1、宇宙航行一、单项选择题1我国发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s.则该探月卫星绕月运行的速率约为(B)A0.4 km/s B1.8 km/sC11 km/s D36 km/s解析：对于环绕地球或月球的人造卫星，其所受万有引力提供它们做圆周运动所需的向心力，即Gm，所以v.第一宇宙速度指的是最小发射速度，同时也是近地卫星的环绕速度，对于近地卫星来说，其轨道半径近似等于地球半径所以，因此v月v地7.9 km/s1.8 km/s.2宇航员在月球上做自由落体实验，
2、将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面(设月球半径为R)据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为(B)A. B.C. D.解析：设月球表面的重力加速度为g，由物体“自由落体”可得hgt2，飞船在月球表面附近做匀速圆周运动可得Gm，在月球表面附近mg，联立得v，故B正确3我国发射的“北斗系列”卫星中，同步卫星到地心距离为r，运行速率为v1，向心加速度为a1；在地球赤道上的观测站的向心加速度为a2，近地卫星做圆周运动的速率为v2，向心加速度为a3，地球的半径为R，则下列比值正确的是(D)A. B.C. D.解析：同步卫星与地球赤道上观测站的角速度相同
3、，由a2r可得，；由a可得，同步卫星与近地卫星的向心加速度之比，所以只有D正确4星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为该星球的第二宇宙速度星球的第二宇宙速度v2与其第一宇宙速度v1的关系是v2v1.已知某星球的半径为r，表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为(C)A. B.C. D.gr解析：由第一宇宙速度公式可知，该星球的第一宇宙速度为v1，结合v2v1可得v2，C正确5某同学设想驾驶一辆由火箭作动力的陆地太空两用汽车沿赤道行驶，并且汽车相对于地球的速度可以任意增加，不计空气阻力，当汽车速度增加到某一值时，汽车将离开地球成为绕地球做圆周运动
4、的“航天汽车”，对此下列说法正确的是(地球半径R6 400 km，g取10 m/s2)(B)A汽车在地面上速度增加时，它对地面的压力增大B当汽车离开地球的瞬间，速度达到7.9 km/sC此“航天汽车”环绕地球做匀速圆周运动的最小周期为1 hD在此“航天汽车”上，弹簧测力计无法测量力的大小解析：汽车在地面上的运动相当于沿赤道这个大圆周做圆周运动，设汽车受地面支持力为FN，则mgFN，FNmg，根据牛顿第三定律知，汽车对地面的压力大小FNFNmg，v增大，FN减小，故选项A错误；若成为“航天汽车”，则有mgm，v m/s7.9103 m/s7.9 km/s，选项B正确；该“航天汽车”的最小周期T
5、s1.41 h，选项C错误；在此“航天汽车”上虽无法测出重力，但可以测量拉力的大小，选项D错误二、多项选择题6下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(CD)A第一宇宙速度v17.9 km/s，第二宇宙速度v211.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B美国发射的凤凰号火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度解析：根据v可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v17.9
6、km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选项D正确；实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A错误；美国发射的凤凰号火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B错误；第二宇宙速度是使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造小行星的最小发射速度，选项C正确7一颗人造地球卫星以初速度v发射后，可绕地球做匀速圆周运动，若使发射速度增为2v，则该卫星可能(CD)A绕地球做匀速圆周运动B绕地球运动，轨道变为椭圆C不绕地球运动，成为太阳的人造行星D挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙去了解析：以初速度v发射
7、后能成为人造地球卫星，可知发射速度v一定大于第一宇宙速度7.9 km/s；当以2v速度发射时，发射速度一定大于15.8 km/s，已超过了第二宇宙速度11.2 km/s，也可能超过第三宇宙速度16.7 km/s，所以此卫星不再绕地球运行，可能绕太阳运行，或者飞到太阳系以外的空间去了，故选项C、D正确8发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是(BD)A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B卫星在轨道3上的角
8、速度小于在轨道1上的角速度C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度解析：由Gm得v因为r3r1，所以v3r1，所以31卫星在轨道1上经Q点时的加速度为地球引力产生的加速度，而在轨道2上经过Q点时，也只有地球引力产生加速度，故应相等，同理，卫星在轨道2上经P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度三、非选择题9一颗卫星沿半径为r0的圆轨道绕某一行星做匀速圆周运动，其运行周期为T.试求：(1)行星的质量M多大？(2)卫星运行的加速度a多大？(3)若卫星质量为m，行星对卫星的万有引力多大？(4)若该
9、行星的半径是卫星运行轨道半径的0.1倍，行星表面的重力加速度g多大？答案：(1)(2)(3)(4)解析：(1)对于天体运行，通过天文观测掌握其运行周期与半径，在此基础上应用万有引力等于天体运行所需向心力，有Gmr02mr0，行星的质量为M.(2)运行中卫星的加速度即是它运动的向心加速度，大小为a.(3)万有引力提供卫星运行所需向心力，万有引力大小为Fma.(4)在行星表面，不考虑行星自转的影响，有mgG，其中R为行星的半径在卫星运行的轨道上，有maG，由以上两式可得2100，行星表面重力加速度大小为g100a.10已知地球的半径是6.4106 m，地球的自转周期是24 h，地球的质量是5.98
10、1024 kg，引力常量G6.6710 11 Nm2/kg2，若要发射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的轨道半径r；(2)地球同步卫星的环绕速度v，并与第一宇宙速度比较大小关系答案：(1)4.2107 m(2)3.1103 m/s小于第一宇宙速度解析：(1)根据万有引力提供向心力得m2r，则rm4.2107 m(2)根据m得：vm/s3.1103 m/s3.1 km/s7.9 km/s.11宇航员在某星球表面以初速度v0竖直向上抛出一个物体，物体上升的最大高度为h.已知该星球的半径为R，且物体只受该星球引力的作用(1)求该星球表面的重力加速度；(2)如果要在这个星球上发射一颗贴近它表
11、面运行的卫星，求该卫星做匀速圆周运动的线速度和周期答案：(1)(2)v0解析：(1)根据运动学规律，物体上抛过程中有v2gh所以星球表面的重力加速度g.(2)卫星贴近星球表面运转时其轨道半径近似等于星球的半径，万有引力提供向心力根据牛顿第二定律得Gmgm，vv0，对应的速度大小即是第一宇宙速度又mgmR，所以运动周期T.12人们认为某些白矮星(密度较大的行星)每秒大约自转一周(万有引力常量G6.671011 Nm2/kg2，地球半径R约为6.4103 km)(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致由于快速转动被“甩”掉，它的密度至少为多少？(2)假设某白矮星密度约为此值，且其半径等于地球半径
12、，则它的第一宇宙速度约为多少？答案：(1)1.411011 kg/m3(2)4.02107m/s解析：(1)由于白矮星表面的物体随着它自转做圆周运动的角速度相同，而赤道上的物体圆周运动的半径最大，所需的向心力最大，最容易被甩掉，只要保证赤道上的物体不被甩掉，其他物体就不会被甩掉假设赤道上的物体刚好不被甩掉，则白矮星对物体的万有引力恰好提供物体随白矮星转动的向心力设白矮星质量为M，半径为r，赤道上物体的质量为m，则有Gmr.白矮星的质量为M，白矮星的密度为kg/m31.411011kg/m3.即要使物体不被甩掉，白矮星的密度至少为1.411011 kg/m3.(2)白矮星的第一宇宙速度，就是物体在万有引力作用下沿白矮星表面绕它做匀速圆周运动的速度，则Gm，白矮星的第一宇宙速度为v4.02107m/s.