6.3万有引力定律的应用（2）宇宙航行 课时作业17-2021-2022学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册.docx

1、10B物理第六章万有引力定律作业17第三节 万有引力定律的应用（2）宇宙航行班级_姓名_学号_日期_一、 单项选择题（只有一个选项正确）1. 以下关于宇宙速度的说法中正确的是（）A第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最小速度B对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，远地点速度一定小于在同高度圆轨道上的运行速度C对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，近地点速度一定在7.9km/s11.2km/s之间D在地球表面发射一颗绕月卫星，发射速度必须大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度2. 2020年7月，我国用长征运载火箭将“天问一号”探测器发射升空，探测器在星箭分离后，进入地火转移轨道，如图所示，2021年5月在火星乌

2、托邦平原着陆。则探测器（）A与火箭分离时的速度小于第一宇宙速度B每次经过P点时的速度相等C绕火星运行时在捕获轨道上的周期最大D绕火星运行时在不同轨道上与火星的连线每秒扫过的面积相等3. 火星探测器“天问一号”成功着陆火星、北斗卫星导航系统覆盖全球、建造空间站天和核心舱等，中国航天人取得了辉煌的成就。已知地球的半径约为火星半径的2倍，地球质量约为火星质量的10倍，北斗导航系统中的地球同步卫星做匀速圆周运动，空间站天和核心舱绕地球做匀速圆周运动的周期约为，下列说法中正确的是（）A火星上发射卫星的第一宇宙速度大于地球上发射卫星的第一宇宙速度B火星表面附近的重力加速度大于地球表面附近的重力加速度C同步

3、卫星所在处的重力加速度大于天和核心舱所在处的重力加速度D同步卫星运动的角速度小于天和核心舱运动的角速度4. 研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在相比（）A距地球的高度变大B向心加速度变大C线速度变大D加速度变大5. 2021年10月16日，神舟十三号载人飞船顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，假设神舟十三号载人飞船在距地面高度为h的轨道做圆周运动。己知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，下列说法正确的是（）A神舟十三号载人飞船运行的周期为B神舟十三号载人飞

4、船的线速度为C神舟十三号载人飞船轨道处的重力加速度为0D地球的平均密度为二、 多项选择题（多个选项正确）6. 2018年2月2日。我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，并进入距地面高度约500km的预定圆轨道。2018年5月1日，我国新一代气象卫星“风云四号”A正式投入业务运行，其圆轨道距离地面高度约3.6104km。两卫星均绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是（）A两卫星运行的角速度大小相等B“风云四号”A卫星运行的速度比“张衡一号”卫星运行的速度小C“风云四号”A卫星运行的周期比“张衡一号”卫星运行的周期长D“风云四号”A卫星运行的周期比“张衡一号”卫星运行的周期短7. 为了得

5、到火星全球的地形、地貌数据，“天问一号”在近火点不变的情况下需要不断变轨。如图所示，依次从III轨道变轨到II轨道，再变到I轨道，在实施第三次近火制动后，成功着陆火星。关于“天问一号”，以下说法正确的是（）A“天问一号”在不同轨道的近火点的加速度相同B“天问一号”在II轨道上近火点的速度小于I轨道上近火点的速度C“天问一号”在III轨道运行的周期大于在II轨道上运行的周期D“天问一号”在I轨道近火点的运行速度小于在该轨道远火点的运行速度三、 填空题8. 宇宙速度（1）牛顿的设想：如图所示，把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度_，物体就不会落回地面，它将绕地球运动，成为_；（2）第一宇宙速度的推

6、导（a）已知地球质量m地和半径R，物体在地面附近绕地球的运动可视为_运动，_提供物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认为等于_，由，可得；（b）已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，由_ = 得：v = ；（c）三个宇宙速度及含义：数值意义第一宇宙速度_km/s物体在_绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度_km/s在地面附近发射飞行器使其克服_引力，永远离开地球的最小地面发射速度第三宇宙速度_km/s在地面附近发射飞行器使其挣脱_引力束缚，飞到太阳系_的_地面发射速度四、 计算题（写出必要的文字，图式和运算过程）9. 天宫二号在距地面h高度处绕地球做匀速圆周运动。2016年10月19日，神

7、舟十一号飞船发射成功，与天宫二号空间站圆满完成自动交会对接。已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。（1）求天宫二号在轨运行线速度v的大小；（2）求天宫二号在轨运行周期T。10. 设有两颗人造地球卫星质量之比为m1:m2 =1:2，其运行轨道半径之比为R:R =3:1，试求此两颗卫星运行的：（1）线速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比。11. 如图所示，“天舟”与“天宫”对接后的组合体沿圆形轨道运行。经过时间t，组合体绕地球转过的角度为（弧度），地球半径为R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑地球自转。求：（1）地球质量M；（2）组合体运动的周期T；（3

