高中物理粤教版(2019)必修第二册《3宇宙速度与航天》训练题

粤教版(2019)必修第二册《3.4宇宙速度与航天》训练题(4)一、单选题（本大题共14小题，共56.0分）1. 下列说法正确的是(    )A.第一宇宙速度是人造卫星环绕地球运动的速度B.第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度C.如果需要，地球同步通讯卫星可以定点在地球上空的任何一点D.地球同步通讯卫星的轨道可以是圆的也可以是椭圆的E.环绕地球运转的人造地球卫星，轨道半径越大，速度越大，周期越短2. 2016年2月11日，科学家宣布“激光干涉引力波天文台(LIGO)”探测到由两个黑洞合并产生的引力波信号，这是在爱因斯坦提出引力波概念100周年后，引力波被首次直接观测到．在两个黑洞合并过程中，由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统．如图所示，黑洞A、B可视为质点，它们围绕连线上O点做匀速圆周运动，且AO大于BO，不考虑其他天体的影响．下列说法正确的是(    )A.黑洞A的向心力大于B的向心力B.黑洞A的质量大于B的质量C.黑洞A的线速度大于B的线速度D.两黑洞之间的距离越大，A的周期越小3. 两点电荷之间的库仑力和物体间的万有引力都与物体间距离的二次方成反比，两者之间具有很大的相似性，如图所示，带电粒子A、B带异种电荷，两粒子仅在彼此间的库仑力作用下绕连线上某点O做匀速圆周运动。下列关于两电荷说法正确的是(    )A.运动半径与质量成反比 B.运动半径与电荷量成正比C.角速度与质量成反比 D.线速度与电荷量成正比4. 2013年12月2日，嫦娥三号探测器由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘察．假设嫦娥三号在环月圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引力．则(    )A.若已知嫦娥三号环月圆轨道的半径、运动周期和引力常量，则可以计算出月球的密度B.嫦娥三号由环月圆轨道变轨进入环月椭圆轨道时，应让发动机点火使其加速C.嫦娥三号在环月椭圆轨道上P点的速度大于Q点的速度D.嫦娥三号在环月圆轨道上的运行速率比月球的第一宇宙速度小5. 人造地球卫星的轨道半径越大，则(    )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. 有两根长度不同的轻质细线下面分别悬挂小球a、b，细线上端固定在同一点，若两个小球绕同一竖直轴在水平面内做匀速圆周运动，相对位置关系分别如图所示，则两个摆球在运动过程中，小球a的角速度比小球b的角速度小的是(    )A. B.C. D.7. 一人造地球卫星在某轨道上绕地球做匀速圆周运动，现其轨道半径增大为原来的3倍，其他条件不变，仍绕地球做匀速圆周运动，则(    )A.根据T=2πRv，可知卫星运动的周期将增大为原来的B.根据ω=vRC.根据F=mvD.根据F=GMmR2和8. 如图所示，A是地球的同步卫星，B是地球的近地卫星，C是地面上的物体，均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动。设A、B与地心连线在单位时间内扫过的面积分别为SA、SB，周期分别为TA、TB、TC，A、B、C做圆周运动的速度分别为vA、vB、vC，地球对A、B、C的万有引力FA、FB、FCA.SA=SB B.TA=9. 北斗卫星导航系统第三颗组网卫星(简称“三号卫星”)的工作轨道为地球同步轨道，设地球半径为R，“三号卫星”的离地高度为h，则关于地球赤道上静止的物体、地球近地环绕卫星和“三号卫星”的有关物理量，下列说法中正确的是(    )A.赤道上物体与“三号卫星”的线速度之比为vB.近地卫星与“三号卫星”的角速度之比为ωC.近地卫星与“三号卫星”的周期之比为TD.赤道上物体与“三号卫星”的向心加速度之比为a10. 疫情过后欢送贵州医务人员返回，飞机在十堰市武当山机场平稳起飞，很快转入自动驾驶状态，作为一个物理爱好者夜空中杨春机长无意想起几个物理问题，飞机和东方红卫星现在都在天上飞，如下这些想法中正确的是(    )A.民航飞机上乘客受地球的重力是零B.人造卫星内的设备受地球万有引力为零，因此处于失重状态C.飞机在空中水平匀速航行时不需要耗用燃料提供的动力D.东方红卫星做匀速圆周运动时不需要耗用燃料提供的动力11. 2013年12月2日，我国探月卫星“嫦娥三号”在西昌卫星发射中心成功发射升空，飞行轨道示意图如图所示．“嫦娥三号”从地面发射后奔向月球，先在轨道Ⅰ上运行，在P点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，Q为轨道Ⅱ上的近月点，则有关“嫦娥三号”下列说法正确的是(

