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2019-2020年高中物理 6.5宇宙航行 提高鞏固練習(xí) 新人教版必修2 【鞏固練習(xí)】 一、選擇題： 1．下列說(shuō)法正確的是( ) A．行星的運(yùn)動(dòng)和地球上物體的運(yùn)動(dòng)遵循不同的規(guī)律 B．物體在轉(zhuǎn)彎時(shí)一定受到力的作用 C．月球繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)受到地球的引力和向心力的作用 D．物體沿光滑斜面下滑時(shí)受到重力、斜面的支持力和下滑力的作用 2．根據(jù)觀察，在土星外層有一個(gè)環(huán)，為了判斷它是土星的一部分還是小衛(wèi)星群，測(cè)出環(huán)中各層的線速度v與該層到土星中心的距離R之間的關(guān)系。下列判斷正確的是( ) A．若，則該環(huán)是土星的一部分 B．若，則該環(huán)是土星的衛(wèi)星群 C．若，則該環(huán)是土星的一部分 D．若，則該環(huán)是土星的衛(wèi)星群 3．關(guān)于地球同步衛(wèi)星下列說(shuō)法正確的是( ) A．地球同步衛(wèi)星和地球同步，因此同步衛(wèi)星的高度和線速度大小是一定的 B．地球同步衛(wèi)星的地球的角速度雖被確定，但高度和速度可以選擇，高度增加，速度增大，高度降低，速度減小 C. 地球同步衛(wèi)星只能定點(diǎn)在赤道上空，相對(duì)地面靜止不動(dòng) D．以上均不正確 4．我國(guó)繞月探測(cè)工程的預(yù)先研究和工程實(shí)施已取得重要進(jìn)展。設(shè)地球、月球的質(zhì)量分別為m1、m2，半徑分別為R1、R2，人造地球衛(wèi)星的第一宇宙速度為ｖ，對(duì)應(yīng)的環(huán)繞周期為Ｔ，則環(huán)繞月球表面附近圓軌道飛行的探測(cè)器的速度和周期分別為( ) A．， B．， C．， D． ， 5．土衛(wèi)十和土衛(wèi)十一是土星的兩顆衛(wèi)星，都沿近似為圓周的軌道繞土星運(yùn)動(dòng)。其參數(shù)如表： 衛(wèi)星半徑(m) 衛(wèi)星質(zhì)量(kg) 軌道半徑(m) 土衛(wèi)十 8.90104 2.011018 1.51108 土衛(wèi)十一 5.70104 5.601017 1.51108 兩衛(wèi)星相比土衛(wèi)十( ) A．受土星的萬(wàn)有引力較大 B．繞土星的圓周運(yùn)動(dòng)的周期較大 C．繞土星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度較大 D．動(dòng)能較大 6．天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了某恒星有一顆行星在圓形軌道上繞其運(yùn)動(dòng)，并測(cè)出了行星的軌道半徑和運(yùn)行周期。由此可算出( ) A．行星的質(zhì)量 B．行星的半徑 C．恒星的質(zhì)量 D．恒星的半徑 7．假設(shè)太陽(yáng)系中天體的密度不變，天體直徑和天體之間距離都縮小到原來(lái)的一半，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)近似為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于下列物理量的變化正確的是( ) A．地球的向心力變?yōu)榭s小前的一半 B．地球的向心力變?yōu)榭s小前的 C．地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期與縮小前的相同 D．地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期變?yōu)榭s小前的一半 8. 甲、乙為兩顆地球衛(wèi)星，其中甲為地球同步衛(wèi)星，乙的運(yùn)行高度低于甲的運(yùn)行高度，兩衛(wèi)星軌道均可視為圓軌道．以下判斷正確的是( ) A．甲的周期大于乙的周期 B．乙的速度大于第一宇宙速度 C．甲的加速度小于乙的加速度 D．甲在運(yùn)行時(shí)能經(jīng)過(guò)北極的正上方 9. “嫦娥二號(hào)”是我國(guó)月球探測(cè)第二期工程的先導(dǎo)星．若測(cè)得“嫦娥二號(hào)”在月球(可視為密度均勻的球體)表面附近圓形軌道運(yùn)行的周期為T，已知引力常量為G，半徑為R的球體體積公式，則可估算月球的( ) A．密度 B．質(zhì)量 C．半徑 D．自轉(zhuǎn)周期 10. a是地球赤道上一幢建筑，b是在赤道平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)、距地面9.6106 m的衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，某一時(shí)刻b、c剛好位于a的正上方(如圖甲所示)，經(jīng)48h，a、b、c的大致位置是圖乙中的( ) (取地球半徑R＝6.4106 m，地球表面重力加速度g＝10m/s2，π＝) 11.