2020屆高三物理一輪復習 第四章 第5講 天體運動與人造衛(wèi)星課時作業(yè)（含解析）

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1、天體運動與人造衛(wèi)星 [基礎題組] 一、單項選擇題 1．人造地球衛(wèi)星在繞地球做圓周運動的過程中，下列說法中正確的是(　　) A．衛(wèi)星離地球越遠，角速度越大 B．同一圓軌道上運行的兩顆衛(wèi)星，線速度大小一定相同 C．一切衛(wèi)星運行的瞬時速度都大于7.9 km/s D．地球同步衛(wèi)星可以在以地心為圓心、離地高度為固定值的一切圓軌道上運動 解析：衛(wèi)星所受的萬有引力提供向心力，則G＝m＝mω2r，可知r越大，角速度越小，r一定，線速度大小一定，A錯誤，B正確；7.9 km/s是地球衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，C錯誤；因為地球會自轉，同步衛(wèi)星只能在赤道上方的圓軌道上運動，D錯誤． 答案：B

2、2．(2019·河北石家莊模擬)如圖所示，人造衛(wèi)星A、B在同一平面內繞地心O做勻速圓周運動，已知AB連線與AO連線間的夾角最大為θ，則衛(wèi)星A、B的線速度之比為(　　) A．sin θ　　　　　　　 B. C. D. 解析：由題圖可知，當AB連線與B所在的圓周相切時，AB連線與AO連線的夾角θ最大，由幾何關系可知，sin θ＝；根據G＝m可知，v＝，故＝＝，選項C正確． 答案：C 3.(2019·天津模擬)中國北斗衛(wèi)星導航系統(BDS)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統，是繼美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(GLONASS)之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統．預計

3、2020年左右，北斗衛(wèi)星導航系統將形成全球覆蓋能力．如圖所示是北斗導航系統中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運動，a是地球同步衛(wèi)星，則(　　) A．衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度 B．衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度 C．衛(wèi)星a的運行速度大于第一宇宙速度 D．衛(wèi)星b的周期大于24 h 解析：a的軌道半徑大于c的軌道半徑，因此衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度，選項A正確；a的軌道半徑與b的軌道半徑相等，因此衛(wèi)星a的加速度等于b的加速度，選項B錯誤；a的軌道半徑大于地球半徑，因此衛(wèi)星a的運行速度小于第一宇宙速度，選項C錯誤；a的軌道半徑與b的軌道半徑相等，衛(wèi)星b的周期等于a

4、的周期，為24 h，選項D錯誤． 答案：A 4．(2019·江蘇淮安質檢)科學家預測銀河系中所有行星的數量大概在2～3萬億之間．目前在銀河系發(fā)現一顆類地行星，半徑是地球半徑的兩倍，質量是地球質量的三倍．衛(wèi)星a、b分別繞地球、類地行星做勻速圓周運動，它們距中心天體表面的高度均等于地球的半徑．則衛(wèi)星a、b的(　　) A．線速度之比為1∶ B．角速度之比為3∶2 C．周期之比為2∶ D．加速度之比為4∶3 解析：設地球的半徑為R，質量為M，則類地行星的半徑為2R，質量為3M，衛(wèi)星a的運動半徑為Ra＝2R，衛(wèi)星b的運動半徑為Rb＝3R，萬有引力充當向心力，根據公式G＝m，可得va＝，vb

5、＝，故線速度之比為1∶，A錯誤；根據公式G＝mω2r，可得ωa＝，ωb＝，故角速度之比為3∶2，根據T＝，可得周期之比為2∶3，B正確，C錯誤；根據公式G＝ma，可得aa＝，ab＝，故加速度之比為3∶4，D錯誤． 答案：B 5．我國發(fā)射的“天宮二號”空間實驗室與之后發(fā)射“神舟十一號”成功完成對接．假設“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現飛船與空間實驗室的對接，下列措施可行的是(　　) A．使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間實驗室實現對接 B．使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后空間實驗室減速等待飛船實現對接 C．飛船先在比空間實

