資源簡介 第七章 4課后知能作業基礎鞏固練1.物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度叫“第一宇宙速度”,已知地球的半徑R=6.4×106 m,地球表面重力加速度g=9.8 m/s2,則地球的第一宇宙速度大小約為( )A.7.9 m/s B.11.2 km/sC.16.7 km/s D.7.9 km/s解析:第一宇宙速度即為近地衛星的環繞速度,把近地人造衛星的軌道半徑近似等于地球半徑R,根據萬有引力提供向心力得G=m,地球表面處忽略地球自轉時有G=mg,解得v=,代入數據得v=7.9 km/s,故D正確,A、B、C錯誤。故選D。2.三種宇宙速度分別是7.9 km/s,11.2 km/s,16.7 km/s,則表明( )A.物體繞地球做勻速圓周運動的最小速度是7.9 km/sB.物體繞地球做勻速圓周運動的最小速度是11.2 km/sC.物體繞地球做勻速圓周運動的最大速度是7.9 km/sD.物體繞太陽轉動的最大速度是7.9 km/s解析:第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛星環繞地球做勻速圓周運動時的最大速度,故A錯誤,C正確;11.2 km/s是第二宇宙速度,即脫離地球的吸引而進入繞太陽運行的軌道的速度,故B錯誤;7.9 km/s是人造地球衛星環繞地球做勻速圓周運動時的最大速度,故D錯誤。故選C。3.已知月球質量與地球質量之比約為1∶80,月球半徑與地球半徑之比約為1∶4,則月球上的第一宇宙速度與地球上的第一宇宙速度之比最接近( )A.9∶2 B.2∶9C.18∶1 D.1∶18解析:第一宇宙速度是衛星環繞行星表面做勻速圓周運動的速度,根據萬有引力提供向心力,有G=m,則得第一宇宙速度v=,即v∝,設月球上的第一宇宙速度為v月,地球上的第一宇宙速度為v地,則===,接近2∶9,故A、C、D錯誤,B正確。故選B。4.“嫦娥五號”在月球表面釋放出“玉兔”號月球車開展探測工作,若該月球車在地球表面的重力為G1,在月球表面的重力為G2,已知地球半徑為R1,月球半徑為R2,地球的第一宇宙速度與月球的第一宇宙速度之比為( )A. B.C. D.解析:忽略星球自轉時,在星球表面的物體的重力等于萬有引力,則有=mg,由萬有引力提供近地衛星的向心力得=m,聯立解得星球的第一宇宙速度為v=,又有G=mg,地球的第一宇宙速度與月球的第一宇宙速度之比為=,故A、B、D錯誤,C正確。故選C。5.中國獨立研制的北斗衛星導航系統由MBO衛星、GEO衛星和IGSO衛星三種不同類型的衛星組成。如圖所示,已知MBO衛星的軌道半徑為r1,運行周期為T1,GEO衛星和IGSO衛星的軌道半徑均為r2,運行周期均為T2。則下列說法正確的是( )A.GEO衛星和IGSO衛星的線速度始終相同B.IGSO衛星運行半周的過程中,位移先增大后減小C.MBO衛星運行一周平均速度的大小為D.GEO衛星運行一周的平均速率為解析:由萬有引力提供向心力有=m,解得v=,GEO衛星和IGSO衛星的線速度大小相等、方向不同,故A錯誤;IGSO衛星運行半周的過程中,位移一直增大,故B錯誤;MBO衛星運行一周位移為零,則平均速度的大小為0,故C錯誤;根據平均速率的計算公式可知GEO衛星運行一周的平均速率為=,故D正確。故選D。6.2022年中國空間站將全面建成。建成后的中國空間站將支持大規模科學研究,并進一步探索人類如何在太空長期生存。假定空間站繞地球做勻速圓周運動,繞行周期約為90分鐘和周期為24小時的地球同步衛星相比( )A.空間站的軌道半徑小于同步衛星的軌道半徑B.空間站的加速度小于同步衛星的加速度C.空間站的線速度小于同步衛星的線速度D.