2024-2025學(xué)年新教材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

PAGE8-宇宙航行(25分鐘60分)一、單項選擇題(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)動的最大放射速度D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動時的近地點速度【解析】選B。第一宇宙速度是放射人造衛(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，那么從地球放射人造衛(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)星的萬有引力供應(yīng)向心力，故G=成立，解得v=，因此，當(dāng)M不變，R增加為2R時，v減小為原來的，即選項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，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。依據(jù)萬有引力供應(yīng)圓周運(yùn)動向心力得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錯誤；周期T=，Tc>Tb>Ta，故D錯誤。4.我國放射的“嫦娥三號”衛(wèi)星經(jīng)過多次加速、變軌后，最終勝利進(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，也可以在離月球比較遠(yuǎn)的圓軌道b上運(yùn)動。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)行時受到的萬有引力大于在b上運(yùn)行時受到的萬有引力【解析】選D。衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力由月球?qū)πl(wèi)星的引力供應(yīng)，由G=m得v=，可知r越大，線速度越小，A錯。由G=mω2r得ω=，可知衛(wèi)星在a上運(yùn)行的角速度較大，C錯。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。由F=知，r越大，受到的萬有引力越小，故衛(wèi)星在a上運(yùn)行時受到的萬有引力大于在b上運(yùn)行時受到的萬有引力，故D正確。5.2019年5月17日23點48分，長征三號丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星放射中心勝利放射我國北斗衛(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A錯誤；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，依據(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B正確，D錯誤；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C錯誤。6.火星探測器需由運(yùn)載火箭放射升空并干脆送入地火轉(zhuǎn)移軌道，最終抵達(dá)火星。假如火星的質(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.探測器的放射速度只有達(dá)到了第三宇宙速度才可以放射勝利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。探測器放射速度達(dá)到其次宇宙速度即可，A錯誤；ρ=，=·()3=×8=，B正確；由=mg知=·()2=×4=，C錯誤；由=m得v=，===，D錯誤。二、計算題(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?！窘馕觥?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?！版隙鹞逄枴痹虑蛱綔y器將實現(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，角速度為ω，已知月球半徑為R，引力常量為G，忽視月球自轉(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?1)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，萬有引力供應(yīng)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28分,“長征三號”乙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星放射中心點火起飛,勝利將“中星6C”衛(wèi)星送入太空。“中星6C”是一顆用于廣播和通信的地球靜止軌道通信衛(wèi)星,可供應(yīng)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)星的放射和運(yùn)行,下列說法正確的是()A.該衛(wèi)星放射升空過程中,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)星放射升空過程中,肯定是先加速運(yùn)動,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,肯定處于赤道上空,不行能處于北京上空,故B錯誤;環(huán)繞地球運(yùn)動的衛(wèi)星的線速度都小于第一宇宙速度,故C錯誤;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，可使地球赤道上隨意兩點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。萬有引力供應(yīng)向心力，對同步衛(wèi)星有：=mr，整理得GM=當(dāng)r=6.6R地時，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,上上升度可達(dá)90m。已知“艾奧”的半徑為R=1800km,忽視“艾奧”的自轉(zhuǎn)及巖塊運(yùn)動過程中受到淡薄氣體的阻力,引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,求:(結(jié)果保留2位有效數(shù)