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2019年高中物理 6-5 宇宙航行 經典力學的局限性課后鞏固提高訓練 新人教版必修2 一、選擇題(1～4為單選，5～6為多選。每小題8分，共48分。) 1．由于通訊和廣播等方面的需要，許多國家發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的(　　) A．質量可以不同 B．軌道半徑可以不同 C．軌道平面可以不同 D．速率可以不同 2.繼哥白尼提出“太陽中心說”，開普勒提出行星運動三定律后，牛頓站在巨人的肩膀上，創(chuàng)立了經典力學，揭示了包括行星在內的宏觀物體的運動規(guī)律；愛因斯坦既批判了牛頓力學的不足，又進一步發(fā)展了牛頓的經典力學，創(chuàng)立了相對論．這說明(　　) ①世界無限擴大，人不可能認識世界，只能認識世界的一部分； ②人的意識具有能動性，能夠正確地反映客觀世界； ③人對世界的每一個正確認識都有局限性，需要發(fā)展和深化； ④每一個認識都可能被后人推翻，人不可能獲得正確的認識． A．①②③④　　　　　　　　 B．①②③ C．①③④ D．②③ 3．如圖所示是“嫦娥一號”奔月示意圖，衛(wèi)星發(fā)射后通過自帶的小型火箭多次變軌，進入地月轉移軌道，最終被月球引力捕獲，成為繞月衛(wèi)星，并開展對月球的探測．下列說法正確的是(　　) A．發(fā)射“嫦娥一號”的速度必須達到第三宇宙速度 B．在繞月圓軌道上，衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質量有關 C．衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比 D．在繞月圓軌道上，衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力 4．在太空運行了15年的俄羅斯“和平號”軌道空間站已于2000年3月23日墜毀，其殘骸灑落在南太平洋預定海域．墜毀前，因受高空稀薄空氣阻力和地面控制作用的影響，空間站在繞地球運轉(可看作做圓周運動)的同時逐漸地向地球靠近，這個過程中空間站運動的(　　) A．角速度逐漸減小 B．線速度逐漸減小 C．加速度逐漸減小 D．周期逐漸減小 5. 如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的三顆衛(wèi)星，a和b質量相等且小于c的質量，則(　　) A．b所需向心力最小 B．b、c的周期相同且大于a的周期 C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 D．b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度 6．宇宙中存在一些質量相等且離其他恒星較遠的四顆星組成的四星系統(tǒng)，通?？珊雎云渌求w對它們的引力作用．設四星系統(tǒng)中每個星體的質量均為m，半徑均為R，四顆星穩(wěn)定分布在邊長為a的正方形的四個頂點上．已知引力常量為G.關于宇宙四星系統(tǒng)，下列說法正確的是(　　) A．四顆星圍繞正方形對角線的交點做勻速圓周運動 B．四顆星的軌道半徑均為 C．四顆星表面的重力加速度均為 D．四顆星的周期均為2πa 二、非選擇題(共52分) 7．(8分)為了充分利用地球自轉的速度，人造衛(wèi)星發(fā)射時，火箭都是從向(填“東”、“南”、“西”或“北”)發(fā)射．考慮這個因素，火箭發(fā)射場應建在緯度較(填“高”或“低”)的地方較好． 8．(8分)恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”——中子星，中子星的半徑較小，一般在7～20 km，但它的密度大得驚人．若某中子星的半徑為10 km，密度為1.21017 kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為． 答案 1．A　本題考查同步衛(wèi)星運行特點，考查考生對同步衛(wèi)星運行規(guī)律的了解．同步衛(wèi)星軌道只能在赤道平面內，高度一定，圓軌道半徑一定，速率一定，但質量可以不同，A項正確． 2．D　發(fā)現(xiàn)總是來自于認識過程，觀點總是為解釋發(fā)現(xiàn)而提出的．主動認識世界，積極思考問題，追求解決(解釋)問題，這是科學研究的基本軌跡．任何一個人對客觀世界的認識都要受當時的客觀條件和科學水平的制約，所以所形成的“正確理論”都有一定的局限性．愛因斯坦的相對論理論是對牛頓力學理論的發(fā)展和深化，但也有人正在向愛因斯坦理論挑戰(zhàn)． 3．C　本題考查了與萬有引力定律相聯(lián)的多個知識點，如萬有引力公式、宇宙速度、衛(wèi)星的周期等，設問角度新穎．