高一物理宇宙速度計算試卷及答案

一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.第一宇宙速度的大小是（）A.7.9km/sB.11.2km/sC.16.7km/sD.20km/s2.人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，稱為（）A.第一宇宙速度B.第二宇宙速度C.第三宇宙速度D.逃逸速度3.若衛(wèi)星的軌道半徑增大，則衛(wèi)星的環(huán)繞速度（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定4.某衛(wèi)星繞地球做圓周運動，軌道半徑為\(r\)，地球質(zhì)量為\(M\)，引力常量為\(G\)，則衛(wèi)星的線速度\(v\)為（）A.\(\sqrt{\frac{GM}{r}}\)B.\(\sqrt{\frac{r}{GM}}\)C.\(\sqrt{GMr}\)D.\(\frac{GM}{r}\)5.第二宇宙速度是使物體可以掙脫（）引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度。A.月球B.地球C.太陽D.火星6.已知地球半徑為\(R\)，地面重力加速度為\(g\)，第一宇宙速度\(v_1\)可表示為（）A.\(\sqrt{gR}\)B.\(\sqrt{2gR}\)C.\(\sqrt{\frac{gR}{2}}\)D.\(2\sqrt{gR}\)7.要發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，使其軌道半徑大于地球半徑，則發(fā)射速度\(v\)滿足（）A.\(v=7.9km/s\)B.\(7.9km/s＜v＜11.2km/s\)C.\(v=11.2km/s\)D.\(v＞16.7km/s\)8.第三宇宙速度的大小約為（）A.7.9km/sB.11.2km/sC.16.7km/sD.24km/s9.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑越小，周期（）A.越大B.越小C.不變D.無法判斷10.若衛(wèi)星的質(zhì)量增大，在同一軌道上運行的速度（）A.增大B.減小C.不變D.與質(zhì)量無關(guān)二、多項選擇題（每題2分，共20分）1.關(guān)于第一宇宙速度，下列說法正確的是（）A.它是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大速度B.它是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最小速度C.它是人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度D.它是人造衛(wèi)星的最大發(fā)射速度2.以下說法正確的是（）A.當(dāng)發(fā)射速度\(v≥11.2km/s\)時，衛(wèi)星將掙脫地球引力束縛B.當(dāng)發(fā)射速度\(v≥16.7km/s\)時，衛(wèi)星將掙脫太陽引力束縛C.第一宇宙速度是衛(wèi)星在地球表面附近做勻速圓周運動的速度D.所有衛(wèi)星的發(fā)射速度都必須大于第一宇宙速度3.衛(wèi)星繞地球做圓周運動，其線速度\(v\)、角速度\(\omega\)、周期\(T\)與軌道半徑\(r\)的關(guān)系正確的是（）A.\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)，\(r\)越大，\(v\)越小B.\(\omega=\sqrt{\frac{GM}{r^{3}}}\)，\(r\)越大，\(\omega\)越小C.\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^{3}}{GM}}\)，\(r\)越大，\(T\)越大D.\(v\)、\(\omega\)、\(T\)都與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān)4.下列關(guān)于宇宙速度的說法正確的是（）A.第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度B.第二宇宙速度是物體脫離地球引力的最小速度C.第三宇宙速度是物體脫離太陽引力的最小速度D.發(fā)射衛(wèi)星的速度可以小于第一宇宙速度5.若兩顆衛(wèi)星\(A\)、\(B\)繞地球做勻速圓周運動，軌道半徑\(r_A＜r_B\)，則（）A.衛(wèi)星\(A\)的線速度大于衛(wèi)星\(B\)的線速度B.衛(wèi)星\(A\)的角速度大于衛(wèi)星\(B\)的角速度C.衛(wèi)星\(A\)的周期大于衛(wèi)星\(B\)的周期D.衛(wèi)星\(A\)的向心加速度大于衛(wèi)星\(B\)的向心加速度6.關(guān)于發(fā)射人造衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A.發(fā)射速度大于第一宇宙速度，衛(wèi)星可以繞地球做橢圓軌道運動B.發(fā)射速度等于第一宇宙速度，衛(wèi)星可以在地面附近做勻速圓周運動C.發(fā)射速度在\(11.2km/s\)到\(16.7km/s\)之間，衛(wèi)星將掙脫地球引力束縛D.發(fā)射速度大于\(16.7km/s\)，衛(wèi)星將掙脫太陽引力束縛7.