)A.由于轨道Ⅱ与轨道Ⅰ都是绕月球运行，因此“嫦娥三号”在两轨道上运行具有相同的周期B.“嫦娥三号”从P到Q的过程中月球的万有引力做正功，速率不断增大C.由于“嫦娥三号”在轨道Ⅱ上经过P的速度小于在轨道Ⅰ上经过P的速度，因此在轨道Ⅱ上经过P的加速度也小于在轨道Ⅰ上经过P的加速度D.由于均绕月球运行，“嫦娥三号”在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上具有相同的机械能12. 我国的“慧眼”硬X射线调制望远镜(简称HXMT)卫星是国际上唯一同时具有大探测器面积、高时间精度且完整监测引力波爆发过程的高能探测器，卫星总质量是2500kg，卫星轨道高550km，倾角43°，设计寿命4年。该卫星运行仅受到地球引力和稀薄空气阻力的作用下会缓慢变轨，原匀速圆周运动的“慧眼”卫星将出现(    )A.机械能变大 B.万有引力不变 C.运行周期变小 D.运行倾角变大13. 下列说法中正确的是(    )A.两个质子间，不管距离如何，核力总是大于库仑力B.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同C.除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力D. 1532P14. 如图所示，两颗卫星围绕着质量为M的中心星体做匀速圆周运动．若两颗卫星和中心星体始终在同一直线上，两颗卫星间的作用及其他星体对两颗卫星的作用均忽略不计，则下列判断正确的是(    )A.两颗卫星的轨道半径相等 B.两颗卫星的向心加速度相同C.两颗卫星的向心力大小相等 D.两颗卫星的动能相等二、计算题（本大题共3小题，共30.0分）15. 一宇宙飞船绕质量为M的行星做匀速圆周运动，运动的轨道半径为r，已知引力常量为G，行星的半径为R.求：(1)飞船绕行星做圆周运动的线速度v；(2)飞船绕行星做圆周运动的周期T；(3)行星表面的重力加速度g。16. 有一个星球大小与地球相同，密度为地球密度的两倍，某人到该星球上去，地球表面重力加速度取10m/s2(1)该星球表面处重力加速度为多少？(2)若此人在地球上可竖直向上跳1.5m高，他在该星球上用相同初速度可竖直向上跳多高？17. 2009年至2015年，中国将进入嫦娥二期工程，届时将进行两到三次的软着陆巡视勘察，其中2012年向月面发射一个软着陆器的计划已经基本确定，按照这一计划软着陆器将携带载有摄像机和多种探测仪器的月球车，在月球表面巡视勘查，为建立月球基地收集基本数据资料．为了实现这一计划，先要登月飞船从距月面一定距离的高轨道变到靠近月球表面低轨道．假设有一登月飞船以某一速度绕月球做匀速圆周运动，已知该飞船质量为m，已知该飞船距月球表面的高度为h.该飞船在距月球表面h高处的A点短促地向前喷气，喷出气体相对飞船的速度为u，经过一段时间后飞船运动到靠近月球表面的B点，A、B两点的连线过月球球心．已知飞船在A、B两点的速度与飞船到月心距离的乘积为定值．已知月球半径为R，已知月球表面的重力加速度为g，已知登月飞船在月球上空的万有引力势能为Ep=mgR(1)飞船在距月球表面h高度处做匀速圆周运动时的线速度．(2)飞船在A点喷出气体的质量是多少．三、综合题（本大题共1小题，共12.0分）18. 在如图所示的圆锥摆中，已知绳子长度为L，绳子转动过程中与竖直方向的夹角为θ，求小球做匀速圆周运动的周期．

【答案与解析】1.答案：B解析：解：A、第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，而人造卫星环绕地球运动的速度随着半径增大而减小，故A错误；B、第一宇宙速度是人造卫星运动轨道半径为地球半径所对应的速度，故B正确；C、地球同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等，故C错误；D、地球同步轨道卫星，又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，轨道一定是圆，故D错误；E、根据引力提供向心力，GMmr2=m故选：B．地球同步卫星即地球同步轨道卫星，又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，星距离地球的高度约为36000 km，卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等，卫星在轨道上的绕行速度约为3.1公里/秒，其运行角速度等于地球自转的角速度．由万有引力提供向心力解得卫星做圆周运动的线速度表达式，判断速度与轨道半径的关系可得，第一宇宙速度是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，轨道半径最小，线速度最大．