2024-2025學年新教材高中物理課時作業(yè)十一宇宙航行含解析新人教版必修2

PAGE1-課時作業(yè)(十一)宇宙航行素養(yǎng)落實練1．關(guān)于宇宙速度，下列說法正確的是()A．第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小放射速度B．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C．其次宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時的最大速度D．第三宇宙速度是放射人造地球衛(wèi)星的最小速度2.某顆北斗導航衛(wèi)星屬于地球靜止軌道衛(wèi)星(即衛(wèi)星相對于地面靜止)．則此衛(wèi)星的()A．線速度大于第一宇宙速度B．周期小于同步衛(wèi)星的周期C．角速度大于月球繞地球運行的角速度D．向心加速度大于地面的重力加速度3．我國自主研發(fā)的“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)中含有地球同步衛(wèi)星，關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是()A．同步衛(wèi)星處于平衡狀態(tài)B．同步衛(wèi)星的速度是不變的C．同步衛(wèi)星的高度是肯定的D．同步衛(wèi)星的線速度應(yīng)大于其次宇宙速度4.如圖所示，a、b、c是環(huán)繞地球圓形軌道上運行的3顆人造衛(wèi)星，它們的質(zhì)量關(guān)系是ma＝mb<mc，則下列說法正確的是()A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B．b、c的周期相等，且小于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b所需向心力最小5．“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣袤視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預(yù)報供應(yīng)精確、全面和剛好的氣象資料．設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，下列說法正確的是()A．同步衛(wèi)星的運行速度是第一宇宙速度的eq\f(1,n)B．同步衛(wèi)星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)獲得的速度的eq\f(1,n)C．同步衛(wèi)星的運行速度是第一宇宙速度的eq\r(\f(1,n))D．同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的eq\r(\f(1,n))6.如圖所示是北斗導航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運動，a是地球同步衛(wèi)星，則()A．衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度B．衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度C．衛(wèi)星a的運行速度大于第一宇宙速度D．衛(wèi)星b的周期大于24h7．如圖所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2MA．甲的向心加速度比乙的小B．甲的運行周期比乙的小C．甲的角速度比乙的大D．甲的線速度比乙的大8．我國勝利地進行了“嫦娥三號”的放射和落月任務(wù)，進一步獲得了月球的相關(guān)數(shù)據(jù)．該衛(wèi)星在月球上空繞月球做勻速圓周運動時，經(jīng)過時間t，衛(wèi)星運動的路程為s，衛(wèi)星與月球中心連線掃過的角度是θ(弧度)，引力常量為G，月球半徑為R，則可推知月球的密度是()A.eq\f(3t2θ,4πGs3R3)B.eq\f(3s3,4πθGt2R3)C.eq\f(4θπR3Gt2,3s3)D.eq\f(4πR3Gs3,3θt2)素養(yǎng)提升練9．(多選)在地球的衛(wèi)星中有兩類衛(wèi)星的軌道比較特別，一是極地衛(wèi)星，二是同步衛(wèi)星．已知某極地衛(wèi)星的運行周期為12h，則下列關(guān)于對極地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的描述正確的是()A．該極地衛(wèi)星的運行速度肯定大于同步衛(wèi)星的運行速度B．該極地衛(wèi)星的向心加速度肯定大于同步衛(wèi)星的向心加速度C．該極地衛(wèi)星的放射速度肯定大于同步衛(wèi)星的放射速度D．該極地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星均與地面相對靜止10．(多選)登上火星是人類的幻想．“嫦娥之父”歐陽自遠透露：中國安排于2024年登陸火星．