已知地球同步衛(wèi)星離地面的高度約為地球半徑的6倍．若某行星的平均密度為地球平均密度的一半，它的同步衛(wèi)星距離表面的高度是其半徑的2.5倍，則該行星的自轉(zhuǎn)周期約為( ) A．6小時(shí) B．12小時(shí) C．24小時(shí) D．36小時(shí) 12.如圖所示是“嫦娥一號(hào)”奔月示意圖，衛(wèi)星發(fā)射后通過(guò)自帶的小型火箭多次變軌，進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，最終被月球引力捕獲，成為繞月衛(wèi)星，并開(kāi)展對(duì)月球的探測(cè)，下列說(shuō)法正確的是( ) A．發(fā)射“嫦娥一號(hào)”的速度必須達(dá)到第三宇宙速度 B．在繞月圓軌道上，衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān) C．衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比 D．在繞月軌道上，衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力 二、解答題： 1．宇航員在地球表面以一定初速度豎直上拋一小球，經(jīng)過(guò)時(shí)間t小球落回原處；若他在某星球表面以相同的初速度豎直上拋同一小球，需經(jīng)過(guò)時(shí)間5t小球落回原處。（取地球表面重力加速度g＝10m/s2，空氣阻力不計(jì)） （1）求該星球表面附近的重力加速度； （2）已知該星球的半徑與地球半徑之比為R星：R地＝1：4，求該星球的質(zhì)量與地球質(zhì)量之比M星：M地。 2．土星周圍有許多大小不等的巖石顆粒，它們繞土星的運(yùn)動(dòng)可視為圓周運(yùn)動(dòng)。其中有兩個(gè)巖石顆粒A和B與土星中心距離分別位=8.0104km和=1.2105km。忽略所有巖石顆粒間的相互作用。（結(jié)果可用根式表示） （1）求巖石顆粒A和B的線速度之比； （2）求巖石顆粒A和B的周期之比； （3）土星探測(cè)器上有一物體，在地球上重為10N，推算出他在距土星中心3.2105km處受到土星的引力為0.38N。已知地球半徑為6.4103km，請(qǐng)估算土星質(zhì)量是地球質(zhì)量的多少倍？ 3.我國(guó)發(fā)射的“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星沿近似于圓形的軌道繞月飛行．為了獲得月球表面全貌的信息，讓衛(wèi)星軌道平面緩慢變化．衛(wèi)星將獲得的信息持續(xù)用微波信號(hào)發(fā)回地球．設(shè)地球和月球的質(zhì)量分別為M和m，地球和月球的半徑分別為R和R1，月球繞地球的軌道半徑和衛(wèi)星繞月球的軌道半徑分別為r和r1，月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為T．假定在衛(wèi)星繞月運(yùn)行的一個(gè)周期內(nèi)衛(wèi)星軌道平面與地月連心線共面，求在該周期內(nèi)衛(wèi)星發(fā)射的微波信號(hào)因月球遮擋而不能到達(dá)地球的時(shí)間。(用M、m、R、R1、r、r1和r表示，忽略月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)遮擋時(shí)間的影響)． 【答案與解析】 一、選擇題： 1．B 解析：行星運(yùn)動(dòng)和地球上物體的運(yùn)動(dòng)都遵循相同的規(guī)律，故A錯(cuò)誤；物體轉(zhuǎn)彎一定做圓周運(yùn)動(dòng)，做圓周運(yùn)動(dòng)必定有外力提供向心力，故B正確；向心力是效果力，受力分析不能分析上，故C錯(cuò)誤；沒(méi)有下滑力之說(shuō)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 2．AD 解析：若該環(huán)是土星的一部分，則符合與土星同軸轉(zhuǎn)規(guī)律，即角速度相同周期相同，線速度和半徑成正比。 若該環(huán)是衛(wèi)星群則符合萬(wàn)有引力提供向心力，可得，即。故答案選AD。 3．AC 解析：關(guān)于同步衛(wèi)星高度一定，周期一定，線速度一定，只能在赤道上空，相對(duì)地面靜止，故選項(xiàng)AC正確。 4．A 解析：人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，萬(wàn)有引力提供向心力，即，同理探測(cè)器繞月球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，聯(lián)立得；人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由，同理探測(cè)器繞月球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，聯(lián)立得。故A選項(xiàng)正確。 5．