高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行课后作业题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行课后作业题，共12页。试卷主要包含了单选题，多选题，解答题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．2016年9月15日，“天宫二号”空间实验室在我国酒泉卫星发射中心发射升空，10月17日7时30分，“神舟11号”飞船载着两名宇航员飞向太空，并于10月19日凌晨与“天宫二号”交会对接，如图是交会对接时的示意图，交会时“天宫二号”在前，“神舟11号”在后。组合体在393km高度绕地球运动过程中，保持不变的物理量有（ ）
A．周期B．线速度C．万有引力D．向心加速度
2．探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，这是人类自古以来的梦想．关于宇宙速度，下列说法正确的是（ ）
A．在地面发射飞行器，发射速度必须小于第一宇宙速度
B．第一宇宙速度是卫星在地面附近环绕地球做圆周运动的速度
C．第二宇宙速度的数值是，它是在地面上发射物体使之挣脱地球引力的最小速度
D．第三宇宙速度的数值是，它是在地面上发射物体使之挣脱地球引力的最小速度
3．已知某卫星在赤道上空绕地球做匀速圆周运动，卫星运动方向与地球自转方向相同，赤道上某城市的天文爱好者2016年2月3日早8时整通过观察第一次发现卫星恰好掠过其正上方，2016年2月6日早8时整第六次观察到卫星恰好掠过其正上方，则该卫星的周期为（ ）
A．6小时B．8小时C．9小时D．12小时
4．关于力和运动，下列说法正确的是（ ）
A．物体向上运动，物体所受合力一定向上
B．物体运动速度最大时所受合力一定为零
C．物体轻放在地面斜坡上恰能匀速下滑，物体对斜坡的作用力等于物体所受重力
D．近地卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，因此不受重力作用
5．“北斗”卫星导航定位系统由5颗同步卫星和30颗非静止轨道卫星组成。则（ ）
A．5颗同步卫星中质量小的卫星的高度比质量大的卫星的高度要低
B．5颗同步卫星的周期小于轨道在地球表面附近的卫星的周期
C．5颗同步卫星离地面的高度都相同
D．5颗同步卫星运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间
6．2021年2月10日，中国“天问一号”火星探测器成功进入预定轨道，并实施了近火制动。如图所示，“天问一号”在近火星点变速，进入环绕火星的椭圆轨道。则关于“天问一号”，下列说法中正确的是（ ）
A．由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需要在点加速
B．在轨道Ⅰ上经过点时的加速度大于在轨道Ⅱ上经过点时的加速度
C．在轨道Ⅰ上的运行周期大于在轨道Ⅱ上的运行周期
D．在轨道Ⅰ上运行时的机械能小于在轨道Ⅱ上运行时的机械能
7．如图所示，在地球的外侧有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动，则这些小行星绕太阳运行的周期（ ）
A．大于1年B．小于1年C．可能等于1年D．无法判断
8．两颗行星相距遥远，各自有一系列卫星绕各自的行做匀速圆周运动，其卫星的线速度的平方与其轨道半径间关系的图像分别如图所示的、实线部分，由图像可知（ ）
A．可以比较两行星的质量大小
B．不能比较两行星的密度大小
C．不能比较两星球表面处的加速度大小
D．在行星上将相同的卫星发射出去，需更大的发射速度
二、多选题
9．载人飞船绕地球做匀速圆周运动．已知地球半径为R0，飞船运行的轨道半径为KR0，地球表面的重力加速度为g0，则飞船运行的（ ）
A．加速度是K2g0B．加速度是
C．角速度是D．角速度是
10．如图是在牛顿著作里画出的一幅原理图．图中表示出从高山上用不同的水平速度抛出的物体地轨迹．物体的速度越大，落地点离山脚越远．当速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为一颗人造地球卫星．若卫星的运动可视为匀速圆周运动，由以下哪组数据即可确定卫星的最小发射速度（ ）
A．引力常数、地球质量和卫星半径；
B．引力常数、卫星质量和地球半径；
C．地球表面处重力加速度、地球半径；
D．地球表面处重力加速度、 地球自转周期；
11．如图所示，有A、B两个行星绕同一恒星O做匀速圆周运动，运转方向相同，A行星的周期为TA，B行星的周期为TB，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星距离最近），则（ ）
A．经过时间t =TA +TB，两行星第二次相遇
B．经过时间，两行星第二次相遇
C．经过时间，两行星第一次相距最远
D．经过时间，两行星第一次相距最远
12．假设将来人类登上了火星，考察完毕后，乘坐一艘宇宙飞船从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，则有关这艘飞船的下列说法，正确的是（ ）
A．飞船在轨道III上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道II上运动到P点时的加速度
B．飞船在轨道I上运动时的机械能小于在轨道II上运动时的机械能
C．飞船绕火星在轨道I上运动的周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以轨道I同样的轨道半径运动的周期相同
D．飞船在轨道II上运动时，经过P点时的速度大于经过Q点时的速度
三、解答题
13．人类一直梦想登上月球，将月球作为人类的第二个家园．现根据观测已知月球的质量为M，半径为R，万有引力常量为G．请你结合以上数据求月球的第一宇宙速度v．
14．如图所示，在某质量分布均匀的行星，其表面重力加速度未知，在该行星表面上有一个匀质转盘，转盘上质量为m的物体A，物体A距圆心的距离为L。当角速度为ω时，物体A刚要相对转盘发生相对滑动。已知物体A与转盘间的动摩擦因数μ（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），行星的半径为R，引力常量为G，求：