地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運動，忽視行星自轉(zhuǎn)影響．依據(jù)下表，火星和地球相比()行星半徑/m質(zhì)量/kg軌道半徑/m地球6.4×1066.0×10241.5×1011火星3.4×1066.4×10232.3×1011A.火星的公轉(zhuǎn)周期較大B．火星做圓周運動的加速度較小C．火星表面的重力加速度較大D．火星的第一宇宙速度較大11．(多選)如圖所示，極地衛(wèi)星的運行軌道平面通過地球的南北兩極(軌道可視為圓軌道)．若已知一個極地衛(wèi)星從北緯30°的正上方，按圖示方向第一次運行至南緯60°正上方時所用時間為t，地球半徑為R(地球可看作球體)．地球表面的重力加速度為g，引力常量為G.由以上條件可以求出()A．衛(wèi)星運行的周期B．衛(wèi)星距地面的高度C．衛(wèi)星的質(zhì)量D．地球的質(zhì)量12．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90m．已知“艾奧”的半徑為R＝1800km，忽視“艾奧”的自轉(zhuǎn)及巖塊運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：(1)“艾奧”的質(zhì)量；(2)“艾奧”的第一宇宙速度．課時作業(yè)(十一)宇宙航行1．解析：解決本題的關(guān)鍵點是要弄清三種宇宙速度在放射速度和運行速度上的大小關(guān)系．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小放射速度，也是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度，A正確，B錯誤；其次宇宙速度是在地面上放射物體，使之成為繞太陽運動或繞其他行星運動的人造衛(wèi)星所必需的最小放射速度，C錯誤；第三宇宙速度是在地面上放射物體，使之飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小放射速度，D錯誤．答案：A2．解析：第一宇宙速度7.9km/s是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大環(huán)繞速度，故此衛(wèi)星的線速度小于第一宇宙速度，A錯誤；依據(jù)題意，該衛(wèi)星是一顆同步衛(wèi)星，周期等于同步衛(wèi)星的周期，故B錯誤；衛(wèi)星繞地球做圓周運動時，萬有引力供應(yīng)向心力，依據(jù)eq\f(GMm,r2)＝mω2r可知，繞行半徑越小，角速度越大，故此衛(wèi)星的角速度大于月球繞地球運行的角速度，C正確；依據(jù)an＝eq\f(GM,r2)可知，繞行半徑越大，向心加速度越小，此衛(wèi)星的向心加速度小于地面的重力加速度，D錯誤．答案：C3．解析：同步衛(wèi)星做勻速圓周運動，其加速度不為零，故不行能處于平衡狀態(tài)，選項A錯誤；同步衛(wèi)星做勻速圓周運動，速度方向必定變更，故選項B錯誤；同步衛(wèi)星定軌道、定周期，所以同步衛(wèi)星離地面的高度是一個定值，選項C正確；星球上的物體脫離該星球引力所須要的最小速度稱為其次宇宙速度，第一宇宙速度是繞星球做圓周運動的最大速度，同步衛(wèi)星離地面有肯定距離，其速度肯定小于第一宇宙速度和其次宇宙速度，選項D錯誤．答案：C4．解析：A錯：人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，萬有引力供應(yīng)向心力，設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m、軌道半徑為r、地球質(zhì)量為M，依據(jù)eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)得：v＝eq\r(\f(GM,r))，因為ra<rb＝rc，所以va>vb＝vc.B錯：依據(jù)eq\f(GMm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r得：T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，因為ra<rb＝rc，所以Ta<Tb＝Tc.C錯：依據(jù)eq\f(GMm,r2)＝ma得：a＝eq\f(GM,r2)，因為ra<rb＝rc，所以aa>ab＝ac.D對：依據(jù)F＝eq\f(GMm,r2)，因為ra<rb＝rc，ma＝mb<mc，所以b所需向心力最小．答案：D5．解析：同步衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，由萬有引力供應(yīng)向心力，則Geq\f(Mm,r2)＝man＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r，得同步衛(wèi)星的運行速度v＝eq\r(\f(GM,r))，又第一宇宙速度v1＝eq\r(\f(GM,R))，所以eq\f(v,v1)＝eq\r(\f(R,r))＝eq\r(\f(1,n))，故選項A錯誤，C正確；an＝eq\f(GM,r2)，g＝eq\f(GM,R2)，所以eq\f(an,g)＝eq\f(R2,r2)＝eq\f(1,n2)，故選項D錯誤；同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，v＝ωr，v自＝ωR，所以eq\f(v,v自)＝eq\f(r,R)＝n，故選項B錯誤．