第7章 第4节 宇宙航行-【创新教程】2025-2026学年高中物理必修第二册五维课堂课时作业（人教版）

第七章万有引力与宇宙航行 物课时 第四节 理作业 [合格考练] 1.以下关于宇宙速度的说法中正确的是 A.第一宇宙速度是人造地球卫星运行 时的最小速度 B.第一宇宙速度是能使卫星进入近地 圆形轨道的最小发射速度 C.地球同步卫星的线速度一定介于第 一宇宙速度和第二宇宙速度之间 D.地球上的物体无论具有多大的速度 都不可能脱离太阳的束缚 2.在地球的卫星中有两 极地卫星 同步卫星 类卫星的轨道比较特 ○地球 殊，一是极地卫星，二 是同步卫星.已知某极地卫星的运行周 期为12h,则下列关于对极地卫星和同 步卫星的描述正确的是 ) A.该极地卫星的运行速度一定小于同 步卫星的运行速度 B.该极地卫星的向心加速度一定大于 同步卫星的向心加速度 C.该极地卫星的发射速度一定大于同 步卫星的发射速度 D.该极地卫星和同步卫星均与地面相 对静止 3.(多选)北斗卫星导航系统是我国自行 研制开发的区域性三维卫星定位与通 信系统(CNSS),北斗卫星导航系统包 括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫 星.关于这些卫星，以下说法正确的是 A.5颗同步卫星的轨道半径都相同 B.5颗同步卫星的运行轨道必定在同 一平面内 3 课时作业乡 宇宙航行 间 纠错空间 C.导航系统所有卫星的运行速度一定 大于第一宇宙速度 D.导航系统所有卫星中，运行轨道半径 越大的，周期越小 4.某飞船进入离地面343km的圆形轨道 环绕地球飞行时，它的线速度大小 A.等于7.9km/s B.介于7.9km/s和11.2km/s之间 C.小于7.9km/s D.介于7.9km/s和16.7km/s之间 5.(多选)关于人造地球卫星，下列说法正 确的是 ( ) A.由公式F=GM知，卫星所受地球 方法总结 引力与其轨道半径r的二次方成 反比 B.若卫星做匀速圆周运动，则卫星距地 心越远，角速度越大 C.地球的所有同步卫星均在同一轨道 上运行 D.第一宇宙速度是发射卫星的最大发 射速度 6.(多选)肩负着“落月”和 “勘察”重任的“嫦娥四 月球 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，进人 椭圆轨道I绕月飞行，之后，卫星在P 点又经过第二次“刹车制动”，进人距月 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 巴物理 必修第二册 表面15km的椭圆轨道Ⅲ，然后择机在 (2)卫星的线速度大小 近月点下降进行软着陆，则下列说法正 确的是 ( 纠错空间 A.“嫦娥四号”在轨道I上运动的周期 最长 B.“嫦娥四号”在轨道Ⅲ上运动的周期 最长 C.“嫦娥四号”经过P点时在轨道Ⅱ上 运动的线速度最大 D.“嫦娥四号”经过P点时在三个轨道 上的加速度相等 10.2019年3月10日0时28分，我国在 [等级考练] 西昌卫星发射中心用长征三号乙运载 7.若取地球的第一宇宙速度为8km/s,某 火箭，成功将“中星6C”卫星发射升空， 行星质量是地球的6倍，半径是地球的 卫星进入预定轨道.“中星6C”卫星是 1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为 颗用于广播和通信的地球静止轨道 ( 通信卫星，离地面的高度大约为地球 A.16 km/s B.32 km/s 半径的6倍.求“中星6C”卫星的运行 C.4 km/s D.2 km/s 速度与第一宇宙速度之比. 方法总结 8.（多选)地球的质量为M,半径为R,自 转角速度为w,万有引力常量为G,地球 表面的重力加速度为g,同步卫星距地 面的距离为h,则同步卫星的线速度大 小为 ( GM A.w(R+h) B. R+h C.R R+h D.√gR 9.质量为m的卫星在离地面R。处做匀速 圆周运动.设地球的半径也为R。