高中物理粵教版(2019)必修第二冊《3宇宙速度與航天》訓(xùn)練題

粵教版(2019)必修第二冊《3.4宇宙速度與航天》訓(xùn)練題(4)一、單選題（本大題共14小題，共56.0分）1. 下列說法正確的是(????)A.第一宇宙速度是人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運動的速度B.第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度C.如果需要，地球同步通訊衛(wèi)星可以定點在地球上空的任何一點D.地球同步通訊衛(wèi)星的軌道可以是圓的也可以是橢圓的E.環(huán)繞地球運轉(zhuǎn)的人造地球衛(wèi)星，軌道半徑越大，速度越大，周期越短2. 2016年2月11日，科學家宣布“激光干涉引力波天文臺(LIGO)”探測到由兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號，這是在愛因斯坦提出引力波概念100周年后，引力波被首次直接觀測到．在兩個黑洞合并過程中，由于彼此間的強大引力作用，會形成短時間的雙星系統(tǒng)．如圖所示，黑洞A、B可視為質(zhì)點，它們圍繞連線上O點做勻速圓周運動，且AO大于BO，不考慮其他天體的影響．下列說法正確的是(????)A.黑洞A的向心力大于B的向心力B.黑洞A的質(zhì)量大于B的質(zhì)量C.黑洞A的線速度大于B的線速度D.兩黑洞之間的距離越大，A的周期越小3. 兩點電荷之間的庫侖力和物體間的萬有引力都與物體間距離的二次方成反比，兩者之間具有很大的相似性，如圖所示，帶電粒子A、B帶異種電荷，兩粒子僅在彼此間的庫侖力作用下繞連線上某點O做勻速圓周運動。下列關(guān)于兩電荷說法正確的是(????)A.運動半徑與質(zhì)量成反比 B.運動半徑與電荷量成正比C.角速度與質(zhì)量成反比 D.線速度與電荷量成正比4. 2013年12月2日，嫦娥三號探測器由長征三號乙運載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，首次實現(xiàn)月球軟著陸和月面巡視勘察．假設(shè)嫦娥三號在環(huán)月圓軌道和橢圓軌道上運動時，只受到月球的萬有引力．則(????)A.若已知嫦娥三號環(huán)月圓軌道的半徑、運動周期和引力常量，則可以計算出月球的密度B.嫦娥三號由環(huán)月圓軌道變軌進入環(huán)月橢圓軌道時，應(yīng)讓發(fā)動機點火使其加速C.嫦娥三號在環(huán)月橢圓軌道上P點的速度大于Q點的速度D.嫦娥三號在環(huán)月圓軌道上的運行速率比月球的第一宇宙速度小5. 人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則(????)A.速度越小，周期越小 B.速度越小，加速度越大C.加速度越小，周期越大 D.角速度越小，加速度越大6. 有兩根長度不同的輕質(zhì)細線下面分別懸掛小球a、b，細線上端固定在同一點，若兩個小球繞同一豎直軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，相對位置關(guān)系分別如圖所示，則兩個擺球在運動過程中，小球a的角速度比小球b的角速度小的是(????)A. B.C. D.7. 一人造地球衛(wèi)星在某軌道上繞地球做勻速圓周運動，現(xiàn)其軌道半徑增大為原來的3倍，其他條件不變，仍繞地球做勻速圓周運動，則(????)A.根據(jù)T=2πRv，可知衛(wèi)星運動的周期將增大為原來的B.根據(jù)ω=vRC.根據(jù)F=mvD.根據(jù)F=GMmR2和8. 如圖所示，A是地球的同步衛(wèi)星，B是地球的近地衛(wèi)星，C是地面上的物體，均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運動。