《高一物理同步备课系列（人教版必修2）》6.5 宇宙航行(备作业)(解析版)

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6.5 宇宙航行（解析版）
一、单选题（本大题共 18 小题）
1.如图所示为 1687 年出版的
《
自然哲学的数学原理
》
一书中牛顿所画草图．他设想在高山上水平抛出物
体，若速度一次比一次大，落点就一次比一次远．当速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球
卫星．若不计空气阻力，这个速度至少为
()
A.
7.9 km/s
B.
8.9 km/s
C.
11.2 km/s
D.
16.7 km/s
【答案】
A
【解析】
要使物体沿水平方向抛出而不落回星球表面，需要达到第一宇宙速度，恰好由重力提供向心力，可以求得
第一宇宙速度。
注意第一宇宙速度有三种说法：
它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度
它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度
它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
【解答】
当物体的速度大到向心力恰好等于地球的万有引力时，物体就能成为地球的卫星而不落到地球上，
这个足够大的速度是地球的第一宇宙速度，大小是
7.9
•
km/s
，故
A
正确，
BCD
错误。
故
A
。
2.下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是
()
1
A. 第一宇宙速度
v1=7.9
•
km/s
，第二宇宙速度
v2=11.2
•
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
v2
B. 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小运行速度
【答案】C
【解析】
解：第一宇宙速度，这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度
7.9 km/s
，若
7.9 km/s≤ v<11.2 km/s
，
物体绕地球运行最大环绕速度；
第二宇宙速度，这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度
11.2 km/s
，若
11.2 km/s ≤ v <16.7 km/s
，物
体绕太阳运行
¿
脱离速度
¿
；
第三宇宙速度，这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度
16.7 km/s
，若
v ≥ 16.7 km/s
，物体将脱离太
阳系在宇宙空间运行
¿
逃逸速度
¿
．
A、根据公式
v=
√
GM
r
，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度小于或等于
v1
，故 A 错误；
B、美国发射的“凤凰”号火星探测卫星，其发射速度大于第二宇宙速度，故 B 错误；
C、第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最小发射速度，故 C 正确；
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，也是最小发射速度，故 D 错
误；
故选：C．
第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度，第
二宇宙速度，这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，第三宇宙速度，这是物体挣脱太阳引力束缚的
最小发射速度．
理解三种宇宙速度，特别注意第一宇宙速度有三种说法：它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，
它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度，它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度．
3.我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质最的
10 %
，半径约为地球半径
的
50 %
，下列说法正确的是
()
2
A. 火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B. 火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间
C. 火星的第一字宙速度大于地球的第一宇宙速度
D. 火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度
【答案】A
【解析】
了解三个宇宙速度的基本含义，掌握万有引力定律的内容，理解引力近似等于重力的条件，同时能通过物
理规律把进行比较的物理量表示出来，再通过已知的物理量关系求出问题是选择题中常见的方法。
根据第一宇宙速度是卫星发射的最小速度；第二宇宙速度是人造天体脱离地球引力束缚所需的最小速度；
第三宇宙速度是人造天体脱离太阳束缚所需的最小速度；
结合匀速圆周运动中万有引力提供向心力，及万有引力近似等于重力，一一列式，即可求解。
【解答】
A、当发射速度大于第二宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的范围内运动，火星在太阳系内，
所以火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，故 A 正确；
B、第二宇宙速度是探测器脱离地球的引力到太阳系中的临界条件，当发射速度介于地球的第一和第二宇
宙速度之间时，探测器将围绕地球运动，故 B 错误；
C、万有引力提供向心力，则有：
GMm
R2=m v1
2
R
解得第一宇宙速度为：
v1=
√
GM
R
所以火星的第一宇宙速度为：
v火=
√
1
5v地=
√
5
5v地
，因此火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，
故 C 错误；
D、万有引力近似等于重力，则有：
GMm
R2=mg
解得：火星表面的重力加速度， ，所以火星表面的重力加速度小于地球表
3
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