6、驗室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接 D．飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接 解析：飛船在同一軌道上加速追趕空間實驗室時，速度增大，所需向心力大于萬有引力，飛船將做離心運動，不能實現與空間實驗室的對接，選項A錯誤；同理，空間實驗室在同一軌道上減速等待飛船時，速度減小，所需向心力小于萬有引力，空間實驗室做近心運動，也不能實現對接，選項B錯誤；當飛船在比空間實驗室半徑小的軌道上加速時，飛船做離心運動，逐漸靠近空間實驗室，可實現對接，選項C正確；當飛船在比空間實驗室半徑小的軌道上減速時，飛船將做近心

7、運動，遠離空間實驗室，不能實現對接，選項D錯誤． 答案：C 二、多項選擇題 6．(2019·廣東廣州華南師大附中模擬)關于環(huán)繞地球運行的衛(wèi)星，下列說法正確的是(　　) A．在同一軌道上運行的兩顆質量相同的衛(wèi)星，它們的動量相同 B．在赤道上空運行的兩顆同步衛(wèi)星，它們的機械能可能不同 C．若衛(wèi)星運動的周期與地球自轉周期相同，它就是同步衛(wèi)星 D．沿橢圓軌道運行的衛(wèi)星，在軌道不同位置可能具有相同的速率 解析：在同一軌道上運行的兩顆質量相同的衛(wèi)星，它們的速度大小相同，但是方向不同，則動量大小相同，方向不同，即動量不同，選項A錯誤；在赤道上空運行的兩顆同步衛(wèi)星，它們的高度和速率都相同，但是

8、質量可能不同，機械能可能不同，選項B正確；若衛(wèi)星運動的周期與地球自轉周期相同，但它的軌道必須與赤道在同一平面內它才是同步衛(wèi)星，選項C錯誤；沿橢圓軌道運行的衛(wèi)星，在軌道不同位置可能具有相同的速率，例如在與長軸對稱的兩點上，選項D正確． 答案：BD 7．(2019·河北滄州一中高三月考)有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在赤道表面上隨地球一起轉動；b是近地軌道地球衛(wèi)星；c是地球的同步衛(wèi)星；d是高空探測衛(wèi)星．它們均做勻速圓周運動，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則(　　) A．a的向心加速度等于重力加速度g B．b在相同時間內轉過的弧長最長 C．c在4 h內轉過的圓心角是 D．d的運

9、動周期可能是20 h 解析：近地衛(wèi)星b的加速度滿足G＝ma＝mg，即a＝g，而地球赤道上靜止的物體隨地球自轉受到的向心力由萬有引力和地面支持力提供，故a的向心加速度小于重力加速度g，選項A錯誤；c是地球同步衛(wèi)星，c的角速度與a的角速度相同，由v＝ωr可知c的線速度大于a的線速度，在b、c、d中，根據G＝m，則v＝，可知b的線速度最大，則在a、b、c、d中b的線速度也最大，b在相同時間內轉過的弧長最長，選項B正確；c是地球的同步衛(wèi)星，則轉動的周期為24 h，則c在4 h內轉過的圓心角是＝，選項C正確；d是高空探測衛(wèi)星，則其周期要大于同步衛(wèi)星c的周期，即T>24 h，故選項D錯誤． 答案：BC

