《2019年高中物理 課下能力提升十二 第六章 第6節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性（含解析）新人教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019年高中物理 課下能力提升十二 第六章 第6節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性（含解析）新人教版必修2（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、衛(wèi)星的發(fā)射和運行 [基礎(chǔ)練] 一、選擇題 1．天文學(xué)家在太陽系外找到一個和地球尺寸大體相同的系外行星P，這個行星圍繞某恒星Q做勻速圓周運動。測得行星P的公轉(zhuǎn)周期為T，公轉(zhuǎn)軌道半徑為r。已知引力常量為G，則(　　) A．恒星Q的質(zhì)量約為 B．行星P的質(zhì)量約為 C．以7.9 km/s的速度從地球發(fā)射的探測器可以到達該行星表面 D．以11.2 km/s的速度從地球發(fā)射的探測器可以到達該行星表面 2．[多選]如圖所示，在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星首先進入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進入地球同步軌道Ⅱ，則(　　) A．該衛(wèi)星在P點的速度大于7.9 km/s，

2、小于11.2 km/s B．衛(wèi)星在同步軌道Ⅱ上的運行速度大于7.9 km/s C．在軌道Ⅰ上，衛(wèi)星在P點的速度大于在Q點的速度 D．衛(wèi)星在Q點通過加速實現(xiàn)由軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ 3．[多選]在發(fā)射一顆質(zhì)量為m的人造地球同步衛(wèi)星時，先將其發(fā)射到貼近地球表面運行的圓軌道Ⅰ上(離地面高度忽略不計)，再通過一橢圓軌道Ⅱ變軌后到達距地面高為h的預(yù)定圓軌道Ⅲ上。已知它在圓形軌道Ⅰ上運行的加速度為g，地球半徑為R，圖中PQ長約為8R，衛(wèi)星在變軌過程中質(zhì)量不變，則(　　) A．衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運行的加速度為()2g B．衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運行的線速度為v＝ C．衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運行時經(jīng)過P點的速率大于

3、在軌道Ⅱ上運行時經(jīng)過P點的速率 D．衛(wèi)星在軌道Ⅲ上的動能大于在軌道Ⅰ上的動能 4．(2016·宜春高一檢測)“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，“嫦娥三號”的飛行軌道示意圖如圖所示。假設(shè)“嫦娥三號”在環(huán)月段圓軌道和橢圓軌道上運動時，只受到月球的萬有引力，則以下說法正確的是(　　) A．若已知“嫦娥三號”環(huán)月段圓軌道的半徑、運動周期和引力常量，則可以計算出月球的密度 B．“嫦娥三號”由環(huán)月段圓軌道變軌進入環(huán)月段橢圓軌道時，應(yīng)讓發(fā)動機點火使其加速 C．“嫦娥三號”在從遠月點P向近月點Q運動的過程中，加速度變大 D．“嫦

4、娥三號”在環(huán)月段橢圓軌道上P點的速度大于Q點的速度 5．在航天員聶海勝的精準操控和張曉光、王亞平的密切配合下，“神舟十號”飛船與“天宮一號”目標飛行器成功實現(xiàn)手控交會對接。如果對接前飛船和飛行器在同一軌道上運行，飛船與前面飛行器對接，飛船為了追上飛行器，可采用的方法是(　　) A．飛船加速追上飛行器，完成對接 B．飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上飛行器完成對接 C．飛船加速至一個較低軌道再減速追上飛行器完成對接 D．無論飛船如何采取措施，均不能與飛行器對接 二、非選擇題 6．(2016·隆化月考)如圖所示，有A、B兩顆行星繞同一顆恒星M做勻速圓周運動，旋轉(zhuǎn)方向相同，A行