,地面 的重力加速度为g,引力常量为G,求： (1)地球的质量 ·32·巴物理 6.D[因为地球同步卫星的轨道半径大约为3.6×10m 小于月球的轨道半径：卫星绕地球圆周运动的向心力由 万有引力提供，G=m=nm(停）r=m=m 4πr 则周期T√GM,可知半径大则周期大，因此月球的 周期比同步卫星的周期大，故选项A错误；角速度ω GM ,因为月球轨道半径大于同步卫星轨道半径，故w明 <故B错误：线速度√园周为月球轨道丰径大 于同步卫星轨道半径，则月球的线速度比同步卫星的线 建度小，战C错溪a以，因为月球轨道本径大于习步 卫星轨道半径，故a月<a同，故D正确.] 7.C 8.BCD[对于两星有共同的周期T,由牛顿第二定律得 Gmm2 4元R=m下 R,+R,)=m ,4织R,所以两星的质量之 比m1:2=R2：R1,C正确；由上式可得m1= 4πR2(R1十R2) ,m,=4πRR十R》,D正确，A错 GT GT 误；m十m=4元(R十R GT 一，B正确.门 9.解析：(1)星体的密度p=7 MM 3πR 4 2=M·p M·R9.行=0.1， 95 故土星的密度约为p=0.11p=0.61×103kg/m3 (2)根据星球表面的物体受到的万有引力近似等于物体 的重力， mg=G Mm GM RK-R 则8=M·R=95=1.05. 'goM。·R29.5 所以土星表面的重力加速度g=1.05g。=10.5m/s. 答案：(1)0.61×103kg/m3(2)10.5m/s 10.解析：(1)设人造地球卫星绕地球运动的角速度为w,则 有：w--1.1X10ad/s (2)设地球的质量为M,地球与人造地球卫星间的万有 引力充当卫星做圆周运动的向心力，则：GMm m(),所以M= GT =4X3.14×T(6.8X10)X107kg=6X1024kg. 6.67×101×(5.6×103)2 答案：(1)1.1×10-3rad/s(2)6×101kg 6 必修第二册 第四节宇宙航行 1B[根据一√四可知，第一字窗造度是人造地球卫里 运行时的最大速度，是能使卫星进入近地圆形轨道的最 小发射速度，选项A错误，选项B正确：地球同步卫星的 线速度小于第一宇宙速度，更小于第二宇宙速度，选项C 错误；地球上的物体的速度若大于第三宇宙速度即可脱 离太阳的束缚，选项D错误.] 2B[由G=m号=m得√。-月多卫 r? 星的周期为24h,则同步卫星的周期大于极地卫星的周 期，由周期与轨道半径的关系知，同步卫星的轨道半径 较大，则同步卫星的线速度较小，加速度较小，故A错 误、B正确；同步卫星的高度高，所以同步卫星的发射速 度大，C错误；极地卫星不是地球同步卫星，所以相对于 地面不静止，D错误，门 3.AB[同步卫星位于赤道平面内，轨道半径都相同，选项 A、B正确；第一宇宙速度是最大的环绕速度，导航系统 所有卫星的运行速度都小于第一宇宙速度，选项C错 /4πr 议：根据G=m答，得T√哥，导航系统所有 卫星中，运行轨道半径越大的，周期越大，选项D错误.] 4.C[由万有引力提供向心力得GMm=mt,m三/GM 由于轨道半径r大于地球半径R,所以<√尺 GM 7.9km/s,C正确.] .AC[对于共卫星西言，由万有引力公式F=G恤，可 1 Mm= 知当G,M,m一定时，Foc宁，选项A正角：由G m心解样区。可见，卫里微匀逸围用运动时，距 地心越远，其运动的角速度越小，选项B错误；地球的所 有同步卫星周期相同，均在同一轨道上运行，选项C正 确；在地球表面附近发射卫星时，第一宇宙速度 (7.9km/s)是最小的发射速度，选项D错误.] 6.AD[由于“嫦城四号”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，根据开 普勒第三定律可知，“嫦娥四号”在各轨道上稳定运行时 的周期关系为T1>T,>Tm,故A正确，B错误；“嫦娥 四号”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 1>v■>m,所以C错误；由于“嫦娥四号”在P点时的 加速度只与所受到的月球引力有关，故D正确.] 7.A[第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，对于近地卫 星，其轨道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供 其做匀速圆周运动的向心力，根据万有引力定律和牛顿 参考答案 第二定律得GMm=m M 解得vr 因为行星的质量M是地球质量M的6倍，半径R'是地 球半径R的1.5倍， GM 故V GM =2 MR' NR 即v'=2u=2X8km/s=16km/s,A正确.] 8.AB[同步卫星与地球同步做匀速圆周运动，则由线速 度定义可得：0=2型=2rR+心=a(R+):由于地球 T 2π 的引力提供向心力，让同步卫星做匀速圆周运动，则有： GMm 不三m尼：解之得：；当忽略地球自 转时，由黄金代换式：g=G, g R,可得：0=R√R千，由于 本题没有说明是否忽略地球自转，故A、B正确，C、D 错误.] 9,解析：(1)对地面上的物体mg=GR 、Mmm R 解得：M=g云· (2)设卫星的线速度为U,卫星受到的合外力等于万有 引力： GMm 2R)=m2R' gRo 解得u2 答案：(1) G (2λ2 Ro 10.