設(shè)A、B與地心連線在單位時間內(nèi)掃過的面積分別為SA、SB，周期分別為TA、TB、TC，A、B、C做圓周運動的速度分別為vA、vB、vC，地球?qū)、B、C的萬有引力FA、FB、FCA.SA=SB B.TA=9. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第三顆組網(wǎng)衛(wèi)星(簡稱“三號衛(wèi)星”)的工作軌道為地球同步軌道，設(shè)地球半徑為R，“三號衛(wèi)星”的離地高度為h，則關(guān)于地球赤道上靜止的物體、地球近地環(huán)繞衛(wèi)星和“三號衛(wèi)星”的有關(guān)物理量，下列說法中正確的是(????)A.赤道上物體與“三號衛(wèi)星”的線速度之比為vB.近地衛(wèi)星與“三號衛(wèi)星”的角速度之比為ωC.近地衛(wèi)星與“三號衛(wèi)星”的周期之比為TD.赤道上物體與“三號衛(wèi)星”的向心加速度之比為a10. 疫情過后歡送貴州醫(yī)務(wù)人員返回，飛機在十堰市武當山機場平穩(wěn)起飛，很快轉(zhuǎn)入自動駕駛狀態(tài)，作為一個物理愛好者夜空中楊春機長無意想起幾個物理問題，飛機和東方紅衛(wèi)星現(xiàn)在都在天上飛，如下這些想法中正確的是(????)A.民航飛機上乘客受地球的重力是零B.人造衛(wèi)星內(nèi)的設(shè)備受地球萬有引力為零，因此處于失重狀態(tài)C.飛機在空中水平勻速航行時不需要耗用燃料提供的動力D.東方紅衛(wèi)星做勻速圓周運動時不需要耗用燃料提供的動力11. 2013年12月2日，我國探月衛(wèi)星“嫦娥三號”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，飛行軌道示意圖如圖所示．“嫦娥三號”從地面發(fā)射后奔向月球，先在軌道Ⅰ上運行，在P點從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ，Q為軌道Ⅱ上的近月點，則有關(guān)“嫦娥三號”下列說法正確的是(

)A.由于軌道Ⅱ與軌道Ⅰ都是繞月球運行，因此“嫦娥三號”在兩軌道上運行具有相同的周期B.“嫦娥三號”從P到Q的過程中月球的萬有引力做正功，速率不斷增大C.由于“嫦娥三號”在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過P的速度，因此在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的加速度也小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過P的加速度D.由于均繞月球運行，“嫦娥三號”在軌道Ⅰ和軌道Ⅱ上具有相同的機械能12. 我國的“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠鏡(簡稱HXMT)衛(wèi)星是國際上唯一同時具有大探測器面積、高時間精度且完整監(jiān)測引力波爆發(fā)過程的高能探測器，衛(wèi)星總質(zhì)量是2500kg，衛(wèi)星軌道高550km，傾角43°，設(shè)計壽命4年。該衛(wèi)星運行僅受到地球引力和稀薄空氣阻力的作用下會緩慢變軌，原勻速圓周運動的“慧眼”衛(wèi)星將出現(xiàn)(????)A.機械能變大 B.萬有引力不變 C.運行周期變小 D.運行傾角變大13. 下列說法中正確的是(????)A.兩個質(zhì)子間，不管距離如何，核力總是大于庫侖力B.同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中子數(shù)可以不同C.除萬有引力外，兩個中子之間不存在其它相互作用力D.?1532P14. 如圖所示，兩顆衛(wèi)星圍繞著質(zhì)量為M的中心星體做勻速圓周運動．