空間站的角速度小于同步衛星的角速度解析:同步衛星的周期為24小時,則T同步>T空間站=90分鐘,由開普勒第三定律=k,可得r同步>r空間站,空間站的軌道半徑小于同步衛星的軌道半徑,故A正確;根據萬有引力提供向心力,可得G=ma,則加速度為a=,即空間站的加速度大于同步衛星的加速度,故B錯誤;根據萬有引力提供向心力,可得G=m,則線速度為v=,即空間站的線速度大于同步衛星的線速度,故C錯誤;根據萬有引力提供向心力,可得G=mrω2,則角速度為ω=,即空間站的角速度大于同步衛星的角速度,故D錯誤。故選A。能力提升練7.2023年4月16日,我國在酒泉衛星發射中心使用長征四號乙運載火箭成功將風云三號07星發射升空,衛星順利進入預定軌道。已知風云三號07星軌道距地面的高度小于地球同步衛星軌道距地面的高度。若風云三號07星和地球同步衛星在同一平面內繞地球做勻速圓周運動,則下列說法正確的是( )A.風云三號07星與地心的連線在單位時間內掃過的面積和地球同步衛星與地心的連線在單位時間內掃過的面積相等B.風云三號07星的角速度大于地球自轉的角速度C.風云三號07星的周期大于地球同步衛星的周期D.風云三號07星的發射速度小于第一宇宙速度解析:根據開普勒第二定律可知,風云三號07星與地心的連線在相等的時間內掃過的面積相等,同步衛星與地心的連線在相等的時間內掃過的面積相等,但前后兩者不相等,故A錯誤;風云三號07星萬有引力提供向心力,根據牛頓第二定律可得G=mω2r,可得ω=,可知軌道半徑越小,角速度越大,則風云三號07星的角速度大于地球同步衛星的運行角速度,而地球同步衛星的運行角速度等于地球自轉的角速度,故風云三號07星運行的角速度大于地球自轉的角速度,故B正確;根據周期的計算公式T=結合上述分析可知T=2π,可知軌道半徑越小,周期越小,則風云三號07星的運行周期小于地球同步衛星的運行周期,故C錯誤;第一宇宙速度為衛星的最小發射速度,故D錯誤。故選B。8.星辰大海,征途萬里!2023年5月30日,“神舟十六號”發射升空并完成對接,“天宮”空間站呈現6艙盛況。航天員在空間站一天內可以看到16次日出,這是因為空間站約90 min就會繞地球一周,每繞一周就會看到一次日出日落。空間站繞地球運行的軌道可視為圓軌道,下列說法正確的是( )A.空間站在軌道上的運行速率等于7.9 km/sB.空間站繞地球運行的速率小于同步衛星的運行速率C.空間站繞地球運行的角速度大于同步衛星的角速度D.空間站距離地面的高度大于同步衛星距離地面的高度解析:第一宇宙速度是環繞地球做圓周運動衛星的最大速度,空間站離地面是有幾百千米的,所以其在軌道上的運行速率應小于7.9 km/s,故A錯誤;空間站的周期為T= h=1.5 h,同步衛星的周期是24 h,根據萬有引力提供向心力,有=m,可得T=2π,可知空間站的軌道半徑小于同步衛星的軌道半徑,則空間站距離地面的高度小于同步衛星距離地面的高度,故D錯誤;根據萬有引力提供向心力=,解得v=,可知空間站繞地球運行的速率大于同步衛星的運行速率,故B錯誤;根據周期與角速度關系ω=,可知空間站繞地球運行的角速度大于同步衛星的角速度,故C正確。故選C。9.我國“天問一號”火星環繞器自從2021年2月10日到達火星,已經在火星“上崗”滿三年,成為我國探索火星的先驅者。如圖所示,若a為火星表面赤道上的物體,b為軌道在火星赤道平面內的氣象衛星,c為在赤道上空的火星同步衛星,衛星c和衛星b的軌道半徑之比為4∶1,且兩衛星的繞行方向相同,下列說法正確的是( )A.a、b、c的線速度大小關系為va<vb<vcB.a、b、c的角速度大小關系為ωa<ωb<ωcC.衛星c和衛星b繞火星運動的周期之比8∶1D.a、b、c的向心加速度大小關系為aa<ab<ac解析:火星同步衛星的角速度與火星自轉角速度相等,可知a與c的角速度大小相等,即ωa=ωc,根據v=ωr,由于衛星c的軌道半徑大于火星的半徑,可得va<vc,根據a=ω2r,由于衛星c的軌道半徑大于火星的半徑,可得aa<ac,對于衛星b與c,根據萬有引力提供向心力,得G=m=mω2r=ma,可得v=,ω=,a=,因衛星b的軌道半徑小于衛星c的軌道半徑,可得vb>vc,ωb>ωc,ab>ac,綜上,三者的線速度大小關系為va<vc<vb,角速度大小關系為ωb>ωa=ωc,向心加速度大小關系為aa<ac<ab,故ABD錯誤;對于衛星b與c,根據萬有引力提供向心力,得G=mr,解得T=2π。