第三宇宙速度是衛(wèi)星脫離太陽系的最小發(fā)射速度，所以“嫦娥一號”衛(wèi)星的發(fā)射速度一定小于第三宇宙速度，A項錯誤；設衛(wèi)星軌道半徑為r，由萬有引力定律知衛(wèi)星受到的引力F＝G，C項正確．設衛(wèi)星的周期為T，由G＝mr得T2＝r3，所以衛(wèi)星的周期與月球質量有關，與衛(wèi)星質量無關，B項錯誤．衛(wèi)星在繞月軌道上運行時，由于離地球很遠，受到地球引力很小，衛(wèi)星做圓周運動的向心力主要是月球引力提供，D項錯誤． 4．D　空間站做圓周運動時，萬有引力提供向心力，＝ma＝m，得：v＝ ，a＝.可見，軌道半徑越小，加速度越大，線速度越大；由T＝得周期減小，由ω＝得角速度增大，D正確． 5．ABD　因衛(wèi)星運動的向心力就是它們所受的萬有引力，而b所受的引力最小，故A對． 由＝ma得a＝，即衛(wèi)星的向心加速度與軌道半徑的平方成反比，所以b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度，C錯；由＝得，T＝2π ，即人造地球衛(wèi)星運行的周期與其軌道半徑三次方的平方根成正比，所以b、c的周期相等，且大于a的周期，B對；由＝得v＝ ，即地球衛(wèi)星的線速度與其軌道半徑的平方根成反比，所以b、c線速度大小相等，且小于a的線速度，D對． 衛(wèi)星做勻速圓周運動，萬有引力等于向心力，根據(jù)方程可得出周期、線速度、向心加速度與軌道半徑的關系式，然后即可做出判斷． 6．ACD　其中一顆星體在其他三顆星體的萬有引力作用下，合力方向指向對角線的交點，圍繞正方形對角線的交點做勻速圓周運動，由幾何知識可得軌道半徑均為a，故A正確B錯誤；在星體表面，根據(jù)萬有引力等于重力，可得G＝m′g，解得g＝，故C正確；由萬有引力定律和向心力公式得＋＝m，T＝2πa，故D正確． 7．西　東　低 解析：把火箭從西向東發(fā)射時，實際上在火箭發(fā)射前就具有了一個與地球自轉相同的速度，這樣可以節(jié)約能源．由于地球上每一點的角速度都相同，所以，發(fā)射場所在的緯度越低，線速度越大，因此，衛(wèi)星發(fā)射場應建在低緯度處．當實際建發(fā)射場時，除了考慮上述因素，還要考慮氣象、安全、環(huán)境等綜合因素的影響． 8．5.8107 m/s 解析：中子星上的第一宇宙速度即為它表面的環(huán)繞速度，由＝m，知v＝ .又因為M＝ρV＝ρ，代入上式得v＝r ，將G、ρ、r的數(shù)值代入得v≈5.8107 m/s. 9.(12分)根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，質量要隨著物體運動速度的增大而增大，即m＝.請討論： (1)如果你使一個物體加速、加速、再加速，它的速度會增加到等于光速甚至大于光速嗎？為什么？ (2)光有靜止質量嗎？如果有，情況將會怎樣？ (3)一個靜止質量m0＝1 kg的物體，與地球一起繞太陽公轉時質量為多大？(地球繞太陽公轉的速度為30 km/s) (4)在回旋加速器中，當電子的速度v＝0.98c時(c為真空中的光速)，電子的質量為其靜止質量的多少倍？ 10.(12分)某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經時間t物體以速率v落回手中．已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度． 11．(12分)一顆在赤道上空飛行的人造地球衛(wèi)星，其軌道半徑為r＝3R(R為地球半徑)，已知地球表面重力加速度為g，則該衛(wèi)星的運行周期是多大？若衛(wèi)星的運動方向與地球自轉方向相同，已知地球自轉角速度為ω0，某一時刻該衛(wèi)星通過赤道上某建筑物的正上方，再經過多少時間它又一次出現(xiàn)在該建筑物正上方？ 答案 9.見解析 解析：(1)它的速度不可能增大到等于或超過光速． 由m＝可知： 當v＝c時，m→∞. (2)光若有靜止質量m0，則其動質量m應為無窮大，所以光沒有靜止質量． (3)m＝＝kg＝1.000 000 005 kg 即其質量只增加了510－9kg. (4)m＝≈5m0. 10. 解析：根據(jù)勻變速運動的規(guī)律可得，該星球表面的重力加速度為g＝. 該星球的第一宇宙速度，即為衛(wèi)星在其表面附近繞它做勻速圓周運動的線速度，該星球對衛(wèi)星的引力(重力)提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力，則mg＝. 所以該星球表面的第一宇宙速度為：v1＝＝ . 11．6π　 解析：由萬有引力定律和牛頓定律可得 ＝m3R，① ＝mg.② 聯(lián)立①②兩式，可得T＝6π . 以地面為參考系，衛(wèi)星再次出現(xiàn)在建筑物上方時轉過的角度為2π，衛(wèi)星相對地面的角速度為ω1－ω0， 則Δt＝＝.