若兩顆衛(wèi)星和中心星體始終在同一直線上，兩顆衛(wèi)星間的作用及其他星體對兩顆衛(wèi)星的作用均忽略不計，則下列判斷正確的是(????)A.兩顆衛(wèi)星的軌道半徑相等 B.兩顆衛(wèi)星的向心加速度相同C.兩顆衛(wèi)星的向心力大小相等 D.兩顆衛(wèi)星的動能相等二、計算題（本大題共3小題，共30.0分）15. 一宇宙飛船繞質(zhì)量為M的行星做勻速圓周運動，運動的軌道半徑為r，已知引力常量為G，行星的半徑為R.求：(1)飛船繞行星做圓周運動的線速度v；(2)飛船繞行星做圓周運動的周期T；(3)行星表面的重力加速度g。16. 有一個星球大小與地球相同，密度為地球密度的兩倍，某人到該星球上去，地球表面重力加速度取10m/s2(1)該星球表面處重力加速度為多少？(2)若此人在地球上可豎直向上跳1.5m高，他在該星球上用相同初速度可豎直向上跳多高？17. 2009年至2015年，中國將進入嫦娥二期工程，屆時將進行兩到三次的軟著陸巡視勘察，其中2012年向月面發(fā)射一個軟著陸器的計劃已經(jīng)基本確定，按照這一計劃軟著陸器將攜帶載有攝像機和多種探測儀器的月球車，在月球表面巡視勘查，為建立月球基地收集基本數(shù)據(jù)資料．為了實現(xiàn)這一計劃，先要登月飛船從距月面一定距離的高軌道變到靠近月球表面低軌道．假設(shè)有一登月飛船以某一速度繞月球做勻速圓周運動，已知該飛船質(zhì)量為m，已知該飛船距月球表面的高度為h.該飛船在距月球表面h高處的A點短促地向前噴氣，噴出氣體相對飛船的速度為u，經(jīng)過一段時間后飛船運動到靠近月球表面的B點，A、B兩點的連線過月球球心．已知飛船在A、B兩點的速度與飛船到月心距離的乘積為定值．已知月球半徑為R，已知月球表面的重力加速度為g，已知登月飛船在月球上空的萬有引力勢能為Ep=mgR(1)飛船在距月球表面h高度處做勻速圓周運動時的線速度．(2)飛船在A點噴出氣體的質(zhì)量是多少．三、綜合題（本大題共1小題，共12.0分）18. 在如圖所示的圓錐擺中，已知繩子長度為L，繩子轉(zhuǎn)動過程中與豎直方向的夾角為θ，求小球做勻速圓周運動的周期．

【答案與解析】1.答案：B解析：解：A、第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，而人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運動的速度隨著半徑增大而減小，故A錯誤；B、第一宇宙速度是人造衛(wèi)星運動軌道半徑為地球半徑所對應(yīng)的速度，故B正確；C、地球同步衛(wèi)星運行軌道為位于地球赤道平面上圓形軌道、運行周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間相等，故C錯誤；D、地球同步軌道衛(wèi)星，又稱對地靜止衛(wèi)星，是運行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，軌道一定是圓，故D錯誤；E、根據(jù)引力提供向心力，GMmr2=m故選：B．地球同步衛(wèi)星即地球同步軌道衛(wèi)星，又稱對地靜止衛(wèi)星，是運行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，星距離地球的高度約為36000?km，衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同、運行軌道為位于地球赤道平面上圓形軌道、運行周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間相等，衛(wèi)星在軌道上的繞行速度約為3.1公里/秒，其運行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度．