已知火星同步衛星c和衛星b的軌道半徑之比為4∶1,解得衛星c和衛星b的周期之比為=,故C正確。故選C。10.(多選)相關科研發現,近年地球的自轉速率呈現加快趨勢。這樣的極細微差別,盡管在人們的日常生活中無從體現,但卻會在通訊、電力、導航等領域產生重要影響。由于地球自轉加快引起的影響,下列描述正確的是( )A.地球同步衛星的高度要略調高一些B.地球的第一宇宙速度不變C.在豐城的物體重力減小,方向不變D.在北京的物體重力減小,方向改變解析:地球自轉加快,則自轉周期減小,則地球的同步衛星的周期減小,根據G=mr,可得T=2π,則同步衛星的軌道半徑減小,即地球同步衛星的高度要略調低一些,選項A錯誤;根據v=,可知,地球的第一宇宙速度不變,選項B正確;向心力和重力的合力為萬有引力,地球自轉加快所需向心力變大,萬有引力不變,所以豐城和北京的物體重力減小,則除極點外重力大小和方向都會變化,故C錯誤,D正確。故選BD。11.(多選)荷蘭“MarsOne”研究所推出了2023年讓志愿者登陸火星、建立人類聚居地的計劃。如果讓小球從火星上一定高度自由下落,測得它在第2 s內的位移是6 m,已知火星的半徑約為地球半徑的,地球表面的重力加速度g取10 m/s2,則( )A.該小球在前2 s內的平均速度是3 m/sB.火星表面的重力加速度為4 m/s2C.火星的第一宇宙速度約為地球第一宇宙速度的D.火星質量約為地球質量的解析:小球第2 s內的位移是6 m,有h2=g火×22-g火×12=6(m),解得火星表面重力加速度大小為g火=4 m/s2,可得該小球在前2 s內的平均速度是==g火t=×4×2 m/s=4 m/s,故A錯誤,B正確;根據第一宇宙速度定義,可得mg火=m,則火星第一宇宙速度v1====v地1,即火星第一宇宙速度約為地球第一宇宙速度的,故C正確;物體在星球表面受到的重力近似等于萬有引力,即mg=G,得M=,已知火星半徑約為地球半徑一半,地球表面重力加速度為10 m/s2,火星表面重力加速度為4 m/s2,則火星質量約為地球質量的,故D錯誤。故選BC。12.北京時間2022年11月30日7時33分,神舟十四號航天員乘組與神舟十五號航天員乘組在天和核心艙內順利會師,六名中國航天員在中國人自己的“太空家園”里留下了一張足以載入史冊的太空合影!已知天和核心艙在距地球表面高度為h的軌道上繞地球做勻速圓周運動,地球的半徑為R,地球表面的重力加速度為g,忽略其他天體的引力作用和地球自轉的影響。求:(1)天和核心艙繞地球做勻速圓周運動的周期T;(2)地球的第一宇宙速度v。答案:(1) (2)解析:(1)天和核心艙繞地球做勻速圓周運動,其軌道半徑為r=R+h根據萬有引力提供向心力,可得G=mr地球表面的重力加速度為g,忽略其他天體的引力作用和地球自轉的影響,可得G=mg即GM=gR2聯立解得T==。(2)設地球的第一宇宙速度為v,則m′g=m′解得v=。21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共60張PPT)第七章 萬有引力與宇宙航行4.宇宙航行核心素養 考試重點物理觀念 知道三種宇宙速度,會推導第一宇宙速度,知道近地衛星和同步衛星。 宇宙第一速度的理解和計算,宇宙第二速度和宇宙第三速度的理解,同步衛星問題。同步衛星、近地衛星、赤道上物體的比較。科學思維 由萬有引力提供向心力得出衛星環繞規律。科學探究 探究人造衛星運行規律。科學態度與責任 感悟萬有引力定律在衛星環繞問題中的應用,為我國的航天事業做出貢獻。探究點1 宇宙速度●新知導學情境:牛頓曾提出過一個著名的理想實驗:如圖所示,從高山上水平拋出一個物體,當拋出的速度足夠大時,物體將環繞地球運動,成為人造地球衛星。探究:(1)當拋出速度較小時,物體做什么運動?