20xx粵教版高中物理必修2第三章第三節(jié)飛向太空(參考版)
2024-12-13 13:31本頁面
【正文】 答案： BC 16． (雙選 )啟動在某一軌道上運轉(zhuǎn)的地球衛(wèi)星的發(fā)動機(jī)，使其速度加大，待它運動到距離地面的高度比原來大的位置，再定位使它繞地球做勻速圓周運動成為另一軌道的衛(wèi)星，該衛(wèi)星在后一軌道與前一軌道相比 ( AC ) A．周期變大 B．萬有引力增大 C．機(jī)械能增大 D．速率增大 解析：由 GMmr2 ＝ m4π2T2 r得 T＝ 2πr3GM，即 T∝ r3，說明衛(wèi)星的運動軌道半徑越大，其運行周期越長；由2rMmGF?， 衛(wèi)星的運動軌道半徑越大，萬有引力減小；衛(wèi)星的運動軌道半徑越大，變軌時消耗的能量越多，機(jī)械能越大；由 GMmr2 ＝ mv2r得 v＝GMr .即 v∝1r，說明衛(wèi)星的運動軌道半徑越大，其運行線速度就越?。? 三、非選擇題 17．在某星球上宇航員用彈 簧測力計提著質(zhì)量為 m的物體以加速度 a豎直上升，此時彈簧測力計的示數(shù)為 F；若宇宙飛船在靠近該星球表面繞星球做勻速圓周運動，而成為該星球的一顆衛(wèi)星，其環(huán)繞周期為 T，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，試求該星球的質(zhì)量． 解：由牛頓第二定律有 F－ mg＝ ma ① 設(shè)星球半徑為 R，在星球表面 有 mg＝ GMmR2 ② 設(shè)宇宙飛船的質(zhì)量為 m′，環(huán)繞星球表面運行時有 GMm′R2 ＝ m′ （ 2π /T） 2R ③ 聯(lián)立①②③式解得 M＝ F－ ma3T416π 4m3G . 18．某小組的宇 航員乘坐航天飛機(jī)，去修理位于離地球表面 105 m 遠(yuǎn)的圓形軌道上的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡 H，機(jī)組人員使航天飛機(jī) S進(jìn)入與 H相同的軌道時開始關(guān)閉推動火箭，而望遠(yuǎn)鏡則在航天飛機(jī)前方數(shù)公里處，如圖 3－ 3－ 9所示，設(shè) G為引力常數(shù)， ME為地球質(zhì)量．已知地球半徑為 106 m，地球表面重力加速度為 10 m/s2，試求： (1)在航天飛機(jī)內(nèi)，一質(zhì)量為 70 kg的宇航員的實際重量是多少？ (2)計算軌道上的重力加速度的值． (3)航天飛機(jī)需首先螺旋進(jìn)入半徑較小的軌道，才有較大的角速度以趕上望遠(yuǎn)鏡，航天飛機(jī)要進(jìn)入較低軌道應(yīng) 增加還是減小速度？為什么？ 圖 3－ 3－ 9 解： (1)由于航天飛機(jī)在軌道上繞地球做勻速圓周運動，地球?qū)τ詈絾T的引力充當(dāng)向心力，處于完全失重狀態(tài)，因此宇航員的重量為零． (2)航天飛機(jī)的軌道半徑 r＝ R＋ h＝ 106 m，質(zhì)量為 m 的物體，在軌道上滿足 mg′＝ GMmr2 而地球表面 mg＝ GMmR2 得 g′＝ R2r2g＝ 106 2 106 2 10 m/s2＝ m/s2. (3)要使航天飛機(jī)從較高軌道進(jìn)入較低軌道，只有減小速度使所需向心力小于地球?qū)λ囊?，使之做近心運動，即可進(jìn)入較低軌道． 19． 2021年 9月我國成功發(fā)射“神舟七號”載人航天飛船．