5、星的周期為T1，B行星的周期為T2，在某一時刻兩行星相距最近，則 (1)經(jīng)過多長時間，兩行星再次相距最近？ (2)經(jīng)過多長時間，兩行星第一次相距最遠？ [提能練] 一、選擇題 1．[多選](2016·豐城月考)在地球大氣層外有大量的太空垃圾。在太陽活動期，地球大氣會受太陽風(fēng)的影響而擴張，使一些原本在大氣層外繞地球飛行的太空垃圾被大氣包圍，從而逐漸降低軌道。大部分太空垃圾在落地前已經(jīng)燃燒成灰燼，但體積較大的太空垃圾仍會落到地面上，對人類造成危害。以下關(guān)于太空垃圾正確的說法是(　　) A．大氣的擴張使垃圾受到的萬有引力增大而導(dǎo)致軌道降低 B．太空垃圾在與大氣摩擦過程中機械能

6、不斷減小，進而導(dǎo)致軌道降低 C．太空垃圾在軌道緩慢降低的過程中，由于與大氣的摩擦，速度不斷減小 D．太空垃圾在軌道緩慢降低的過程中，向心加速度不斷增大而周期不斷減小 2．[多選]假設(shè)將來人類登上了火星，考察完畢后，乘坐一艘宇宙飛船從火星返回地球時，經(jīng)歷了如圖所示的變軌過程，則有關(guān)這艘飛船的下列說法正確的是(　　) A．飛船在軌道Ⅰ上經(jīng)過P點時的速度大于飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點時的速度 B．飛船在軌道Ⅱ上運動時，經(jīng)過P點時的速度大于經(jīng)過Q點時的速度 C．飛船在軌道Ⅲ上運動到P點時的加速度等于飛船在軌道Ⅱ上運動到P點時的加速度 D．飛船繞火星在軌道Ⅰ上運動的周期跟飛船返回地球的過程

7、中繞地球以與軌道Ⅰ同樣的軌道半徑運動的周期相同 3．[多選]如圖是“嫦娥三號”飛行軌道示意圖。假設(shè)“嫦娥三號”運行經(jīng)過P點第一次通過近月制動使“嫦娥三號”在距離月面高度為100 km的圓軌道Ⅰ上運動，再次經(jīng)過P點時第二次通過近月制動使“嫦娥三號”在距離月面近地點為Q、高度為15 km，遠地點為P、高度為100 km的橢圓軌道Ⅱ上運動，下列說法正確的是(　　) A．“嫦娥三號”在距離月面高度為100 km的圓軌道Ⅰ上運動時速度大小可能變化 B．“嫦娥三號”在距離月面高度100 km的圓軌道Ⅰ上運動的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運動的周期 C．“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經(jīng)過Q點時的加

8、速度一定大于經(jīng)過P點時的加速度 D．“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經(jīng)過Q點時的速率可能小于經(jīng)過P點時的速率 4．[多選](2016·天津高一檢測)在完成各項任務(wù)后，“神舟十號”飛船在返回地面時，要在P點從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ，Q為軌道Ⅱ上的一點，M為軌道Ⅰ上的另一點，關(guān)于“神舟十號”的運動，下列說法中正確的有(　　) A．飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的速度小于經(jīng)過Q的速度 B．飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過M的速度 C．飛船在軌道Ⅱ上運動的周期大于在軌道Ⅰ上運動的周期 D．飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過M的加速度 二、非選擇題 5．設(shè)地球質(zhì)量為

9、M，繞太陽做勻速圓周運動，有一質(zhì)量為m的飛船由靜止開始從P點沿PD方向做加速度為a的勻加速直線運動，1年后飛船在D點掠過地球上空，再過3個月又在Q點掠過地球上空，如圖所示(圖中“S”表示太陽)。根據(jù)以上條件，求地球與太陽之間的萬有引力大小。 6．質(zhì)量為m的登月器與航天飛機連接在一起，隨航天飛機繞月球做半徑為3R(R為月球半徑)的勻速圓周運動。當它們運動到軌道的A點時，登月器被彈離，航天飛機速度變大，登月器速度變小且仍沿原方向運動，隨后登月器沿橢圓軌道登上月球表面的B點，在月球表面逗留一段時間后，經(jīng)快速啟動仍沿原橢圓軌道回到分離點A與航天飛機實現(xiàn)對接，如圖所示。已知月球表面的重力加速度為g