當物體剛好不落回地面時,物體做什么運動?當拋出速度非常大時,物體還能落回地球嗎?(2)已知地球的質量為m地,地球半徑為R,引力常量為G,若物體緊貼地面飛行而不落回地面,其速度大小為多少?(3)已知地球半徑R=6 400 km,地球表面的重力加速度g=10 m/s2,則物體環繞地球表面做圓周運動的速度多大??[提示][提示](1)當拋出速度較小時,物體做平拋運動。當物體剛好不落回地面時,物體做勻速圓周運動。當拋出速度非常大時,物體不能落回地球。●基礎梳理宇宙速度1.第一宇宙速度?[特別提醒][特別提醒]第一宇宙速度的其他三種叫法:最小發射速度、最大環繞速度、近地繞行速度。7.9 km/s2.第二宇宙速度當飛行器的速度等于或大于____________________時,它就會克服地球的引力,永遠離開地球。我們把____________________叫作第二宇宙速度。3.第三宇宙速度在地面附近發射飛行器,如果要使其掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系外,必須使它的速度等于或大于____________________,這個速度叫作第三宇宙速度。11.2 km/s11.2 km/s16.7 km/s圖解三個宇宙速度[判斷正誤](1)若物體的發射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度,則物體繞太陽運行。( )(2)人造衛星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于或等于7.9 km/s、小于11.2 km/s。( )(3)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射速度。( )(4)第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛星繞地球做圓周運動的最大運行速度。( )(5)若已知地球的半徑和地球表面的重力加速度,即可求出第一宇宙速度。( )√×√√√●重難解讀1.三個宇宙速度 數值 意義 說明第一宇宙速度(環繞速度) 7.9 km/s 物體在地球附近繞地球做勻速圓周運動的速度 7.9 km/s是衛星在地面附近的最小發射速度,也是衛星環繞地球做勻速圓周運動的最大速度,在地面附近發射速度7.9 km/s< v<11.2 km/s,衛星在橢圓軌道上繞地球運動 數值 意義 說明第二宇宙速度 11.2 km/s 物體掙脫地球引力的束縛,離開地球的最小發射速度 當11.2 km/s≤v<16.7 km/s時,衛星脫離地球引力的束縛,成為太陽系的一顆“小行星”第三宇宙速度 16.7 km/s 物體掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系以外的宇宙空間去的最小發射速度 當v≥16.7 km/s時,衛星脫離太陽的引力束縛,跑到太陽系以外的宇宙空間中去2.第一宇宙速度的兩種推導方法對于近地人造衛星,軌道半徑r近似等于地球半徑R=6 400 km,衛星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛星在地面上所受的重力,g取9.8 m/s2,則3.決定因素4.對發射速度和環繞速度的理解(1)“最小發射速度”:向高軌道發射衛星比向低軌道發射衛星困難,因為發射衛星要克服地球對它的引力。近地軌道是人造衛星的最低運行軌道,而近地軌道的最小發射速度就是第一宇宙速度,所以第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度。?[思考]類型:對宇宙速度的理解典題1:(多選)下列關于三種宇宙速度的說法正確的是( )A.