如圖 3－ 3－ 10所示為“神舟七號”繞地球飛行時的電視直播畫面，圖中數(shù)據(jù)顯示，飛船距地面的高度約為地球半徑的1 R，地面附近的重力加速度為 g，設(shè)飛船、大西洋星繞地球均做勻速圓周運動． 圖 3－ 3－ 10 (1)估算“神舟七號”飛船在軌道上運行的加速度大??； (2)已知大西洋星距地面的高度約為地球半徑的 6倍，估算大西洋星的速率． 解： (1)設(shè)飛船繞地球做勻速圓周運動的加速度為 a，飛船質(zhì)量為 m1，由萬有引力定律和牛頓第二定律得 GMm1R＋ h 2＝ m1a， h＝R20① 由物體在地球表面受到的萬有引力近似等于物體重力得 GMm0R2 ＝ m0g ② 由 ①② 式得 a＝ 400441g＝ . (2)設(shè)大西洋星繞地球做勻速圓周運動的速度 為 v、質(zhì)量為 m2，由萬有引力定律和牛頓第二定律，得 GMm2R＋ h 2＝m2v2R＋ h ， h′＝ 6R③ 由 ②③ 式得 v＝ gR7 . 。 14．要使衛(wèi)星從如圖 3－ 3－ 7所示的圓形軌道 1通過橢圓軌道 2轉(zhuǎn)移到同步軌 道 3，需要兩次短時間開動火箭對衛(wèi)星加速，加速的位置應(yīng)是圖中的 ( AC ) 圖 3－ 3－ 7 A． P點 B． Q點 C． R點 D． S點 解析：衛(wèi)星要從圓形軌道 1轉(zhuǎn)移到橢圓軌道 2要在 P點加速，做離心運動，否則衛(wèi)星仍在圓形軌道 1運動；衛(wèi)星要從橢圓軌道 2轉(zhuǎn)移到同步軌道 3，加速的位置應(yīng)是圖中的 R點，若選在 Q 或 S 點點火，這樣會使衛(wèi)星進(jìn)入另一個與 Q 或 S 點相切的橢圓或圓軌道，而不會進(jìn)入預(yù)定的與 R點相切的 同步軌道 3，因此要在 R 點點火 . 15．我國研制的“嫦娥一號”衛(wèi)星于 2021年 10月 24日 18時由長征三甲運載火箭發(fā)射 升空，星箭分離后在遠(yuǎn)地點做了一次變軌，進(jìn)入到 16 小時軌道，然后分別在 16 小時、 24小時 (停泊軌道 )、 48 小時軌道 (調(diào)相軌道 )近地點，各進(jìn)行了一次變軌，其中在調(diào)相軌道近地點變軌后，“嫦娥一號”衛(wèi)星進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道正式奔月，如圖 3－ 3－ 8 所示，下列說法中正確的是 ( BC ) 圖 3－ 3－ 8 A．“嫦娥一號”由 24小時軌道變?yōu)?48 小時軌道時應(yīng)讓其發(fā)動機(jī)在 A點點火向后噴氣 B． “嫦娥一號”由 24小時軌道變?yōu)?48 小時軌道時應(yīng)讓其發(fā)動機(jī)在 B點點火向后噴氣 C．“嫦娥一號”沿 24小時軌道在 B點的速度大于沿 24小時軌道在 A點的速度 D．“嫦娥一號”沿 48小時軌道在 B點的加速度大于沿 24小時軌道在 B點的加速度 解析：“嫦娥一號”由由 24小時軌道變?yōu)?48小時軌道應(yīng)做離心運動，此時要增大速度，若選在 A點點火，這樣會使衛(wèi)星進(jìn)入另一個與 A點相切的橢圓軌道，而不會進(jìn)入預(yù)定的與 B點相切的 48小時軌道，因此要在 B 點點火， A 錯 B 對；“嫦娥一號”沿 24小時橢圓軌道運動時， B 點相當(dāng)于近地點而 A 點相當(dāng)于遠(yuǎn)地點， 根據(jù)機(jī)械能守恒可知 C 選項正確。 r地r月＝ 481＝ 29，因此，
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