高中物理-第七章-萬有引力與宇宙航行-4-宇宙航行素養(yǎng)檢測(含解析)新人教版必修2

2020-2021高中物理第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行素養(yǎng)檢測（含解析）新人教版必修22020-2021高中物理第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行素養(yǎng)檢測（含解析）新人教版必修2PAGE8-2020-2021高中物理第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行素養(yǎng)檢測（含解析）新人教版必修2宇宙航行(25分鐘60分)一、單項(xiàng)選擇題（本題共6小題,每小題5分，共30分)1。關(guān)于第一宇宙速度，下列說法正確的是 ()A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B.它等于人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)行速度C。它是能使衛(wèi)星在近地軌道運(yùn)動(dòng)的最大發(fā)射速度D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的近地點(diǎn)速度【解析】選B。第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度,是人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，等于近地圓軌道上的運(yùn)行速度，故只有B正確。2。假設(shè)地球的質(zhì)量不變,而地球的半徑增大到原來半徑的2倍,那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的 (）A。倍 B。C. D.2倍【解析】選B。因第一宇宙速度即為地球的近地衛(wèi)星的線速度，此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑近似地認(rèn)為是地球的半徑，且地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力,故G=成立，解得v=,因此，當(dāng)M不變,R增加為2R時(shí)，v減小為原來的，即選項(xiàng)B正確。3。如圖所示,a，b，c三顆衛(wèi)星在各自的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑ra〈rb〈rc，但三顆衛(wèi)星受到地球的萬有引力大小相等，下列說法正確的是(）A。三顆衛(wèi)星的加速度大小aa〈ab<acB.三顆衛(wèi)星的質(zhì)量ma<mb<mcC.三顆衛(wèi)星的運(yùn)行速度大小va〈vb<vcD。三顆衛(wèi)星的運(yùn)行周期Ta〉Tb〉Tc【解析】選B。根據(jù)萬有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力得G=m=m=ma，向心加速度a=，半徑r越小，向心加速度越大，則ac<ab<aa,故A錯(cuò)誤；衛(wèi)星受到的萬有引力F=，由于三顆衛(wèi)星受到地球的萬有引力大小相等，且軌道半徑ra<rb<rc，所以ma<mb<mc，故B正確;線速度v=，va〉vb>vc，故C錯(cuò)誤；周期T=，Tc>Tb〉Ta，故D錯(cuò)誤。4.我國發(fā)射的“嫦娥三號"衛(wèi)星經(jīng)過多次加速、變軌后，最終成功進(jìn)入環(huán)月工作軌道。如圖所示，衛(wèi)星既可以在離月球比較近的圓軌道a上運(yùn)動(dòng),也可以在離月球比較遠(yuǎn)的圓軌道b上運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是 （）A.衛(wèi)星在a上運(yùn)行的線速度小于在b上運(yùn)行的線速度B。衛(wèi)星在a上運(yùn)行的周期大于在b上運(yùn)行的周期C.衛(wèi)星在a上運(yùn)行的角速度小于在b上運(yùn)行的角速度D.衛(wèi)星在a上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力大于在b上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力【解析】選D。衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由月球?qū)πl(wèi)星的引力提供，由G=m得v=，可知r越大，線速度越小，A錯(cuò)。由G=mω2r得ω=，可知衛(wèi)星在a上運(yùn)行的角速度較大，C錯(cuò)。又由T=知,衛(wèi)星在a上運(yùn)行的周期小于在b上運(yùn)行的周期，B錯(cuò)。由F=知,r越大,受到的萬有引力越小，故衛(wèi)星在a上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力大于在b上運(yùn)行時(shí)受到的萬有引力，故D正確。5。2019年5月17日23點(diǎn)48分，長征三號丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第45顆衛(wèi)星(北斗二號GEO—8衛(wèi)星)。該衛(wèi)星是我國北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的第4顆備份衛(wèi)星，屬于地球同步衛(wèi)星。至此，北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)圓滿收官。則北斗二號GEO—A。線速度大于第一宇宙速度B。角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度C.向心加速度大于地面的重力加速度D。每隔24h都會(huì)有兩次經(jīng)過赤道上空【解析】選B。第一宇宙速度是近地飛行的線速度，則可知北斗二號GEO—8衛(wèi)星的線速度小于第一宇宙速度,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由題意可知北斗二號GEO—8衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星，則其運(yùn)行周期為24h，小于月球繞地球運(yùn)行的周期，根據(jù)ω=可知其角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度，故選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤；在地球表面上的物體有重力等于萬有引力，即mg=，可得地面的重力加速度為g=，對北斗二號GEO-8衛(wèi)星有m′a=,得其向心加速度為a=，則可知北斗二號GEO—8衛(wèi)星的向心加速度小于地面的重力加速度，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。