AD 解析：萬(wàn)有引力，由得：向心加速度，周期，動(dòng)能，其中以M為土星的質(zhì)量，m為衛(wèi)星的質(zhì)量，r為衛(wèi)星的軌道半徑，代入數(shù)值比較可得AD是正確的。 6．C 解析：根據(jù)得，因此可以計(jì)算中心天體的質(zhì)量，即恒星的質(zhì)量，故C正確。 7．BC 解析：設(shè)太陽(yáng)和地球的密度分別為、，太陽(yáng)的直徑、地球的直徑、太陽(yáng)與地球間的距離分別變?yōu)椋? 地球受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力： 變化前：， 變化后： 可得 由萬(wàn)有引力提供向心力有，得，所以。故選項(xiàng)BC正確。 8. AC 解析：本題考查萬(wàn)有引力與航天中的衛(wèi)星問(wèn)題，意在考查考生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律、第一宇宙速度的理解和同步衛(wèi)星的認(rèn)識(shí)．對(duì)同一個(gè)中心天體而言，根據(jù)開(kāi)普勒第三定律可知，衛(wèi)星的軌道半徑越大，周期就越長(zhǎng)，A正確．第一宇宙速度是環(huán)繞地球運(yùn)行的最大線速度，B錯(cuò)．由可得軌道半徑大的天體加速度小，C正確．同步衛(wèi)星只能在赤道的正上空，不可能過(guò)北極的正上方，D錯(cuò)． 9. A 解析：本題考查萬(wàn)有引力的應(yīng)用，意在考查考生應(yīng)用萬(wàn)有引力解決宇宙航天問(wèn)題的能力．“嫦娥二號(hào)”在近月表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知周期T，有．故無(wú)法求出月球半徑R及質(zhì)量M，但結(jié)合球體體積公式可估算出密度，A正確． 10. B 解析：由于a、c具有相同的周期，均為24小時(shí)，a、c同步，故c仍在a的正上方，故A錯(cuò)；由已知條件，對(duì)b：和，可以求得b做圓周運(yùn)動(dòng)的周期．b轉(zhuǎn)的圈數(shù)：，故B正確． 11. B 解析：設(shè)地球半徑為R0，密度為，自轉(zhuǎn)周期為T0，對(duì)地球同步衛(wèi)星， 某行星半徑為R，密度為ρ，自轉(zhuǎn)周期為T，其同步衛(wèi)星， 兩式聯(lián)立有：，代入數(shù)據(jù)可求T＝12小時(shí)，故選擇B選項(xiàng)． 12. C 解析：“嫦娥一號(hào)”發(fā)射時(shí)因通過(guò)自帶的火箭加速多次變軌．所以其發(fā)射速度應(yīng)達(dá)到第一宇宙速度，A錯(cuò)；在繞月圓軌道上，由得與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)，B錯(cuò)；在繞月軌道上，衛(wèi)星受月球的引力大于地球?qū)λ囊Γ珼錯(cuò)；由萬(wàn)有引力得C正確． 二、解答題： 1．解析：（1）豎直上拋運(yùn)動(dòng)的物體落回原處的時(shí)間t＝，所以g/＝g＝2m/s2， （2）根據(jù)，所以 所以 2．解析：（1）設(shè)土星質(zhì)量為M0，顆粒質(zhì)量為m，顆粒距土星中心距離為r，線速度為v， 根據(jù)牛頓第二定律和萬(wàn)有引力定律： 解得： 對(duì)于A、B兩顆粒分別有： 和 得： （2）設(shè)顆粒繞土星做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T， 根據(jù)得 對(duì)于A、B兩顆粒分別有： 和 所以 （3）設(shè)地球質(zhì)量為M，地球半徑為r0，地球上物體的重力可視為萬(wàn)有引力，探測(cè)器上物體質(zhì)量為m0，在地球表面重力為G0，距土星中心r0/=km處的引力為G0/，根據(jù)萬(wàn)有引力定律： ， 所以 (倍) 3. 解析：如圖所示，O和O′分別表示地球和月球的中心．在衛(wèi)星軌道平面上，A是地月連心線OO′與地月球面的公切線ACD的交點(diǎn)，D、C和B分別是該公切線與地球表面、月球表面和探月衛(wèi)星圓軌道的交點(diǎn)．根據(jù)對(duì)稱性，過(guò)A點(diǎn)在另一側(cè)作地月球面的公切線，交探月衛(wèi)星軌道于E點(diǎn)．探月衛(wèi)星在BE上運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的信號(hào)被遮擋． 設(shè)探月衛(wèi)星的質(zhì)量為m0，萬(wàn)有引力常量為G， 根據(jù)萬(wàn)有引力定律有， ① ， ② 式中，T1是探月衛(wèi)星繞月球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期．由①②式得： ， ③ 設(shè)探月衛(wèi)星的微波信號(hào)被遮擋的時(shí)間為t，則由于探月衛(wèi)星繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 應(yīng)有，④ 式中，α＝∠CO′A，β＝∠CO′B．由幾何關(guān)系得： r cosα＝R-R1， ⑤ r1 cosβ＝R1，⑥ 由③④⑤⑥式得： ．