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中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
2025粵教版高中物理必修第二冊
分層作業(yè)14　宇宙速度與航天
A組 必備知識基礎(chǔ)練
題組一　宇宙速度
1.物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度叫第一宇宙速度,其大小為(　　)
A.7.9 km/s B.11.2 km/s
C.16.7 km/s D.18.5 km/s
2.(多選)下列關(guān)于三種宇宙速度的說法正確的是 (　　)
A.人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度
B.火星探測衛(wèi)星的發(fā)射速度大于第三宇宙速度
C.第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛,成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度
D.第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度
題組二　解決天體運動的基本思路
3.(多選)如圖所示,運行軌道在同一平面內(nèi)的兩顆人造衛(wèi)星A、B,同方向繞地心做勻速圓周運動,此時刻A、B與地心恰在同一直線上且相距最近,已知A的周期為T,B的周期為T.下列說法正確的是 (　　)
A.A的線速度小于B的線速度
B.A的角速度小于B的角速度
C.A的重力小于B的重力
D.A的重力大于B的重力
4.(2024廣東肇慶檢測)2023年10月26日11時14分,“神舟十七號”載人飛船發(fā)射成功,10月26日17時46分,“神舟十七號”載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接.我國空間站在離地球表面高約400 km的軌道上運行,已知同步衛(wèi)星距離地球表面的高度約為36 000 km.下列說法正確的是(　　)
A.我國空間站的運行周期為24 h
B.我國空間站運行的角速度小于地球自轉(zhuǎn)的角速度
C.我國空間站運行的線速度比同步衛(wèi)星的線速度大
D.我國空間站的發(fā)射速度大于第二宇宙速度,小于第三宇宙速度
題組三　人造地球衛(wèi)星
5.(多選)某位同學(xué)設(shè)想了人造地球衛(wèi)星軌道(衛(wèi)星發(fā)動機關(guān)閉),其中可能的是(　　)
6.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由地球靜止軌道衛(wèi)星和其他衛(wèi)星組成,則地球靜止軌道衛(wèi)星(　　)
A.繞地球運行的軌道為橢圓
B.運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同
C.可靜止在南京上空
D.運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反
B組 關(guān)鍵能力提升練
7.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2M的行星做勻速圓周運動,下列說法正確的是(　　)
A.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.我國航天人發(fā)揚“兩彈一星”精神砥礪前行,從“東方紅一號”到“北斗”不斷創(chuàng)造奇跡.“北斗”第49顆衛(wèi)星的發(fā)射邁出組網(wǎng)的關(guān)鍵一步.該衛(wèi)星繞地球做圓周運動,運動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,軌道平面與地球赤道平面成一定夾角.該衛(wèi)星(　　)
A.運動速度大于第一宇宙速度
B.運動速度小于第一宇宙速度
C.軌道半徑大于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星
D.軌道半徑小于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星
9.(2024廣東惠州檢測)如圖所示,風(fēng)云1號是極地軌道衛(wèi)星,繞地球做勻速圓周運動的周期為12 h,風(fēng)云2號為地球靜止軌道衛(wèi)星,則下列說法正確的是 (　　)
A.風(fēng)云1號的加速度比風(fēng)云2號的加速度大
B.風(fēng)云2號的軌道半徑為風(fēng)云1號的兩倍
C.風(fēng)云1號的線速度為風(fēng)云2號的兩倍
D.風(fēng)云1號和風(fēng)云2號與地心的連線每秒掃過的面積相等
10.(2024廣東惠州檢測)據(jù)報道,“TRAPPIST-1恒星系統(tǒng)”由1顆紅矮星和7顆圍繞它運行的行星組成,若地球半徑為R,則行星的半徑如下表.據(jù)推測行星g和h的密度大致相同,若行星g的第一宇宙速度為v,則行星h的第一宇宙速度約為(　　)
行星 b c d e f g h
半徑 1.12R 1.10R 0.78R 0.91R 1.05R 1.15R 0.77R
A.0.5v B.0.7v
C.1.5v D.2.3v
11.已知火星半徑為R,質(zhì)量為M,自轉(zhuǎn)的周期為T,引力常量為G,火星和地球的距離為L,地球質(zhì)量為m0.
(1)求火星與地球間的萬有引力的大小;
(2)求火星的第一宇宙速度v1;
(3)若將來人類發(fā)射火星的同步衛(wèi)星,求火星同步衛(wèi)星的軌道半徑r.
C組 核心素養(yǎng)拔高練
12.一航天員站在某質(zhì)量分布均勻的星球表面上沿豎直方向以初速度v0拋出一個小球,測得小球經(jīng)時間t落回拋出點,已知該星球半徑為R,引力常量為G,求:
(1)該星球表面的重力加速度;
(2)該星球的密度;
(3)該星球的“第一宇宙速度”.