6.火星探測器需由運(yùn)載火箭發(fā)射升空并直接送入地火轉(zhuǎn)移軌道，最后抵達(dá)火星。如果火星的質(zhì)量為地球質(zhì)量的，火星的半徑為地球半徑的。那么關(guān)于火星探測器，下列說法中正確的是 （)A.探測器的發(fā)射速度只有達(dá)到了第三宇宙速度才可以發(fā)射成功B.火星的密度是地球密度的倍C.探測器在火星表面上的重力是在地球表面上重力的倍D.火星探測器環(huán)繞火星運(yùn)行的最大速度為繞地球運(yùn)行的第一宇宙速度的2倍【解析】選B。探測器發(fā)射速度達(dá)到第二宇宙速度即可，A錯(cuò)誤;ρ=，=·（）3=×8=,B正確；由=mg知=·(）2=×4=,C錯(cuò)誤；由=m得v=,===，D錯(cuò)誤。二、計(jì)算題（本題共2小題，共30分.要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)7.(14分）設(shè)想一顆返回式月球軟著陸器完成了對月球表面的考察任務(wù)后，由月球表面回到圍繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道艙，其過程如圖所示。設(shè)軌道艙的質(zhì)量為m，月球表面的重力加速度為g,月球的半徑為R，軌道艙到月球中心的距離為r，引力常量為G，試求：（1)月球的質(zhì)量。(2)軌道艙的速度和周期。【解析】（1）設(shè)月球的質(zhì)量為M，則在月球表面有G=mg,得月球質(zhì)量M=g(2）設(shè)軌道艙的速度為v，周期為T,則G=m，得:v=RG=mr，得：T=答案：（1)g(2）R8.(16分)中國探月工程分“繞、落、回"三步走，繞月和落月任務(wù)已圓滿完成?！版隙鹞逄?月球探測器將實(shí)現(xiàn)月球取樣并返回地球，“嫦娥五號"將完成我國探月工程三步走中“回”的任務(wù).若“嫦娥五號”貼近月球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角速度為ω，已知月球半徑為R,引力常量為G，忽略月球自轉(zhuǎn),求：(1)嫦娥五號的周期T；（2)月球的質(zhì)量M；（3）月球表面的重力加速度g月?！窘馕觥浚?）由角速度公式ω=可得周期T=。(2）“嫦娥五號”繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供向心力=mω2R,所以,月球質(zhì)量M=。（3）在月球表面，物體重力等于萬有引力，故有=mg月，所以,g月==ω2R。答案：（1)（2）(3)ω2R(15分鐘40分）9.(6分)（多選)2019年3月10日0時(shí)28分,“長征三號”乙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火起飛,成功將“中星6C"衛(wèi)星送入太空?！爸行?C"是一顆用于廣播和通信的地球靜止軌道通信衛(wèi)星,可提供高質(zhì)量的話音、數(shù)據(jù)、廣播電視傳輸業(yè)務(wù),服務(wù)壽命15年。已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T,關(guān)于該衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)行,下列說法正確的是（)A。該衛(wèi)星發(fā)射升空過程中,可能處于超重狀態(tài)B。該衛(wèi)星可能處于北京上空C.該衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的線速度可能大于第一宇宙速度D.該衛(wèi)星運(yùn)行軌道距離地面的高度為—R【解析】選A、D。該衛(wèi)星發(fā)射升空過程中，一定是先加速運(yùn)動(dòng)，處于超重狀態(tài),故A正確;該衛(wèi)星是一顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星,一定處于赤道上空,不可能處于北京上空,故B錯(cuò)誤；環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的線速度都小于第一宇宙速度，故C錯(cuò)誤；由G=mg、G=m(R+h）()2，可得h=-R,故D正確.10。(6分）（多選）關(guān)于人造衛(wèi)星，下列說法中正確的是 （）A.人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的速度可能為5.0B.人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的速度可能為7。9C。人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的周期可能為80minD.人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的周期可能為200min【解析】選A、B、D。人造衛(wèi)星環(huán)繞地球的運(yùn)行速度隨環(huán)繞半徑的增大而減小,最大是7.9km/s,故A、B正確.人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的周期隨半徑的減小而減小，由T=可知近地衛(wèi)星的軌道半徑最小（近似等于地球半徑)，所以近地衛(wèi)星的周期最小，近地衛(wèi)星的周期約為85min，故C錯(cuò)誤，D11.(6分)利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通信。目前,地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為 (）A。1hB.4hC。8hD.16h【解析】選B.萬有引力提供向心力，對同步衛(wèi)星有：=mr，整理得GM=當(dāng)r=6。6R地時(shí)，T=24h三顆同步衛(wèi)星A、B、C如圖所示分布。若地球的自轉(zhuǎn)周期變小,軌道半徑最小為2R地則有=解得T′≈=4h，選項(xiàng)B正確。12。（22分)木星的衛(wèi)星之一叫“艾奧”，它上面的珞珈火山噴出的巖塊初速度為18m/s時(shí)，上升高度可達(dá)90m。已知“艾奧”的半徑為R=1800km,忽略“艾奧”的自轉(zhuǎn)及巖塊運(yùn)動(dòng)過程中受到稀薄氣體的阻力,引力常量G=6。67×10-11N·m2/kg2，求:（結(jié)果