由萬有引力提供向心力解得衛(wèi)星做圓周運動的線速度表達式，判斷速度與軌道半徑的關(guān)系可得，第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星在近地圓軌道上的運行速度，軌道半徑最小，線速度最大．注意第一宇宙速度有三種說法：①它是人造地球衛(wèi)星在近地圓軌道上的運行速度，②它是人造地球衛(wèi)星在圓軌道上運行的最大速度，③它是衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度．該題主要考查了地球同步衛(wèi)星的相關(guān)知識點，有四個“定”：定軌道、定高度、定速度、定周期，難度不大，屬于基礎(chǔ)題．2.答案：C解析：解：A、雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第三定律可知，A對B的作用力與B對A的作用力大小相等，方向相反，則黑洞A的向心力等于B的向心力，故A錯誤；B、雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，具有相同的角速度，根據(jù)F=mω2r知F、ω相等，AO大于BO，所以AC、A的半徑比較大，根據(jù)v=ωr可知，黑洞A的線速度大于B的線速度．故C正確．D、雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得：對A有：GmA對B有：GmA又：rA+rB=L，并由mB+mA故選：C雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，具有相同的角速度和周期．根據(jù)萬有引力定律和向心力公式求解，注意其中的A、B距離和各自軌道半徑的關(guān)系．該題是雙星問題，是萬有引力定律在天體中的應(yīng)用，解決該題關(guān)鍵要知道雙星系統(tǒng)的角速度是相等的，以及掌握萬有引力定律和向心力公式．3.答案：A解析：解：ABC、兩異種點電荷能繞圓心各自做勻速圓周運動，它們的角速度相同，對于質(zhì)量m1即kq由上式得r1r2=mD、根據(jù)v=rω得它們的線速度與質(zhì)量成反比，故D錯誤；故選：A。兩異種點電荷能繞圓心各自做勻速圓周運動，它們的角速度相同，其向心力是由它們間的庫侖力提供，列出等式求解。解決問題時要把握好問題的切入點。本題中兩電荷做圓周運動的向心力相同，角速度相等就是題目的切入點，本題兩點電荷的運動情形與天體中的雙星問題類似。雖然由庫侖力提供向心力，但值得注意的是庫侖力的間距與它們做圓周運動的半徑不是相等的。4.答案：D解析：解：A、根據(jù)萬有引力提供向心力GMmr2=m4B、嫦娥三號在環(huán)月段圓軌道上P點減速，使萬有引力大于向心力做近心運動，才能進入環(huán)月段橢圓軌道。故B錯誤；C、嫦娥三號在環(huán)月段橢圓軌道上P點向Q點運動中，距離月球越來越近，月球?qū)ζ湟ψ稣Γ仕俣仍龃?，即嫦娥三號在環(huán)月段橢圓軌道上P點的速度小于Q點的速度，故C錯誤；D、衛(wèi)星越高越慢，第一宇宙速度是星球表面近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，故嫦娥三號在環(huán)月圓軌道上的運行速率比月球的第一宇宙速度小，故D正確。故選：D。已知嫦娥三號環(huán)月段圓軌道的半徑、運動周期和引力常量，根據(jù)萬有引力提供向心力，可以解出月球的質(zhì)量，但是不知道的月球的半徑，無法計算出月球的密度；根據(jù)衛(wèi)星變軌原理分析軌道變化時衛(wèi)星是加速還是減速．本題要掌握衛(wèi)星的變軌原理，嫦娥三號在環(huán)月段圓軌道上做圓周運動萬有引力等于向心力，要進入環(huán)月段橢圓軌道需要做近心運動，使得在P點所受萬有引力大于圓周運動向心力，因為同在P點萬有引力不變，故嫦娥三號只有通過減速減小向心力而做近心運動進入橢圓軌道．5.