10、月。科學(xué)研究表明，天體在橢圓軌道上運行的周期的平方與軌道半長軸的立方成正比。 (1)登月器與航天飛機一起在圓軌道上繞月球運行的周期是多少？ (2)若登月器被彈離后，航天飛機的橢圓軌道的長軸為8R，為保證登月器能順利返回A點實現(xiàn)對接，則登月器可以在月球表面逗留的時間是多少？ 答 案 [基礎(chǔ)練] 1．解析：選A　根據(jù)萬有引力提供向心力，以行星P為研究對象，有G＝mr，得M＝，A正確；根據(jù)萬有引力提供向心力只能求得中心天體的質(zhì)量，因此根據(jù)題目所給信息不能求出行星P的質(zhì)量，B錯誤；如果發(fā)射探測器到達該系外行星，需要克服太陽對探測器的萬有引力，脫離太陽系的束縛，所以需要發(fā)射速度大于第

11、三宇宙速度，C、D錯誤。 2．解析：選CD　衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度為7.9 km/s，A錯誤；環(huán)繞地球做圓周運動的人造衛(wèi)星，最大的運行速度是7.9 km/s，B錯誤；P點比Q點離地球近些，故在軌道Ⅰ上，衛(wèi)星在P點的速度大于在Q點的速度，C正確；衛(wèi)星在Q點通過加速實現(xiàn)由軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ，D正確。 3．解析：選BC　設(shè)地球質(zhì)量為M，由萬有引力提供向心力得，在軌道Ⅰ上有G＝mg，在軌道Ⅲ上有G＝ma，所以a＝2g，A錯誤；又因a＝，所以v＝ ，B正確；衛(wèi)星由軌道Ⅱ變軌到軌道Ⅲ需要加速做離心運動，即滿足＜，所以衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運行時經(jīng)過P點的速率大于在軌道Ⅱ上運行時經(jīng)過P點的速率，C正確；盡管衛(wèi)星從軌道

12、Ⅰ變軌到軌道Ⅲ要在P、Q點各加速一次，但在圓形軌道上v＝ ，所以由動能表達式知衛(wèi)星在軌道Ⅲ上的動能小于在軌道Ⅰ上的動能，D錯誤。 4．解析：選C　根據(jù)“嫦娥三號”環(huán)月段圓軌道的半徑、運動周期和引力常量可以求出月球的質(zhì)量，但是由于不知道月球的半徑，故無法求出月球的密度，A錯誤；“嫦娥三號”由環(huán)月段圓軌道變軌進入環(huán)月段橢圓軌道時，軌道半徑減小，故應(yīng)使其減速，B錯誤；“嫦娥三號”在從遠月點P向近月點Q運動的過程中所受萬有引力逐漸增大，故加速度變大，C正確；“嫦娥三號”在環(huán)月段橢圓軌道上運動時離月球越近速度越大，故P點的速度小于Q點的速度，D錯誤。 5．解析：選B　飛船要追上飛行器，應(yīng)先減速，使它

13、的半徑減小，速度增大，故在低軌道上飛船可接近或超過飛行器，當飛船運動到合適的位置時再加速，使其軌道半徑增大，速度減小，當剛好運動到飛行器所在軌道時停止加速，則飛船的速度剛好等于飛行器的速度，可以完成對接。B正確。 6．解析：A、B兩顆行星做勻速圓周運動，由萬有引力提供向心力G＝mr?T＝2π ，因此T1

14、－t1＝2π?t1＝； (2)設(shè)第一次相距最遠的時間為t2， 由t2－t2＝π?t2＝。 答案：(1)　(2) [提能練] 1．解析：選BD　大氣的擴張使垃圾的機械能減小，速度減小，從而做近心運動，使軌道半徑減小，A錯誤，B正確；由＝m＝m·r＝ma可得：v＝，T＝，a＝，可知隨r減小，v增大，T減小，a增大，故C錯誤，D正確。 2．解析：選BC　飛船在軌道Ⅰ上運動至P點時必須點火加速才能進入軌道Ⅱ，因此飛船在軌道Ⅰ上經(jīng)過P點時的速度小于飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點時的速度，A錯誤；由開普勒第二定律可知，飛船在軌道Ⅱ上運動時，經(jīng)過P點時的速度大于經(jīng)過Q點時的速度，B正確；由公式a＝G可知