10、 8．(2019·河北衡水檢測)同步衛(wèi)星的發(fā)射方法是變軌發(fā)射，即先把衛(wèi)星發(fā)射到離地面高度為200～300 km的圓形軌道上，這條軌道叫停泊軌道，如圖所示，當衛(wèi)星穿過赤道平面上的P點時，末級火箭點火工作，使衛(wèi)星進入一條大的橢圓軌道，其遠地點恰好在地球赤道上空約36 000 km處，這條軌道叫轉移軌道；當衛(wèi)星到達遠地點Q時，再開動衛(wèi)星上的發(fā)動機，使之進入同步軌道，也叫靜止軌道．關于同步衛(wèi)星及其發(fā)射過程，下列說法正確的是(　　) A．在P點火箭點火和Q點開動發(fā)動機的目的都是使衛(wèi)星加速，因此，衛(wèi)星在靜止軌道上運行的線速度大于在停泊軌道運行的線速度 B．在P點火箭點火和Q點開動發(fā)動機的目的都是

11、使衛(wèi)星加速，因此，衛(wèi)星在靜止軌道上運行的機械能大于在停泊軌道運行的機械能 C．衛(wèi)星在轉移軌道上運動的速度大小范圍為7.9～11.2 km/s D．所有地球同步衛(wèi)星的靜止軌道都相同 解析：根據衛(wèi)星變軌的原理知，在P點火箭點火和Q點開動發(fā)動機的目的都是使衛(wèi)星加速．當衛(wèi)星做圓周運動時，由G＝m，得v＝，可知，衛(wèi)星在靜止軌道上運行的線速度小于在停泊軌道運行的線速度，故A錯誤；在P點火箭點火和Q點開動發(fā)動機的目的都是使衛(wèi)星加速，由能量守恒知，衛(wèi)星在靜止軌道上運行的機械能大于在停泊軌道運行的機械能，故B正確；衛(wèi)星在轉移軌道上的遠地點需加速才能進入同步衛(wèi)星軌道，而同步衛(wèi)星軌道的速度小于7.9 km/h

12、，故C錯誤；所有地球同步衛(wèi)星的靜止軌道都相同，并且都在赤道平面上，高度一定，故D正確． 答案：BD [能力題組] 一、選擇題 9．使物體脫離星球的引力束縛，不再繞星球運行，從星球表面發(fā)射所需的最小速度稱為第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2與第一宇宙速度v1的關系是v2＝v1.已知某星球的半徑為地球半徑R的4倍，質量為地球質量M的2倍，地球表面重力加速度為g.不計其他星球的影響，則該星球的第二宇宙速度為(　　) A. B. C. D. 解析：設在地球表面飛行的衛(wèi)星質量為m，由萬有引力提供向心力得G＝，又有G＝mg，解得地球的第一宇宙速度為v1＝＝；設該星球的第一宇宙速

13、度為v1′，根據題意，有＝·＝；由地球的第一宇宙速度v1＝，再由題意知v2＝v1，聯立得該星球的第二宇宙速度為v2′＝，故A、B、D錯誤，C正確． 答案：C 10．2016年8月16日凌晨，被命名為“墨子號”的中國首顆量子科學實驗衛(wèi)星開啟星際之旅，這是我國在世界上首次實現衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系．如圖所示，“墨子號”衛(wèi)星的工作高度約為500 km，在軌道上繞地球做勻速圓周運動，經過時間t(t小于其運動周期)，運動的弧長為s，與地球中心連線掃過的角度為β(弧度)，引力常量為G，則下列關于“墨子號”的說法正確的是(　　) A．向心加速度小于地球

14、同步衛(wèi)星的向心加速度 B．周期為 C．質量為 D．線速度大于第一宇宙速度 解析：由G＝m，得v＝，可知衛(wèi)星的軌道半徑越大，速率越小，第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，故“墨子號”在軌道上運行的線速度小于地球的第一宇宙速度，D錯誤；環(huán)繞周期為T＝＝，B正確；“墨子號”繞地球做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，即G＝mrω2，ω＝，v＝，r＝，聯立解得地球的質量為M＝，不能求出“墨子號”的質量，C錯誤；由G＝ma得加速度a＝，則知“墨子號”的向心加速度大于地球同步衛(wèi)星的向心加速度，A錯誤． 答案：B 11．(2019·四川南充高級中學高三考前模擬考試)太陽系外行星大多不適宜人類居住，繞

