距地面200 km的轨道上，宇宙飞船环绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（　　）
A.飞船的速度一定大于第一宇宙速度
B.在飞船中，用弹簧秤测一个物体的重力，读数为零
C.在飞船中，可以用天平测物体的质量
D.因飞船处于完全失重状态，飞船中一切物体的质量都为零
8.在地球上空有许多绕地球做匀速圆周运动的卫星，下面说法正确的是（　　）
A.我们可以发射一颗静止在上海正上空的同步卫星，来为2019年10月份NBA中国赛的上海站提供通信服务
B.离地面越高的卫星，周期越大
C.在同一圆周轨道上运动的卫星，向心加速度大小可能不同
D.这些卫星的发射速度至少为11.2 km/s
9.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，它的同步卫星距其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 h B.12 h
C.24 h D.36 h
10.如图所示，a为赤道上的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星.以下关于a、b、c的说法中正确的是（　　）
A.它们的向心加速度都与轨道半径成正比
B.它们的向心加速度都与轨道半径的二次方成反比
C.a和c的角速度相同
D.a和b的运转周期相同
第三章第四节 宇宙速度与航天
A级　合格达标
1.不同的地球同步卫星，下列哪个物理量可能不同（　　）
A.线速度大小　　　 B.向心力大小
C.轨道半径 D.加速度大小
解析：同步卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，G＝mr＝m＝ma，则有r＝ .同步卫星的周期与地球自转周期相同，所以各个同步卫星轨道半径相同，线速度v＝，所以所有地球同步卫星线速度大小相同，故A、C不符合题意.向心加速度a＝，所以加速度大小相同，但质量不知，因此向心力大小不一定相同，故D不符合题意，B符合题意.
答案：B
2.行星A、B都可看作质量分布均匀的球体，其质量之比为1∶2、半径之比为1∶2，则行星A、B的第一宇宙速度大小之比为（　　）
A.2∶1　　　 B.1∶2
C.1∶1　　　 D.1∶4
解析：根据第一宇宙速度计算的表达式可得v1＝，行星A、B的第一宇宙速度大小之比为1∶1，C正确，A、B、D错误.
答案：C
3.已知地球两极处的重力加速度为g，赤道上的物体随地球匀速圆周运动的向心加速度为a、周期为T.由此可知地球的第一宇宙速度为（　　）
A. B.
C. D.
解析：根据a＝R，解得地球的半径为R＝，则地球的第一宇宙速度为v＝＝＝.
答案：C
4.如图所示为在同一轨道平面上的三颗人造地球卫星A、B、C，下列说法正确的是（　　）
A.根据v＝，可知三颗卫星的线速度vAB.根据万有引力定律，可知三颗卫星受到的万有引力FA>FB>FC
C.三颗卫星的向心加速度aA>aB>aC
D.三颗卫星运行的角速度ωA<ωB<ωC
解析：由G＝m得v＝ ，故vA>vB>vC，选项A错误；卫星受的万有引力F＝G，但三颗卫星的质量关系不知道，故它们受的万有引力大小不能比较，选项B错误；由G＝ma得a＝，故aA>aB>aC，选项C正确；由G＝mω2r得ω＝ ，故ωA>ωB>ωC，选项D错误.
答案：C
5.（多选）我国计划2020年发射火星探测器.已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的.下列关于火星探测器的说法中正确的是（　　）
A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C.发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度
D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的一半
解析：根据三个宇宙速度的意义，可知发射火星探测器的速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度.故选项A、B不符合题意，选项C符合题意.已知M火＝，R火＝，则火星探测器环绕火星运行的最大速度与地球第一宇宙速度之比为：vmax∶v1＝∶≈0.5，故选项D符合题意.
答案：CD
B级　等级提升
6.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，近地飞行的卫星质量为m，
由万有引力提供向心力：＝m，①
在地球表面有＝mg，②
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
7.在距地面200 km的轨道上，宇宙飞船环绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（　　）
A.飞船的速度一定大于第一宇宙速度
B.在飞船中，用弹簧秤测一个物体的重力，读数为零
C.在飞船中，可以用天平测物体的质量
D.因飞船处于完全失重状态，飞船中一切物体的质量都为零
解析：由＝m，得v＝＜ .
所以飞船的速度小于第一宇宙速度，故A错误；在飞船中的物体处于完全失重状态，所以用弹簧秤测一个物体的重力，读数为零，故B正确；在飞船中物体处于完全失重状态，不可以用天平测物体的质量，故C错误；质量是物体的固有属性，飞船处于完全失重状态，飞船中一切物体的质量不会改变，故D错误.
答案：B
8.在地球上空有许多绕地球做匀速圆周运动的卫星，下面说法正确的是（　　）
A.我们可以发射一颗静止在上海正上空的同步卫星，来为2019年10月份NBA中国赛的上海站提供通信服务
B.离地面越高的卫星，周期越大
C.在同一圆周轨道上运动的卫星，向心加速度大小可能不同
D.这些卫星的发射速度至少为11.2 km/s
解析：同步卫星只能定点在赤道上空，不能静止在上海正上方，故A项错误；由＝m可知T＝，故离地面越高的卫星，运行周期越大，故B项正确；同一轨道上的卫星轨迹半径相同，则根据＝ma，可得a＝，故向心加速度大小相等，故C项错误；绕地球做匀速圆周运动的卫星发射速度至少为7.9 km/s，故D项错误.
答案：B
9.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，它的同步卫星距其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 h B.12 h
C.24 h D.36 h
解析：同步卫星的周期与其中心天体的自转周期相同.设地球的半径为R1，某行星的半径为R2，地球的同步卫星的周期为T1，轨道半径为r1，地球的平均密度为ρ1，某行星的同步卫星周期为T2，轨道半径为r2，行星的平均密度为ρ2，已知T1＝24 h，r1＝7R1，r2＝3.5R2，ρ1＝2ρ2，根据牛顿第二定律和万有引力定律有
,r)＝m1r1，,r)＝m2r2，
两式化简得T2＝＝12 h.故选B.
答案：B
10.如图所示，a为赤道上的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星.以下关于a、b、c的说法中正确的是（　　）
A.它们的向心加速度都与轨道半径成正比
B.它们的向心加速度都与轨道半径的二次方成反比
C.a和c的角速度相同
D.a和b的运转周期相同
解析：地球赤道上的物体a与同步卫星c具有相同的角速度，所以ωa＝ωc.根据a＝rω2知，它们的向心加速度与轨道半径成正比.对于b、c，根据万有引力提供向心力G＝ma，得a＝，知b、c的向心加速度与轨道半径的二次方成反比.故A、B错误.地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度，所以ωa＝ωc，周期相同，故C正确.对于b、c，根据万有引力提供向心力＝m，知T＝2π，则c的周期大于b的周期，则a的周期大于b的周期，故D错误.
答案：C