第一宇宙速度v1=7.9 km/s,第二宇宙速度v2=11.2 km/s,則人造衛星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1,小于v2B.美國發射的“鳳凰號”火星探測衛星,其發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的束縛,成為繞太陽運行的人造小行星的最小發射速度D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛星環繞地球做圓周運動的最大運行速度思維點撥:理解三個宇宙速度的物理意義。?[規律方法][規律方法]地球三種宇宙速度的理解(1)三種宇宙速度均指在地球上的發射速度。(2)第一宇宙速度是衛星環繞地球做勻速圓周運動的最大速度,也是衛星的最小發射速度。(3)軌道半徑越大的衛星,其運行速度越小,但其地面發射速度越大。探究點2 人造地球衛星●新知導學情境:在地球的周圍,有許多的衛星在不同的軌道上繞地球轉動,如圖甲、乙。探究:(1)這些衛星運動所需的向心力都是由什么力提供的?這些衛星的軌道平面有什么特點?(2)這些衛星的線速度大小、角速度、周期跟什么因素有關呢??[提示][提示](1)衛星運動所需的向心力是由地球與衛星間的萬有引力提供的,故所有衛星的軌道平面都經過地心。●基礎梳理人造地球衛星1._____年10月4日,世界上第一顆人造地球衛星發射成功。_____年4月24日,我國第一顆人造地球衛星“東方紅1號”發射成功,為我國航天事業作出特殊貢獻的科學家_________被譽為“中國航天之父”。2.地球同步衛星的特點地球同步衛星位于_______上方高度約___________________處,因_______________,也稱靜止衛星。地球同步衛星與地球以_______的角速度轉動,周期與地球自轉周期_______。19571970錢學森赤道36 000 km相對地面靜止相同相同●重難解讀1.人造地球衛星(1)衛星的軌道平面可以在赤道平面內(如同步軌道),可以通過兩極上空(極地軌道),也可以和赤道平面成任意角度,如圖所示。(2)因為地球對衛星的萬有引力提供了衛星繞地球做圓周運動的向心力,所以地心必定是衛星圓軌道的圓心。2.近地衛星(2)7.9 km/s和85 min分別是人造地球衛星做勻速圓周運動的最大線速度和最小周期。3.極地衛星:軌道平面與赤道平面夾角為90°的人造地球衛星,運行時能到達南北極上空。4.地球同步衛星的特點見下表類型一:人造地球衛星典題2:a、b、c、d是在地球大氣層外的圓形軌道上運行的四顆人造衛星。其中a、c的軌道相交于P點,b、d在同一個圓軌道上,b、c軌道在同一平面上。某時刻四顆衛星的運行方向及位置如圖所示,下列說法中正確的是( )A.a、c的加速度大小相等,且大于b的加速度B.b、c的角速度大小相等,且小于a的角速度C.a、c的線速度大小相等,且小于d的線速度D.a、c存在P點相撞的危險思維點撥:利用萬有引力的公式找出半徑與圓周運動中其他物理量之間的關系。?[規律方法][規律方法]人造地球衛星的運動學特征跟蹤訓練2:(多選)三顆人造地球衛星A、B、C繞地球做勻速圓周運動,如圖所示,已知mA=mB<mC,則對于三顆衛星,正確的是( )A.運行線速度大小關系為vA>vB=vCB.運行角速度關系為ωA>ωB=ωCC.向心力大小關系為FA=FB<FC類型二:同步衛星、近地衛星、赤道上物體的比較典題3:如圖所示,a是靜止在地球赤道地面上的一個物體,b是與赤道共面的某近地衛星,c、d均為地球的衛星,其中d是地球的同步衛星,以下關于a、b、c、d四者的線速度、角速度、周期,以及向心加速度的大小關系正確的是( )A.va>vb>vc>vd B.ωa>ωb>ωc>ωdC.Tb>Td=Ta D.ab>ac>ad>aa思維點撥:利用萬有引力的公式找出半徑與圓周運動中其他物理量之間的關系。?[規律方法][規律方法]如圖所示,a為近地衛星,軌道半徑為r1;b為地球同步衛星,軌道半徑為r2;c為赤道上隨地球自轉的物體,軌道半徑為r3。