解析：设地球的半径为R,则“中星6C”卫星的轨道半径 为7R.设地球的第一宇宙速度为①，则有： 6=m爱 ① 设“中星6C”卫星的运行速度为，则有： G Mm (7R=m7示 ② 解①②得：2：=1：√7. 答案：1：√7 第五节相对论时空观与牛顿力学的局限性 1.C[经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，A错 误.狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下， 相对论的结论与经典力学没有区别，B错误，量子力学正 确地描述了微观粒子运动的规律，C正确.万有引力定律 只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适 用.的，D错误.故选C.] ·6 课时作业马 2.B[飞船上的观测者测得飞船的长度不变，仍为30m, 由1=√1-（巴）<1，可知，地球上的观渊者测得该 飞船的长度小于30m,A错，B对；由光速不变原理可知 CD错误.] 3.C 4.BC[经典力学理论具有一定的局限性，它只适用于低 速、宏观物体的运动，选项A错误，B正确，在经典力学 中，物体的质量不随运动状态的改变而改变，即物体的 质量和物体运动的速度无关，选项C正确：相对论和量 子力学并没有否定过去的科学，而是认为经典力学理论 是在一定条件下的特殊情形，选项D错误.] 5.B「相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律，经 典物理学为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围 内还将继续发挥作用.经典物理学有简捷的优势.因此 A、C、D错误，B正确.] 6,BCD[因为1=l√1-(）和= △r 云，可 -()】 知1<L,,△t>△x.一个相对地面做高速运动的惯性系中 发生的物理过程，在地面上的人看来，火箭的长度变短 了，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时 间变长了，惯性系速度越大，观察到的火箭的长度越短， 所经历的过程时间越长，火箭上的人观察到火箭的长度 和时间进程均无变化.同样，火箭上的人看地面上的物 体长度也是变短，时间进程变慢了，选项B、C、D正确.] 7.ABC「经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的 飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动，经典力学能适 用，故A、B、C正确；对于微观、高速的情形经典力学不适 用，故D错误.门 8.B[经典力学适用条件为宏观、低速，对微观、高速运动 不再适用，故A错误，B正确.在相对论力学中，物体的 质量、长度与其运动速度有关，经典力学中，物体的质 量、长度与其运动速度无关，故C、D错误.故选B.] 9.解析：狭义相对论的两个基本原理之一就是光速不变原 理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光 速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B 相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人 测得两飞船距离应大于L 答案：大于c(或光速) 章未易错点突破（三） 纠错训练 1.B[P、Q两点的角速度相同，做圆周运动的半径不同， 根据F而=rw可知向心力大小不相等，A错误；P、Q 两质点距离地心的距离相等，根据下=GMm知，两质点 R2 受到的地球引力大小相等，故B正确、D错误；P、Q两质 点角速度大小相等，做圆周运动的半径不同，根据=rw 可知线速度大小不同，故C错误.]