2024-2025学年高中物理课时作业11飞向太空含解析粤教版必修2

PAGE6-课时分层作业(十一)(时间：40分钟分值：100分)[基础达标练]一、选择题(本题共6小题，每小题6分)1．宇宙飞船在绕地球运行时，宇航员出舱工作，若宇航员释放一探测仪器，则该仪器将()A．接着和飞船一起沿轨道运行B．做平抛运动，落向地球C．由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动D．做自由落体运动，落向地球A[由于探测仪器与宇宙飞船具有相同的速度，仪器受到地球的万有引力全部供应其做圆周运动的向心力，状况与飞船的相同，故探测仪器仍沿原轨道与飞船一起做圆周运动，A对，B、C、D错．]2．下列关于我国放射的“亚洲一号”地球同步通信卫星的说法，正确的是()A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行D．它运行的角速度与地球自转角速度相同D[由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得r＝eq\f(GM,v2)，可知轨道半径与卫星质量无关，A错；同步卫星的轨道平面必需与赤道平面重合，即在赤道上空运行，不能在北京上空运行，B错；第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而同步卫星在高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C错；所谓“同步”就是卫星保持与赤道上某一点相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，D对．]3．在地球大气层外有许多太空垃圾绕地球做匀速圆周运动，每到太阳活动期，由于受太阳的影响，地球大气层的厚度起先增加，而使得部分垃圾进入大气层，起先做靠近地球的近心运动．产生这一结果的缘由是()A．由于太空垃圾受到地球引力减小而导致的近心运动B．由于太空垃圾受到地球引力增大而导致的近心运动C．由于太空垃圾受到空气阻力而导致的近心运动D．地球引力供应了太空垃圾做匀速圆周运动所需的向心力，故做近心运动，与空气阻力无关C[由于空气阻力的作用，太空垃圾的速度削减，须要的向心力减小，使万有引力大于向心力，太空垃圾做近心运动，C正确．]4．在圆轨道上运动的国际空间站里，一宇航员A静止(相对空间舱)“站”在舱内朝向地球一侧的“地面”B上，如图，下列说法正确的是()A．宇航员不受地球引力作用B．宇航员受到地球的引力、“地面”对他的支持力和重力三个力的作用C．宇航员与“地面”之间无弹力作用D．若宇航员将手中一小球无初速度(相对空间舱)释放，该小球将落到“地面”上C[宇航员站在国际空间站里，只受地球对他的引力作用，对“地面”无压力，A、B错误，C正确；若宇航员将手中小球无初速度释放，小球将绕地球做匀速圆周运动，D错误．]5．(多选)美国和俄罗斯的两颗卫星曾经在西伯利亚上空相撞，碰撞点比相对地球静止的国际空间站高393km.则()A．在碰撞点高度运行的卫星的周期比国际空间站的周期大B．在碰撞点高度运行的卫星的向心加速度比国际空间站的向心加速度小C．在与空间站相同轨道上运行的卫星一旦加速，将有可能与空间站相撞D．若放射一颗在碰撞点高度处运行的卫星，放射速度至少为11.2km/sAB[在碰撞点的高度运行的卫星轨道半径大，由Geq\f(Mm,r2)＝mr·(eq\f(2π,T))2，即T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))知它的周期比国际空间站的周期大，A对．同理，由Geq\f(Mm,r2)＝ma，即a＝eq\f(GM,r2)知它的向心加速度比国际空间站的小，B对．在与空间站同一轨道上的卫星一旦加速，就会做离心运动，到更高的轨道上去，所以不行能与空间站相撞，C错．放射速度至少为11.2km/s时，卫星会脱离地球引力的束缚，不会再绕地球运行，D错．]6．(多选)设地面旁边重力加速度为g0，地球半径为R0，人造地球卫星圆形轨道半径为R，那么以下说法中正确的是()A．卫星在轨道上向心加速度大小为eq\f(g0R\o\al(2,0),R2)B．卫星运行的速度大小为eq\r(\f(R\o\al(2,0)g0,R))C．卫星运行的角速度大小为eq\r(\f(R3,R\o\al(2,0)g0))D．卫星运行的周期为2πeq\r(\f(R3,R\o\al(2,0)g0))ABD[由Geq\f(Mm,R2)＝ma，得a＝Geq\f(M,R2)，又g0＝eq\f(GM,R\o\al(2,0))，故a＝eq\f(g0R\o\al(2,0),R2)，A对．又a＝eq\f(v2,R)，v＝eq\r(aR)＝eq\r(\f(R\o\al(2,0)g0,R))，B对．ω＝eq\r(\f(a,R))＝eq\r(\f(g0R\o\al(2,0),R3))，C错．T＝eq\f(2π,ω)＝2πeq\r(\f(R3,g0R\o\al(2,0)))，D对．]二、非选择题(14分)7．2024年9月15日，美国“卡尼西”号探测器坠入土星大气层，结束了自己长达19年的工作．若“卡西尼”号探测器在半径为R的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行，环绕n周飞行时间为t，已知引力常量为G，则土星的质量为____________，平均密度为____________．[解析]设“卡西尼”号探测器的质量为m，土星的质量为M，“卡西尼”号探测器围绕土星的中心做匀速圆周运动，其向心力由万有引力供应，Geq\f(Mm,R＋h2)＝m(R＋h)(eq\f(2π,T))2，其中T＝eq\f(t,n)，解得M＝eq\f(4π2n2R＋h3,Gt2).又土星体积V＝eq\f(4,3)πR3，所以ρ＝eq\f(M,V)＝eq\f(3πn2R＋h3,Gt2R3).[答案]eq\f(4π2n2R＋h3,Gt2)eq\f(3πn2R＋h3,Gt2R3)[实力提升练]一、选择题(本题共4小题，每小题7分)1．宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可实行的方法是()A．