答案：C解析：解：人造衛(wèi)星繞地球做圓周運動，根據(jù)萬有引力提供向心力列出等式，GMmv=GMT=2πrω=GMa=GMr2，軌道半徑越大，加速度越小，故ABD故選：C。根據(jù)萬有引力提供向心力，得出線速度、角速度、周期、加速度與軌道半徑的關(guān)系，再進行分析．解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力提供向心力這一思路，知道軌道半徑變化時，加速度、角速度、線速度、周期都發(fā)生了變化．6.答案：C解析：小球做勻速圓周運動，靠拉力和重力的合力提供向心力，結(jié)合牛頓第二定律求出角速度的表達式分析即可．解決本題的關(guān)鍵知道小球做勻速圓周運動向心力的來源，結(jié)合牛頓第二定律進行求解，本題關(guān)鍵要得出角速度與Lcosθ的關(guān)系式．取其中一個小球分析，受力如圖所示：小球做勻速圓周運動，mgtanθ=mω解得：ω=g則Lcosθ(小球與懸掛點的高度差)越小，角速度越大，故ABD錯誤，C正確；故選：C。7.答案：D解析：解：宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，根據(jù)萬有引力提供向心力，設(shè)宇宙飛船的質(zhì)量為m、地球質(zhì)量為M，A、根據(jù)GMmr2=m4π2rTB、根據(jù)GMmr2=mω2r可得：ω=C、由向心力等于萬有引力F=GMmr2，軌道半徑增大到原來的3倍時，向心力減為原來的1D、由GMmr2=mv2r，解得：v=故選：D。根據(jù)衛(wèi)星做勻速圓周運動時萬有引力提供向心力公式表示出速率和角速度，可知軌道半徑變化時，速度和角速度都要變化，根據(jù)控制變量法判斷的方法判斷速度和力的變化。本題主要考查了萬有引力提供向心力公式的直接應(yīng)用，難度不大，屬于基礎(chǔ)題。8.答案：C解析：解：A、由開普勒第二定律可知，對于同一衛(wèi)星與地球連線在相等時間內(nèi)掃過的面積相等，由于A、B不是同一衛(wèi)星，所以SA≠SB、對于衛(wèi)星A、B，由開普勒第三定律r3T2=k，知TA>TB，C、對于衛(wèi)星A、B，由v=GMr分析知vA<vB.對于A、C，角速度相等，由v=ωrD、由于質(zhì)量關(guān)系未知，所以不能確定萬有引力的大小，故D錯誤。故選：C。對于衛(wèi)星A、B，根據(jù)開普勒第二定律分析SA與SB的關(guān)系，由開普勒第三定律分析TA與TB的關(guān)系，由v=GMr分析vA與v本題考查了萬有引力定律的應(yīng)用，解決本題的關(guān)鍵是掌握開普勒第二定律、開普勒第三定律、衛(wèi)星的線速度公式，并靈活應(yīng)用。9.答案：C解析：解：A、由于三號星為同步衛(wèi)星，故其周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，根據(jù)v=2πrT，所以赤道上物體與“三號衛(wèi)星”的線速度之比為v1B、由萬有引力提供向心力的周期表達式可得：GMmω=GM所以近地衛(wèi)星與“三號衛(wèi)星”的角速度之比為ω2ω3C、T=2πr3GM，所以近地衛(wèi)星與“三號衛(wèi)星”的周期之比為TD、由于三號星為同步衛(wèi)星，故其周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，根據(jù)a=4π2T2故選：C。由于3號星為同步衛(wèi)星，故其周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，而近地衛(wèi)星的軌道可認為是地球的半徑，根據(jù)萬有引力提供向心力可分析3號星與近地衛(wèi)星的周期，角速度等的關(guān)系．本題重點是抓住同步衛(wèi)星的特征，其軌道是固定的，且周期等于地球自轉(zhuǎn)周期．同步衛(wèi)星有四個“定”：定軌道、定高度、定速度、定周期．