（1）此行星的质量；
（2）此行星的第一宇宙速度大小。
15．如图所示，在天体运动中，把两颗较近的恒星称为双星，已知两恒星的质量分别为M1、M2，两星之间的距离为L，两恒星分别绕共同的圆心做圆周运动，万有引力常量为G，求各个恒星的圆周运动半径和角速度。
参考答案：
1．A
【详解】组合体在匀速圆周运动中，受到的万有引力的方向随位置的变化而变化；同时线速度、加速度的大小不变，方向时刻改变；而圆周运动的周期不变。
故选A。
2．B
【详解】A．第一宇宙速度是最小的发射速度，在地面发射飞行器，发射速度必须大于第一宇宙速度，A错误；
B．第一宇宙速度是卫星在地面附近环绕地球做圆周运动的速度，B正确；
C．第二宇宙速度的数值是，它是在地面上发射物体使之挣脱地球引力的最小速度，C错误；
D．第三宇宙速度的数值是，它是在地面上发射物体使之挣脱太阳引力的最小速度，D错误。
故选B。
3．C
【详解】设该卫星的周期为T，地球自转周期T0=24小时，从2月3日早8时到2月6日早8时时间共3天，t=72小时，根据题意可得
解得
T=9小时
故选C。
4．C
【详解】A．物体向上运动，物体所受合力不一定向上，如竖直上抛运动过程中，向上运动时合力向下，故A错误；
B．物体运动速度最大时所受合力不一定为零，两者没有必然的联系，故B错误；
C．物体轻放在地面斜坡上恰能匀速下滑，物体处于平衡状态，斜坡对物体的作用力等于物体所受重力，根据牛顿第三定律可知，物体对斜坡的作用力等于物体所受重力，故C正确；
D．近地卫星绕地球做匀速圆周运动时，仍受重力作用，重力用于提供向心力，故D错误。
故选C。
5．C
【详解】A．静止轨道卫星（同步卫星）都有固定的周期、高度和速率以及固定的轨道平面，与卫星的质量无关，故A错误；
B．地球静止轨道卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，根据开普勒第三定律知，地球静止轨道卫星的周期大于近地卫星的周期，故B错误；
C．根据
可知地球静止轨道卫星的轨道半径相同，离地面的高度相同，故C正确；
D．第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是圆周运动最大的环绕速度，而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，根据
可以发现，同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】A．由图示可知，卫星由轨道I进入轨道II过程轨道半径变小，卫星要做向心运动，卫星需要在P点减速，故A错误；
B．同是在P点，轨道半径相同，则卫星所受的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知，卫星在轨道Ⅰ上经过P点与在轨道II上经过P点时的加速度相等，故B错误；
C．根据开普勒第三定律， 由图示可知，卫星在轨道Ⅰ上运行的半长轴大于在轨道II上运行时的半长轴，因此在轨道I上运行周期大于在轨道II上运行周期，故C正确；
D．卫星由轨道II变轨到轨道Ⅰ时需要加速，卫星的机械能增加，因此在轨道I上运行时的机械能大于在轨道II上运行时的机械能，故D错误。
故选 C。
7．A
【详解】由
可得
小行星带在地球外侧，所以轨道半径大于地球的轨道半径，所以这些小行星绕太阳运行的周期大于1年，故A正确，BCD错误。
故选A。
8．A
【详解】A．卫星绕行星运动，设行星质量M，卫星质量m，轨道半径r，则
，
，
知斜率，所以，A正确；
B．由图像知两行星半径相等，由
知，B错误；
C．在行星表面质量为的物体有
，
可判断加速度大小，C错误；
D．当卫星绕行星表面运行，发射速度最小，由
知
，
∴，D错误．
9．BC
【详解】AB．根据万有引力定律，引力提供向心力，则有：
而黄金代换公式
联立可得
A错误，B正确；
CD．根据万有引力定律，引力提供向心力，则有
且
解得角速度
C正确，D错误。
故选BC。
【点评】考查万有引力定律的内容，掌握引力提供向心力做匀速圆周运动，理解向心力，向心加速度表达式的内容，注意黄金代换公式．
10．AC
【详解】AB．由卫星的最小发射速度即是第一宇宙速度，则
可得
选项A正确，B错误；
CD．由
选项C正确，D错误。
故选AC．
11．BD
【详解】AB．卫星A的周期较小，当卫星A比B多转动一圈时，第二次追上，有
解得
故A错误，B正确；
CD．卫星A比B多转动半圈时，第一次相距最远，有
解得
故C错误，D正确；
12．BD
【详解】A．飞船在轨道III上运动到P点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时受到的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知加速度必定相等，A错误；
B．飞船在轨道Ⅰ上经过P点时，要点火加速，使其速度增大做离心运动，从而转移到轨道Ⅱ上运动．所以飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能小于轨道Ⅱ上运动的机械能，B正确；
C．根据周期公式
虽然r相等，但是由于地球和火星的质量不等，所以周期T不相等，C错误；
D．飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过P点时的速度大于经过Q点时的速度，D正确。
故选BD。
13．
【详解】试题分析：第一宇宙速度等于贴近星球表面做匀速圆周运动的速度，根据万有引力提供向心力求出月球的第一宇宙速度．
第一宇宙速的轨道半径等于星球半径，根据万有引力提供向心力：
解得：
点睛：本题主要考查了万有引力提供向心力，注意第一宇宙速度等于贴近星球表面做匀速圆周运动的速度．
14．（1）；（2）
【详解】（1）当角速度为ω时，物体A刚要相对转盘发生相对滑动，此时最大静摩擦力提供向心力
解得，该星球表面重力加速度
根据
解得
（2）行星的第一宇宙速度即围绕星球表面做匀速圆周运动的线速度，根据
解得
15．，，
【详解】设M1、M2圆周运动半径分别为r1和r2，角速度相同，设为ω，由题意可知
r1+r2=L
两恒星之间的万有引力提供给它们运动的向心力，所以
联立得