8、）组合体所在圆轨道离地面高度H。参考答案：1B【解析】【详解】A根据万有引力提供向心力解得可知，第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大环绕速度，故A错误；B对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，到达远地点时必须要加速才能进入同高度的圆轨道，故远地点速度一定小于在同高度圆轨道上的运行速度，故B正确；C对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，如果近地点在地球表面附近时，则卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s而小于11.2 km/s，如果其近地点不在地球表面附近，则在近地点的速度要小于7.9km/s，故C错误；D地球表面发射一个卫星并使它绕月球运动，则飞行器仍然在地球的引力范围以内，则在地面的发射速度不能

9、大于第二宇宙速度（11.2km/s），否则摆脱地球的束缚，故D错误。故选B。2C【解析】【详解】A与火箭分离时即脱离地球束缚进入太阳系，应该速度为第二宇宙即速度大于第一宇宙速度，故A错误；B由图可知，探测器近心运动，故每次经过P点的速度越来越小，故B错误；C由图可得，绕火星运行时在捕获轨道上的轨道半径最大，则由开普勒第三定律知在捕获轨道上的周期最大，故C正确；D由开普勒第二定律可知，绕火星运行时在同一轨道上与火星的连线每秒扫过的面积相等，故D错误。故选C。3D【解析】【详解】A对于近地卫星，根据万有引力提供向心力得解得地球的第一宇宙速度表达式为同理火星的第一宇宙速度有A错误；B地球表面附近的重

10、力加速度由万有引力提供火星表面附近的重力加速度B错误；CD根据万有引力提供加速度空间站天和核心舱绕地球做匀速圆周运动的周期约为，可知它的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，同步卫星运动的角速度小于天和核心舱运动的角速度，故同步卫星所在处的重力加速度小于天和核心舱所在处的重力加速度，C错误，D正确。故选D。4A【解析】【详解】由题意可知，未来地球自转的周期将进一步变长，所以未来发射的地球同步卫星的周期也将变长。设地球质量为M，同步卫星的质量为m，轨道半径为r，运行周期为T，万有引力提供向心力化简可得可见要增大同步卫星的运行周期，需增大同步卫星的轨道半径，则同步卫星距地球的高度将变大。由及可知，同步卫

11、星的向心加速度、线速度和角速度都将变小。故选A。5A【解析】【详解】ABC根据万有引力提供向心力可得且在地球表面满足即由题意知神舟十三号载人飞船轨道半径为所以解得周期为线速度为向心加速度即重力加速度为故A正确，BC错误；D根据密度公式得故D错误。故选A。6BC【解析】【详解】A根据可得由于“张衡一号”轨道半径小于“风云四号”A轨道半径，则“张衡一号”运行的角速度大于“风云四号”A运行的角速度，故A错误；B根据可得由于“风云四号”A轨道半径大于“张衡一号”轨道半径，则“风云四号”A卫星运行的速度比“张衡一号”卫星运行的速度小，故B正确；CD根据可得由于“风云四号”A轨道半径大于“张衡一号”轨道半

12、径，则“风云四号”A卫星运行的周期比“张衡一号”卫星运行的周期长，故C正确，D错误。故选BC。7AC【解析】【详解】A根据牛顿第二定律得因为“天问一号”在不同轨道的近火点完全相同，所以加速度相同，A正确；BII轨道近火点需要减速变到I轨道，所以“天问一号”在II轨道上近火点的速度大于I轨道上近火点的速度，B错误；C根据开普勒第三定律，半长轴越大，周期越大，所以III轨道周期更大，C正确；D根据开普勒第二定律，近火点的速度大于远火点的速度，D错误。故选AC。8 足够大 人造地球卫星 匀速圆周运动 万有引力 地球半径R mg 7.9 地球附近 11.2 地球 16.7 太阳 外 最小【解析】【详解

13、】（1）12如图所示，把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度足够大，物体就不会落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。（2）（a）345已知地球质量m地和半径R，物体在地面附近绕地球的运动可视为匀速圆周运动运动，万有引力供物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认为等于地球半径R。（b）6已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，由（c）78第一宇宙速度为7.9km/s，是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度。910第二宇宙速度为11.2km/s，是在地面附近发射飞行器使其克服地球引力，永远离开地球的最小地面发射速度。11121314第三宇宙速度为16.9km/s，是在地面附近发射飞行器使其挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小地面发射速度。9（1）；（2）【解析】【详解】（1）设天宫二号质量为m，轨道半径为根据万有引力定律和牛顿第二定律，万有引力提供向心力解得（2）根据周期公式解得10（1）；（2）；（3）；（4）1:9【解析】【详解】（1）卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得解得所以线速度之比（2）由公式得所以角速度之比（3）由公式得所以周期之比（4）由公式得所以加速度之比11（1）（2）（3）【解析】【详解】（1）根据地球表面物体的重力等于万有引力可得所以有（2）组合体的角速度为故周期为（3）组合体做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，有解得