15、，飛船在軌道Ⅲ上運動到P點時的加速度等于飛船在軌道Ⅱ上運動到P點時的加速度，C正確；由公式T＝2π 可知，因地球質(zhì)量和火星質(zhì)量不同，所以飛船繞火星在軌道Ⅰ上運動的周期跟飛船返回地球的過程中繞地球以與軌道Ⅰ同樣的軌道半徑運動的周期不相同，D錯誤。 3．解析：選BC　“嫦娥三號”在距離月面高度為100 km的圓軌道Ⅰ上運動是勻速圓周運動，速度大小不變，選項A錯誤；由于圓軌道Ⅰ的軌道半徑大于橢圓軌道Ⅱ的半長軸，根據(jù)開普勒定律，“嫦娥三號”在距離月面高度100 km的圓軌道Ⅰ上運動的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運動的周期，選項B正確；由于在Q點“嫦娥三號”所受萬有引力大，所以“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上

16、運動經(jīng)過Q點時的加速度一定大于經(jīng)過P點時的加速度，選項C正確；由開普勒第二定律可知，“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經(jīng)過Q點時的速率大于經(jīng)過P點時的速率，選項D錯誤。 4．解析：選AB　由開普勒行星運動定律可知A正確；飛船在軌道Ⅰ上做勻速圓周運動，故飛船經(jīng)過P、M兩點時的速率相等，由于飛船在P點進入軌道Ⅱ時相對于軌道Ⅰ做近心運動，可知飛船在軌道Ⅱ上P點速度小于軌道Ⅰ上P點速度，故B正確；根據(jù)開普勒第三定律可知，飛船在軌道Ⅱ上運動的周期小于在軌道Ⅰ上運動的周期，C錯誤；根據(jù)牛頓第二定律可知，飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的加速度與在軌道Ⅰ上經(jīng)過M的加速度大小相等，D錯誤。 5．解析：飛船開始與地球相當于

17、在D點相遇，經(jīng)過3個月后，它們又在Q點相遇，因此在這段時間內(nèi)，地球與太陽的連線轉(zhuǎn)過的角度θ＝×360°＝90°。 設(shè)地球的公轉(zhuǎn)周期為T，飛船由靜止開始做加速度為a的勻加速直線運動，則 DQ＝PQ－PD＝a2－aT2 ＝aT2 由幾何關(guān)系知，地球的公轉(zhuǎn)半徑為 R＝·DQ＝aT2 所以，地球與太陽之間的萬有引力大小為 F＝M2R＝ 答案： 6．解析：(1)設(shè)登月器和航天飛機在半徑為3R的圓軌道上運行時的周期為T，因其繞月球做勻速圓周運動，所以滿足 G＝m2·3R 同時，月球表面的物體所受重力和引力的關(guān)系滿足 G＝mg月 聯(lián)立以上兩式得T＝6π (2)設(shè)登月器在小橢圓軌道運行的周期是T1，由幾何關(guān)系易知其軌道半長軸為2R，航天飛機在大橢圓軌道運行的周期是T2。 依題意，對登月器有＝，解得T1＝T 對航天飛機有＝，解得 T2＝T 為使登月器沿原橢圓軌道返回到分離點A與航天飛機實現(xiàn)對接，登月器可以在月球表面逗留的時間t應(yīng)滿足： t＝nT2－T1(n＝1,2,3，……) 故t＝·nT－T ＝4π(4n－ ) (n＝1,2,3，……)。 答案：(1)6π (2)4π(4n－ ) 　(n＝1,2,3，……) 8