15、恒星“Glicsc581”運行的行星“Gl－581c”卻很值得我們期待．該行星的溫度在0 ℃到40 ℃之間，質量是地球的6倍，直徑是地球的1.5倍．公轉周期為13個地球日．“Glicsc581”的質量是太陽質量的0.31倍．設該行星與地球均視為質量分布均勻的球體，繞其中心天體做勻速圓周運動，則(　　) A．在該行星和地球上發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度相同 B．如果人到了該行星，其體重是地球上的2倍 C．該行星與“Glicsc581”的距離是日地距離的 倍 D．恒星“Glicsc581”的密度是地球的169倍 解析：由v＝得該行星與地球的第一宇宙速度之比為v行∶v地＝ ＝2∶1，故A錯誤；由

16、萬有引力近似等于重力，得G＝mg，得行星表面的重力加速度為g＝，則得該行星表面與地球表面重力加速度之比為g行∶g地＝＝8∶3，所以如果人到了該行星，其體重是地球上的＝2倍，故B正確；行星繞恒星運轉時，根據萬有引力提供向心力，列出等式G＝m，得行星與恒星的距離r＝，行星“Gl－58lc”公轉周期為13個地球日，將已知條件代入解得：行星“Gl－58lc”的軌道半徑與地球軌道半徑r行G∶r日地＝，故C錯誤；由于恒星“Glicsc581”的半徑未知，不能確定其密度與地球密度的關系，故D錯誤． 答案：B 二、非選擇題 12.(2019·湖北武漢調研)如圖所示，一宇航員站在質量分布均勻的某星球表面的

17、一斜坡上的A點，沿水平方向以速度v0拋出一個小球，測得經過時間t小球落到斜坡上的另一點B，斜坡的傾角為θ，已知該星球的半徑為R，求： (1)該星球表面的重力加速度； (2)該星球的第一宇宙速度． 解析：(1)設該星球表面的重力加速度為g，由平拋運動規(guī)律，則 x＝v0t y＝gt2 ＝tan θ 解得g＝ (2)一質量為m的衛(wèi)星在該星球表面附近環(huán)繞星球運行時，重力提供向心力，則 mg＝m 解得v＝＝ ，此即該星球的第一宇宙速度． 答案：(1)　(2) 13．如圖所示，探月衛(wèi)星的發(fā)射過程可簡化如下：首先進入繞地球運行的“停泊軌道”，在該軌道的P處通過變速再進入“地月轉

18、移軌道”，在快要到達月球時，對衛(wèi)星再次變速，衛(wèi)星被月球引力“俘獲”后，成為環(huán)月衛(wèi)星，最終在環(huán)繞月球的“工作軌道”繞月飛行(視為圓周運動)，對月球進行探測．“工作軌道”周期為T、距月球表面的高度為h，月球半徑為R，引力常量為G，忽略其他天體對探月衛(wèi)星在“工作軌道”上環(huán)繞運動的影響． (1)要使探月衛(wèi)星從“轉移軌道”進入“工作軌道”，應增大速度還是減小速度？ (2)求探月衛(wèi)星在“工作軌道”上環(huán)繞的線速度大?。? (3)求月球的第一宇宙速度． 解析：(1)要使探月衛(wèi)星從“轉移軌道”進入“工作軌道”，應減小速度使衛(wèi)星做近心運動． (2)根據線速度與軌道半徑和周期的關系可知探月衛(wèi)星線速度的大小v＝. (3)設月球的質量為M，探月衛(wèi)星的質量為m，月球對探月衛(wèi)星的萬有引力提供其做勻速圓周運動的向心力，所以有G＝m(R＋h) 月球的第一宇宙速度v1等于“近月衛(wèi)星”的環(huán)繞速度，設“近月衛(wèi)星”的質量為m′，則有G＝m′ 解得v1＝. 答案：(1)減小　(2)　(3) 9