飞船加速直到追上空间站，完成对接B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D．无论飞船实行何种措施，均不能与空间站对接B[由于宇宙飞船做圆周运动的向心力是地球对其施加的万有引力，由牛顿其次定律有eq\f(GMm,R2)＝meq\f(v2,R)，得v＝eq\r(\f(GM,R))，想追上同轨道上的空间站，干脆加速会导致飞船轨道半径增大，由上式知飞船在一个新轨道上运行时速度比空间站的速度小，无法对接，故A错；飞船若先减速，它的轨道半径减小，但速度增大了，故在低轨道上飞船可接近或超过空间站，如图所示．当飞船运动到合适的位置后再加速，则其轨道半径增大，同时速度减小，当刚好运动到空间站所在轨道时停止加速，则飞船的速度刚好等于空间站的速度，可完成对接；若飞船先加速到一个较高轨道，其速度小于空间站速度，此时空间站比飞船运动快，当二者相对运动一周后，使飞船减速，轨道半径减小又使飞船速度增大，仍可追上空间站，但这种方法易造成飞船与空间站碰撞，不是最好的方法，且空间站追飞船不合题意，综上所述，方法应选B.]2．我国胜利放射的“神舟七号”载人飞船，随后航天员圆满完成了太空出舱任务并释放了伴飞小卫星．若小卫星和飞船在同一圆轨道上，相隔一段距离，一前一后沿同一方向绕行，下列说法正确的是()A．由飞船的轨道半径、周期和引力常量，可以算出飞船质量B．小卫星和飞船的加速度大小相等C．航天员在飞船表面进行太空闲逛时，对表面的压力等于航天员的重力D．飞船只需向后喷出气体，就可以和小卫星对接B[由飞船的轨道半径、周期和引力常量只能算出中心天体的质量，即地球的质量，A错；因为飞船和小卫星的轨道半径一样，所以它们的加速度一样，B对；宇航员处于失重状态，他和飞船表面的作用力应小于自身重力，C错；飞船向后喷气后，速度增大，将做离心运动，不行能与小卫星对接，D错．]3.北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能．“北斗”系统中两颗工作卫星均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径均为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置(如图所示)．若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R(r＞R)，不计卫星间的相互作用力，则()A．这两颗卫星的加速度大小相等，大小均为gB．卫星1由位置A运动至位置B所需的时间为eq\f(πr,3R)eq\r(\f(r,g))C．卫星1向后喷气就肯定能追上卫星2D．卫星1中的仪器因不受重力而处于完全失重状态B[在地面处mg＝eq\f(GMm,R2)，g＝eq\f(GM,R2)，轨道处的加速度a＝eq\f(GM,r2)，由于r＞R，故A错误；卫星1由位置A运动至位置B所需的时间t＝eq\f(1,6)T，而T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))＝eq\r(\f(4π2r3,gR2))＝2πeq\r(\f(r3,gR2))，所以t＝eq\f(πr,3R)eq\r(\f(r,g))，B正确；卫星1向后喷气加速，会变轨到高轨道，不会追上卫星2，故C错误；卫星1中的仪器处于完全失重状态，但仍受重力作用，D错误．]4．(多选)肩负着“落月”和“勘察”重任的“嫦娥三号”沿地月转移轨道直奔月球，如图所示，在距月球表面100km的P点进行第一次制动后被月球捕获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行，之后，卫星在P点又经过其次次“刹车制动”，进入距月球表面100km的圆形工作轨道Ⅱ，绕月球做匀速圆周运动，在经过P点时会再一次“刹车制动”进入近月点距月球表面15公里的椭圆轨道Ⅲ，然后择机在近月点下降进行软着陆，则下列说法正确的是()A．“嫦娥三号”在轨道Ⅰ上运动的周期最长B．“嫦娥三号”在轨道Ⅲ上运动的周期最长C．“嫦娥三号”经过P点时在轨道Ⅱ上运动的线速度最大D．“嫦娥三号”经过P点时，在三个轨道上的加速度相等AD[由于“嫦娥三号”在轨道Ⅰ上运动的半长轴大于在轨道Ⅱ上运动的半径，也大于轨道Ⅲ的半长轴，依据开普勒第三定律可知，“嫦娥三号”在各轨道上稳定运行时的周期关系为TⅠ＞TⅡ＞TⅢ，故A正确，B错误；“嫦娥三号”在由高轨道降到低轨道时，都要在P点进行“刹车制动”，所以经过P点时，在三个轨道上的线速度关系为vⅠ＞vⅡ＞vⅢ，所以C错误；由于“嫦娥三号”在P点时的加速度只与所受到的月球引力有关，故D正确．]二、非选择题(本题共2小题，共22分)5．(10分)设想着陆器完成了对月球表面的考察任务后，由月球表面回到围绕月球做圆周运动的轨道舱，其过程如图所示．设轨道舱的质量为m，月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，轨道舱到月球中心的距离为r，引力常量为G，试求：(1)月球的质量．(2)轨道舱的速度大小和周期．[解析](1)设月球的质量为M，则在月球表面Geq\f(Mm′,R2)＝m′g，得月球质量M＝geq\f(R2,G).(2)设轨道舱的速度为v，周期为T，则Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝Req\r(\f(g,r))Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r得T＝eq\f(2πr,R)eq\r(\f(r,g)).[答案](1)geq\f(R2,G)(2)Req\r(\f(g,r))eq\f(2πr,R)eq\r(\f(r,g))6．(12分)宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球．经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L.若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为eq\r(3)L.已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，