注意第一宇宙速度有三种说法：①它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，②它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度，③它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度．该题主要考查了地球同步卫星的相关知识点，有四个“定”：定轨道、定高度、定速度、定周期，难度不大，属于基础题．2.答案：C解析：解：A、双星靠相互间的万有引力提供向心力，根据牛顿第三定律可知，A对B的作用力与B对A的作用力大小相等，方向相反，则黑洞A的向心力等于B的向心力，故A错误；B、双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度，根据F=mω2r知F、ω相等，AO大于BO，所以AC、A的半径比较大，根据v=ωr可知，黑洞A的线速度大于B的线速度．故C正确．D、双星靠相互间的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得：对A有：GmA对B有：GmA又：rA+rB=L，并由mB+mA故选：C双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度和周期．根据万有引力定律和向心力公式求解，注意其中的A、B距离和各自轨道半径的关系．该题是双星问题，是万有引力定律在天体中的应用，解决该题关键要知道双星系统的角速度是相等的，以及掌握万有引力定律和向心力公式．3.答案：A解析：解：ABC、两异种点电荷能绕圆心各自做匀速圆周运动，它们的角速度相同，对于质量m1即kq由上式得r1r2=mD、根据v=rω得它们的线速度与质量成反比，故D错误；故选：A。两异种点电荷能绕圆心各自做匀速圆周运动，它们的角速度相同，其向心力是由它们间的库仑力提供，列出等式求解。解决问题时要把握好问题的切入点。本题中两电荷做圆周运动的向心力相同，角速度相等就是题目的切入点，本题两点电荷的运动情形与天体中的双星问题类似。虽然由库仑力提供向心力，但值得注意的是库仑力的间距与它们做圆周运动的半径不是相等的。4.答案：D解析：解：A、根据万有引力提供向心力GMmr2=m4B、嫦娥三号在环月段圆轨道上P点减速，使万有引力大于向心力做近心运动，才能进入环月段椭圆轨道。故B错误；C、嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点向Q点运动中，距离月球越来越近，月球对其引力做正功，故速度增大，即嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点的速度小于Q点的速度，故C错误；D、卫星越高越慢，第一宇宙速度是星球表面近地卫星的环绕速度，故嫦娥三号在环月圆轨道上的运行速率比月球的第一宇宙速度小，故D正确。故选：D。已知嫦娥三号环月段圆轨道的半径、运动周期和引力常量，根据万有引力提供向心力，可以解出月球的质量，但是不知道的月球的半径，无法计算出月球的密度；根据卫星变轨原理分析轨道变化时卫星是加速还是减速．本题要掌握卫星的变轨原理，嫦娥三号在环月段圆轨道上做圆周运动万有引力等于向心力，要进入环月段椭圆轨道需要做近心运动，使得在P点所受万有引力大于圆周运动向心力，因为同在P点万有引力不变，故嫦娥三号只有通过减速减小向心力而做近心运动进入椭圆轨道．5.答案：C解析：解：人造卫星绕地球做圆周运动，根据万有引力提供向心力列出等式，GMmv=GMT=2πrω=GMa=GMr2，轨道半径越大，加速度越小，故ABD故选：C。根据万有引力提供向心力，得出线速度、角速度、周期、加速度与轨道半径的关系，再进行分析．解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一思路，知道轨道半径变化时，加速度、角速度、线速度、周期都发生了变化．6.答案：C解析：小球做匀速圆周运动，靠拉力和重力的合力提供向心力，结合牛顿第二定律求出角速度的表达式分析即可．解决本题的关键知道小球做匀速圆周运动向心力的来源，结合牛顿第二定律进行求解，本题关键要得出角速度与Lcosθ的关系式．取其中一个小球分析，受力如图所示：小球做匀速圆周运动，mgtanθ=mω解得：ω=g则Lcosθ(小球与悬挂点的高度差)越小，角速度越大，故ABD错误，C正确；故选：C。7.答案：D解析：解：宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设宇宙飞船的质量为m、地球质量为M，A、根据GMmr2=m4π2rTB、根据GMmr2=mω2r可得：ω=C、由向心力等于万有引力F=GMmr2，轨道半径增大到原来的3倍时，向心力减为原来的1D、由GMmr2=mv2r，解得：v=故选：D。根据卫星做匀速圆周运动时万有引力提供向心力公式表示出速率和角速度，可知轨道半径变化时，速度和角速度都要变化，根据控制变量法判断的方法判断速度和力的变化。