跟蹤訓練3:地球可看作半徑為R的均勻球體,質量為m的物體在赤道處所受的重力大小為N1,由于地球自轉的影響,物體在北極處所受的重力大小為N2,引力常量為G,下列說法正確的是( )探究點3 載人航天與太空探索●新知導學情境:1.1961年4月12日,蘇聯航天員加加林乘坐東方一號載人飛船繞地球飛行一圈,歷時108 min,并安全返回地面,鑄就了人類首次進入太空的豐碑。2.1969年7月,美國阿波羅11號登上月球,美國航天員阿姆斯特朗走下飛船,踏上月面,在地外天體上留下了人類的第一個腳印。3.2003年10月15日,我國神舟五號飛船把我國第一位航天員楊利偉送入太空,標志著中國成為世界上能夠獨立開展載人航天活動的國家。4.2019年1月3日,嫦娥四號實現首次月球背面軟著陸與巡視探測。5.2020年12月1日,嫦娥五號月球取樣成功。6.2021年4月29日,天和核心艙成功發射。7.2021年5月15日,天問一號探測器著陸火星。探究:2014年10月,我國海南文昌航天發射場建設竣工,2016年6月首次投入使用。那么,我國為什么把最新的航天發射場建在海南?和其他三個內陸發射場相比,海南航天發射場有什么優勢??[提示][提示]海南是我國緯度最低的省份,把航天發射場建在海南有以下兩點優勢:(1)海南緯度低,發射火箭時可以充分利用地球自轉的能量,更節省燃料;(2)解決了以往由于火車道涵洞太窄而無法運送大直徑火箭的難題,海南臨海,可以通過海路運輸大直徑火箭。素養能力提升拓展整合 啟智培優課堂效果反饋內化知識 對點驗收1.(多選)如圖所示,a為地球赤道上的物體,隨地球表面一起轉動,b為近地軌道衛星,c為同步軌道衛星,d為高空探測衛星。若a、b、c、d繞地球轉動的方向相同,且均可視為勻速圓周運動。則( )A.a、b、c、d中,a的加速度最大B.a、b、c、d中,b的線速度最大C.a、b、c、d中,d的周期最大D.a、b、c、d中,d的角速度最大2.2023年12月27日,我國在酒泉衛星發射中心使用快舟一號甲運載火箭,采取一箭四星的方式成功將天目一號氣象星座19-22衛星發射升空。若天目一號衛星繞地球的運行可視為勻速圓周運動,其軌道離地高度h小于同步衛星的離地高度,地球的半徑為R,地球表面附近重力加速度大小為g,忽略地球的自轉,下列關于天目一號衛星的說法正確的是( )A.從發射到進入預定軌道整個過程均處于失重狀態D.進入預定軌道后的運行周期大于24小時3.如圖所示,在地面附近要發射一顆繞地球運行的衛星,發射速度( )A.v<7.9 km/sB.v=11.2 km/sC.7.9 km/s≤v<11.2 km/sD.11.2 km/s≤v<16.7 km/s解析:要發射一顆繞地球運行的衛星,發射速度既不能低于第一宇宙速度,否則無法發射;也不能超過第二宇宙速度,否則將會克服地球引力,永遠離開地球。故發射速度v的取值范圍為7.9 km/s≤v<11.2 km/s,故選C。4.(多選)CoRoT-7b行星與其主恒星相距太近,面對主恒星的一面溫度可達2 000 ℃,背對主恒星的一面溫度低至-200 ℃。已知該行星的半徑約為地球半徑的1.7倍,該行星的密度與地球密度近似相等,則( )A.該行星與地球的質量之比約為1 000∶4 913B.該行星與地球的第一宇宙速度之比約為17∶10C.該行星表面與地球表面的重力加速度之比約為17∶10D.該行星的近地衛星與地球的近地衛星周期之比約為17∶10 展開更多...... 收起↑ 資源列表 人教版高中物理必修第二冊第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行練習含答案(教師用).doc 人教版高中物理必修第二冊第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行課件.ppt 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