本題難度不大，屬于基礎(chǔ)題．10.答案：D解析：解：A、民航飛機上乘客仍受到地球的重力，故A錯誤；B、人造衛(wèi)星內(nèi)的設(shè)備仍受地球的萬有引力，且由萬有引力提供向心力，處于失重狀態(tài)，故B錯誤；C、飛機在空中勻速飛行需要耗用燃料提供的動力，故C錯誤；D、人造衛(wèi)星做勻速圓周運動靠地球的萬有引力提供向心力，不需要耗用燃料提供動力，故D正確。故選：D。民航飛機上乘客、人造衛(wèi)星內(nèi)的設(shè)備都要受到地球的萬有引力，人造衛(wèi)星處于失重狀態(tài)；東方紅衛(wèi)星做勻速圓周運動時，由地球的萬有引力提供向心力。解決本題的關(guān)鍵要知道人造衛(wèi)星做勻速圓周運動不是平衡狀態(tài)，靠萬有引力提供向心力，不需要耗用燃料提供動力。11.答案：B解析：試題分析：根據(jù)開普勒行星運動第三定律可知，在軌道Ⅱ與軌道Ⅰ繞月球運行時，由于軌道的半長軸不同，故周期不同，選項A錯誤；“嫦娥三號”從P到Q的過程中月球的萬有引力做正功，動能增大，則速率不斷增大，選項B正確；根據(jù)可知，“嫦娥三號”在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的加速度等于在軌道Ⅰ上經(jīng)過P的加速度，選項C錯誤；“嫦娥三號”在軌道Ⅰ上的機械能大于在軌道Ⅱ上的機械能，選項D錯誤；故選B．考點：萬有引力定律的應(yīng)用12.答案：C解析：解：AB、衛(wèi)星運行僅受到地球引力和稀薄空氣阻力的作用下會緩慢變軌，萬有引力隨著距離的減小會變大；空氣阻力做負功，機械能變小；故AB錯誤；C、根據(jù)萬有引力提供向心力可知：GMmr2=m4D、“慧眼”衛(wèi)星在新軌道上運行，運行傾角不變，故D錯誤。故選：C。萬有引力提供圓周運動的向心力，衛(wèi)星由于摩擦阻力作用，軌道高度將降低，運行周期變大，萬有引力變大；空氣阻力做負功，機械能減小。本題考查了萬有引力定律及其應(yīng)用，解題的關(guān)鍵是理解空氣阻力的作用，使衛(wèi)星向低軌道變軌，機械能減小。13.答案：D解析：解：A、核力是短程力，超過一定距離，核力急劇下降幾乎消失，A錯誤；B、同一種元素的原子核應(yīng)有相同的質(zhì)子數(shù)，中子數(shù)可以不同，B錯誤；C、兩個中子之間除萬有引力外，距離小于一定范圍，還存在強相互作用力，C錯誤；D、?1532P故選：D正確解答本題要掌握：核力特點以及核力性質(zhì)；原子核包括中子和質(zhì)子；同一種元素具有相同的質(zhì)子數(shù)；同時注意掌握同位素的應(yīng)用．本題考查了原子物理中的基礎(chǔ)知識，要注意理解原子核的組成，并掌握核力是短程力．14.答案：A解析：解：A、由“兩顆衛(wèi)星和中心星體始終在同一直線上”得知兩顆衛(wèi)星的角速度ω相等，根據(jù)GMmr2=mωB、由a=ω2r得向心加速度大小aC、由萬有引力提供向心力即F向=GMmr2知，F(xiàn)D、根據(jù)GMmr2=mv2r故選：A“兩顆衛(wèi)星和中心星體始終在同一直線上”得知兩顆衛(wèi)星的角速度ω相等，根據(jù)萬有引力提供向心力角速度公式求出半徑，根據(jù)a=ω本題主要考查了萬有引力提供向心力公式得直接應(yīng)用，抓住“兩顆衛(wèi)星和中心星體始終在同一直線上”得知兩顆衛(wèi)星的角速度ω相等求解，特別注意向心加速度是矢量，有方向，難度適中．15.答案：解：(1)繞行星運動的宇宙飛船：G解得：v=(2)繞行星運動的宇宙飛船：T=解得：T=2π(3)在行星表面：G解得：g=答：(1)飛船繞行星做圓周運動的線速度是GMr(2)飛船繞行星做圓周運動的周期是2πr(3)行星表面的重力加速度是GMR解析：(1)根據(jù)萬有引力等于向心力，可列式求解；(2)根據(jù)星球表面重力等于萬有引力，可列式求解；(3)根據(jù)在星球表面，萬有引力等與向心力，列式求解。