本题主要考查了万有引力提供向心力公式的直接应用，难度不大，属于基础题。8.答案：C解析：解：A、由开普勒第二定律可知，对于同一卫星与地球连线在相等时间内扫过的面积相等，由于A、B不是同一卫星，所以SA≠SB、对于卫星A、B，由开普勒第三定律r3T2=k，知TA>TB，C、对于卫星A、B，由v=GMr分析知vA<vB.对于A、C，角速度相等，由v=ωrD、由于质量关系未知，所以不能确定万有引力的大小，故D错误。故选：C。对于卫星A、B，根据开普勒第二定律分析SA与SB的关系，由开普勒第三定律分析TA与TB的关系，由v=GMr分析vA与v本题考查了万有引力定律的应用，解决本题的关键是掌握开普勒第二定律、开普勒第三定律、卫星的线速度公式，并灵活应用。9.答案：C解析：解：A、由于三号星为同步卫星，故其周期与地球自转周期相同，根据v=2πrT，所以赤道上物体与“三号卫星”的线速度之比为v1B、由万有引力提供向心力的周期表达式可得：GMmω=GM所以近地卫星与“三号卫星”的角速度之比为ω2ω3C、T=2πr3GM，所以近地卫星与“三号卫星”的周期之比为TD、由于三号星为同步卫星，故其周期与地球自转周期相同，根据a=4π2T2故选：C。由于3号星为同步卫星，故其周期与地球自转周期相同，而近地卫星的轨道可认为是地球的半径，根据万有引力提供向心力可分析3号星与近地卫星的周期，角速度等的关系．本题重点是抓住同步卫星的特征，其轨道是固定的，且周期等于地球自转周期．同步卫星有四个“定”：定轨道、定高度、定速度、定周期．本题难度不大，属于基础题．10.答案：D解析：解：A、民航飞机上乘客仍受到地球的重力，故A错误；B、人造卫星内的设备仍受地球的万有引力，且由万有引力提供向心力，处于失重状态，故B错误；C、飞机在空中匀速飞行需要耗用燃料提供的动力，故C错误；D、人造卫星做匀速圆周运动靠地球的万有引力提供向心力，不需要耗用燃料提供动力，故D正确。故选：D。民航飞机上乘客、人造卫星内的设备都要受到地球的万有引力，人造卫星处于失重状态；东方红卫星做匀速圆周运动时，由地球的万有引力提供向心力。解决本题的关键要知道人造卫星做匀速圆周运动不是平衡状态，靠万有引力提供向心力，不需要耗用燃料提供动力。11.答案：B解析：试题分析：根据开普勒行星运动第三定律可知，在轨道Ⅱ与轨道Ⅰ绕月球运行时，由于轨道的半长轴不同，故周期不同，选项A错误；“嫦娥三号”从P到Q的过程中月球的万有引力做正功，动能增大，则速率不断增大，选项B正确；根据可知，“嫦娥三号”在轨道Ⅱ上经过P的加速度等于在轨道Ⅰ上经过P的加速度，选项C错误；“嫦娥三号”在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能，选项D错误；故选B．考点：万有引力定律的应用12.答案：C解析：解：AB、卫星运行仅受到地球引力和稀薄空气阻力的作用下会缓慢变轨，万有引力随着距离的减小会变大；空气阻力做负功，机械能变小；故AB错误；C、根据万有引力提供向心力可知：GMmr2=m4D、“慧眼”卫星在新轨道上运行，运行倾角不变，故D错误。故选：C。万有引力提供圆周运动的向心力，卫星由于摩擦阻力作用，轨道高度将降低，运行周期变大，万有引力变大；空气阻力做负功，机械能减小。本题考查了万有引力定律及其应用，解题的关键是理解空气阻力的作用，使卫星向低轨道变轨，机械能减小。13.答案：D解析：解：A、核力是短程力，超过一定距离，核力急剧下降几乎消失，A错误；B、同一种元素的原子核应有相同的质子数，中子数可以不同，B错误；C、两个中子之间除万有引力外，距离小于一定范围，还存在强相互作用力，C错误；D、 1532P故选：D正确解答本题要掌握：核力特点以及核力性质；原子核包括中子和质子；同一种元素具有相同的质子数；同时注意掌握同位素的应用．本题考查了原子物理中的基础知识，要注意理解原子核的组成，并掌握核力是短程力．14.答案：A解析：解：A、由“两颗卫星和中心星体始终在同一直线上”得知两颗卫星的角速度ω相等，根据GMmr2=mωB、由a=ω2r得向心加速度大小aC、由万有引力提供向心力即F向=GMmr2知，FD、根据GMmr2=mv2r故选：A“两颗卫星和中心星体始终在同一直线上”得知两颗卫星的角速度ω相等，根据万有引力提供向心力角速度公式求出半径，根据a=ω本题主要考查了万有引力提供向心力公式得直接应用，抓住“两颗卫星和中心星体始终在同一直线上”得知两颗卫星的角速度ω相等求解，特别注意向心加速度是矢量，有方向，难度适中．15.答案：解：(1)绕行星运动的宇宙飞船：G解得：v=(2)绕行星运动的宇宙飞船：T=解得：T=2π(3)在行星表面：G解得：g=答：(1)飞船绕行星做圆周运动的线速度是GMr(2)飞船绕行星做圆周运动的周期是2πr(3)行星表面的重力加速度是GMR解析：(1)根据万有引力等于向心力，可列式求解；(2)根据星球表面重力等于万有引力，可列式求解；(3)根据在星球表面，万有引力等与向心力，列式求解。