分層作業(yè)14　宇宙速度與航天
1.A
2.CD　解析 根據(jù)v=可知,衛(wèi)星的軌道半徑r越大,即距離地面越遠,衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小,第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度,選項D正確;由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑,故衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度都小于第一宇宙速度,選項A錯誤;火星探測衛(wèi)星仍在太陽系內(nèi),所以其發(fā)射速度小于第三宇宙速度,選項B錯誤;第二宇宙速度是在地面附近使物體掙脫地球束縛而成為太陽的一顆人造行星的最小發(fā)射速度,選項C正確.
3.AB　解析 根據(jù)萬有引力提供向心力可得G=m=mω2r,解得v=,ω=,即軌道半徑越大,線速度、角速度就越小,所以衛(wèi)星A的線速度和角速度都較小,故A、B正確;由于不知道衛(wèi)星A、B的質(zhì)量關(guān)系,所以無法判斷兩顆衛(wèi)星的重力大小關(guān)系,故C、D錯誤.
4.C　解析 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,由萬有引力提供向心力可得=mr=mω2r=m,可知T=,ω=,v=,由于空間站的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑,則空間站的運行周期小于24 h;空間站的角速度大于同步衛(wèi)星的角速度,即大于地球自轉(zhuǎn)角速度;空間站的線速度大于地球同步衛(wèi)星的線速度,故A、B錯誤,C正確.空間站的發(fā)射速度大于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度,故D錯誤.
5.ABC　解析 人造地球衛(wèi)星靠萬有引力提供向心力,做勻速圓周運動,萬有引力的方向指向地心,所以圓周運動的圓心是地心,故選項A、B、C正確.
6.B　解析 地球靜止軌道衛(wèi)星運行軌道為位于地球赤道平面上圓形軌道,故A錯誤;地球靜止軌道衛(wèi)星運行周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間相等,即24小時,故B正確;地球靜止軌道衛(wèi)星靜止在赤道上空某處,南京不在赤道上,所以不可靜止在南京上空,故C錯誤;地球靜止軌道衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同,故D錯誤.
7.A　解析 根據(jù)衛(wèi)星運動的向心力由萬有引力提供,有G=ma=mr=mrω2=m,由a=,可知甲的向心加速度小于乙的向心加速度,故A正確;T=,由于甲的中心天體質(zhì)量小于乙的中心天體質(zhì)量,故甲的周期大于乙的周期,故B錯誤;ω=,由于甲的中心天體質(zhì)量小于乙的中心天體質(zhì)量,故甲的角速度小于乙的角速度,故C錯誤;v=,由于甲的中心天體質(zhì)量小于乙的中心天體質(zhì)量,故甲的線速度小于乙的線速度,故D錯誤.
8.B　解析 第一宇宙速度是指繞地球表面做圓周運動的速度,是環(huán)繞地球做圓周運動的所有衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度,該衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)半徑遠大于地球的半徑,可知運行線速度小于第一宇宙速度,A錯誤,B正確;根據(jù)G=mr可知,r=,因為該衛(wèi)星的運動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,等于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星的周期,可知該衛(wèi)星的軌道半徑等于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星的軌道半徑,C、D錯誤.
9.A　解析 由T=2π可知,風(fēng)云1號的軌道半徑小,則由a=可知,風(fēng)云1號的加速度比風(fēng)云2號的加速度大,A正確;由開普勒第三定律可知,故B錯誤;由v=可知,,故C錯誤;由開普勒第二定律可知,風(fēng)云1號與地心的連線在每秒內(nèi)掃過的面積相等,風(fēng)云2號與地心的連線在每秒內(nèi)掃過的面積相等,但前后兩者不相等,D錯誤.
10.B　解析 設(shè)行星的半徑為R',在行星表面有=mg',可得行星的質(zhì)量為M=,行星的體積為V=πR'3,可得行星的密度為ρ=.由于行星g和h的密度大致相同,可得星h和g表面的重力加速度之比為,根據(jù)萬有引力提供向心力有G=m,可得行星的第一宇宙速度為v1=,即行星h和g的第一宇宙速度之比為≈0.7,其中行星g的第一宇宙速度為v,則行星h的第一宇宙速度約為vh1=0.7v,故選B.
11.解析 (1)根據(jù)萬有引力定律,火星與地球間的萬有引力的大小為F引=G.
(2)火星的第一宇宙速度即火星表面軌道衛(wèi)星運行的線速度,設(shè)該衛(wèi)星質(zhì)量為m,則有=m
解得火星的第一宇宙速度為v1=.
(3)火星同步衛(wèi)星的周期與火星自轉(zhuǎn)的周期相等,則有=mr
解得火星同步衛(wèi)星的軌道半徑為r=.
答案 (1)G　(2)　(3)
12.解析 (1)根據(jù)豎直上拋運動規(guī)律可知,小球運動時間t=
可得星球表面重力加速度g=.
(2)星球表面的小球所受重力等于星球?qū)π∏虻娜f有引力,設(shè)小球質(zhì)量為m,則有mg=
得M=
因為V=
則有ρ=.
(3)重力提供向心力,故mg=m
該星球的“第一宇宙速度”v=.
答案 (1)　(2)　(3)
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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