答案：C6．解析：由Geq\f(Mm,r2)＝mω2r可得ω＝eq\r(\f(GM,r3))，軌道半徑越大，角速度越小，故衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度，A正確；由Geq\f(Mm,r2)＝ma可得a＝eq\f(GM,r2)，由于a、b的軌道半徑相同，所以兩者的向心加速度大小相同，B錯誤；第一宇宙速度是近地衛(wèi)星繞地球做圓周運動的速度，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)可得v＝eq\r(\f(GM,r))，軌道半徑越大，線速度越小，所以衛(wèi)星a的運行速度小于第一宇宙速度，C錯誤；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r可得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，a、b軌道半徑相同，周期相同，所以衛(wèi)星b的周期等于24h，D錯誤．答案：A7．解析：甲、乙兩衛(wèi)星分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運動，萬有引力供應(yīng)各自做勻速圓周運動的向心力．由牛頓其次定律Geq\f(Mm,r2)＝ma＝meq\f(4π2,T2)r＝mω2r＝meq\f(v2,r)，可得a＝eq\f(GM,r2)，T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，v＝eq\r(\f(GM,r)).由已知條件可得a甲<a乙，T甲>T乙，ω甲<ω乙，v甲<v乙，故正確選項為A.答案：A8．解析：該衛(wèi)星在月球上空繞月球做勻速圓周運動時，經(jīng)過時間t，衛(wèi)星運動的路程為s，衛(wèi)星與月球中心連線轉(zhuǎn)過的角度是θ(弧度)，所以該衛(wèi)星的線速度、角速度分別為v＝eq\f(s,t)，ω＝eq\f(θ,t)，又因為v＝ωr，所以軌道半徑為r＝eq\f(v,ω)＝eq\f(s,θ).依據(jù)萬有引力供應(yīng)向心力，有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得月球的質(zhì)量為M＝eq\f(v2r,G)＝eq\f(s3,Gt2θ)，又因為月球的體積為V＝eq\f(4,3)πR3，所以月球的密度ρ＝eq\f(M,V)＝eq\f(\f(s3,Gt2θ),\f(4,3)πR3)＝eq\f(3s3,4πθGt2R3)，故B正確．答案：B9．解析：由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝ma得v＝eq\r(\f(GM,r))，a＝eq\f(GM,r2)，同步衛(wèi)星的周期為24h，則同步衛(wèi)星的周期大于極地衛(wèi)星的周期，由周期與軌道半徑的關(guān)系知，同步衛(wèi)星的軌道半徑較大，則同步衛(wèi)星的線速度較小，加速度較小，故A、B正確；同步衛(wèi)星的高度高，所以同步衛(wèi)星的放射速度大，C錯誤；極地衛(wèi)星不是地球同步衛(wèi)星，所以相對于地面不靜止，D錯誤．答案：AB10．解析：依據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝mreq\f(4π2,T2)，得eq\f(T2,r3)＝eq\f(4π2,GM)，結(jié)合表中數(shù)據(jù)，可算出火星的公轉(zhuǎn)周期較大，A對；依據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝ma，得a＝Geq\f(M,r2)，可推斷火星的加速度較小，B對；依據(jù)g＝Geq\f(M,R2)，可算出火星表面的重力加速度較小，C錯；第一宇宙速度v＝eq\r(\f(GM,R))，可算出火星的第一宇宙速度較小，D錯．答案：AB11．解析：衛(wèi)星從北緯30°的正上方，第一次運行至南緯60°正上方時，剛好為運動周期的eq\f(1,4)，所以衛(wèi)星運行的周期為4t，A項正確；知道周期、地球的半徑，由eq\f(GMm,R＋h2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2(R＋h)及GM＝R2g，可以算出衛(wèi)星距地面的高度，B項正確；通過上面的公式可以看出，能算出中心天體的質(zhì)量，不能算出衛(wèi)星的質(zhì)量，C項錯誤，D項正確．答案：ABD12．解析：(1)巖塊做豎直上拋運動，有veq\o\al(2,t)－veq\o\al(2,0)＝－2gh，解得g＝eq\f(v\o\al(2