衛(wèi)星在不同軌道上運行時，下列說法正確的是（）A.軌道半徑越大，動能越小B.軌道半徑越大，勢能越大C.軌道半徑越大，機械能越大D.衛(wèi)星的機械能守恒8.以下哪些現(xiàn)象與宇宙速度相關(guān)（）A.衛(wèi)星繞地球運行B.火箭發(fā)射升空C.行星繞太陽公轉(zhuǎn)D.飛機在大氣層中飛行9.人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，影響其線速度大小的因素有（）A.地球質(zhì)量B.衛(wèi)星質(zhì)量C.軌道半徑D.引力常量10.下列關(guān)于宇宙速度計算的物理量關(guān)系正確的是（）A.\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)由\(F_{向}=F_{引}\)推導(dǎo)得出B.\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^{3}}{GM}}\)由\(v=\frac{2\pir}{T}\)與\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)聯(lián)立得出C.第一宇宙速度與地球半徑和重力加速度有關(guān)D.第二宇宙速度是第一宇宙速度的\(\sqrt{2}\)倍三、判斷題（每題2分，共20分）1.第一宇宙速度是人造衛(wèi)星繞地球運行的最小速度。（）2.只要發(fā)射速度大于7.9km/s，衛(wèi)星就能繞地球做圓周運動。（）3.衛(wèi)星的軌道半徑越大，其周期越小。（）4.第二宇宙速度是物體脫離地球引力的最大速度。（）5.第三宇宙速度是使物體掙脫太陽引力束縛的最小速度。（）6.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其線速度大小與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)。（）7.發(fā)射人造衛(wèi)星的速度可以小于第一宇宙速度。（）8.同一衛(wèi)星在不同軌道上運行時，機械能不守恒。（）9.軌道半徑相同的衛(wèi)星，其線速度、角速度、周期都相同。（）10.若衛(wèi)星質(zhì)量增大一倍，在同一軌道上運行的速度也增大一倍。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述第一宇宙速度的推導(dǎo)思路。答案：根據(jù)萬有引力提供向心力\(F_{向}=F_{引}\)，即\(m\frac{v^{2}}{r}=G\frac{Mm}{r^{2}}\)，在地面附近\(r\approxR\)（地球半徑），結(jié)合\(mg=G\frac{Mm}{R^{2}}\)，消去\(M\)等，可得\(v=\sqrt{gR}\approx7.9km/s\)。2.為什么發(fā)射衛(wèi)星的速度不能小于第一宇宙速度？答案：第一宇宙速度是衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度。若發(fā)射速度小于它，衛(wèi)星無法克服地球引力進(jìn)入軌道，會落回地面，所以發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。3.說明第二宇宙速度和第三宇宙速度的物理意義。答案：第二宇宙速度是物體掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度；第三宇宙速度是物體掙脫太陽引力束縛，飛出太陽系的最小發(fā)射速度。4.衛(wèi)星繞地球運動，軌道半徑變化時，其線速度、角速度、周期如何變化？答案：軌道半徑增大，線速度\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)減小，角速度\(\omega=\sqrt{\frac{GM}{r^{3}}}\)減小，周期\(T=2\pi\sqrt{\frac{r^{3}}{GM}}\)增大。五、討論題（每題5分，共20分）1.討論在不同發(fā)射速度下衛(wèi)星的運動軌跡情況。答案：發(fā)射速度\(v=7.9km/s\)，衛(wèi)星在地面附近做勻速圓周運動；\(7.9km/s＜v＜11.2km/s\)，衛(wèi)星做橢圓軌道運動，地球為橢圓一個焦點；\(v≥11.2km/s\)，衛(wèi)星掙脫地球引力，\(v≥16.7km/s\)衛(wèi)星掙脫太陽引力。2.探討衛(wèi)星在軌道上運行時能量的轉(zhuǎn)化情況。答案：衛(wèi)星在軌道上運行，只有萬有引力做功，機械能守恒。軌道半徑變小時，勢能轉(zhuǎn)化為動能，速度增大；軌道半徑變大時，動能轉(zhuǎn)化為勢能，速度減小。3.分析人類探索宇宙過程中，宇宙速度概念的重要性。答案：宇宙速度為人類探索宇宙提供理論依據(jù)。第一宇宙速度確定了衛(wèi)星繞地的最小發(fā)射速度，第二、第三宇宙速度明確了脫離地球、太陽引力的條件，指引著航天器的發(fā)射規(guī)劃與星際探索方向。4.思考如果地球質(zhì)量發(fā)生變化，對宇宙速度會產(chǎn)生怎樣的影響？答案：由宇宙速度公式，第一宇宙速度\(v_1=\sqrt{\frac{GM}{R}}\)，第二宇宙速度\(v_2=\sqrt{2}v_1\)，第三宇宙速度也與地球質(zhì)量相關(guān)。地球質(zhì)量增大，宇宙速度增大；地球質(zhì)量減小，宇宙速度減小。答案一、單項選擇題1.A2.A3.B