2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 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(chǔ)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(zhuǎn)，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(nèi)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(dāng)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(guān)系可知，sin θ＝；根據(jù)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(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)．預(yù)計

3、2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將形成全球覆蓋能力．如圖所示是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)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(zhì)檢)科學(xué)家預(yù)測銀河系中所有行星的數(shù)量大概在2～3萬億之間．目前在銀河系發(fā)現(xiàn)一顆類地行星，半徑是地球半徑的兩倍，質(zhì)量是地球質(zhì)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(shè)地球的半徑為R，質(zhì)量為M，則類地行星的半徑為2R，質(zhì)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(dāng)向心力，根據(jù)公式G＝m，可得va＝，vb

5、＝，故線速度之比為1∶，A錯誤；根據(jù)公式G＝mω2r，可得ωa＝，ωb＝，故角速度之比為3∶2，根據(jù)T＝，可得周期之比為2∶3，B正確，C錯誤；根據(jù)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(shè)“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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)對接，選項B錯誤；當(dāng)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(xiàn)對接，選項C正確；當(dāng)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(xiàn)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(guān)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)周期相同，但它的軌道必須與赤道在同一平面內(nèi)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(zhuǎn)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(chǎn)的向心加速度等于重力加速度g B．b在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長 C．c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jù)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(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長，選項B正確；c是地球的同步衛(wèi)星，則轉(zhuǎn)動的周期為24 h，則c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)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(dāng)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(zhuǎn)移軌道；當(dāng)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(guān)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(zhuǎn)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(jù)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(dāng)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(zhuǎn)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(guān)系是v2＝v1.已知某星球的半徑為地球半徑R的4倍，質(zhì)量為地球質(zhì)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(shè)在地球表面飛行的衛(wèi)星質(zhì)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(shè)該星球的第一宇宙速

13、度為v1′，根據(jù)題意，有＝·＝；由地球的第一宇宙速度v1＝，再由題意知v2＝v1，聯(lián)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(xué)實驗衛(wèi)星開啟星際之旅，這是我國在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)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(jīng)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(guān)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(zhì)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(lián)立解得地球的質(zhì)量為M＝，不能求出“墨子號”的質(zhì)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(xué)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(zhì)量是地球的6倍，直徑是地球的1.5倍．公轉(zhuǎn)周期為13個地球日．“Glicsc581”的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的0.31倍．設(shè)該行星與地球均視為質(zhì)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(zhuǎn)時，根據(jù)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(zhuǎn)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(guān)系，故D錯誤． 答案：B 二、非選擇題 12.(2019·湖北武漢調(diào)研)如圖所示，一宇航員站在質(zhì)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(jīng)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(shè)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(zhì)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(zhuǎn)

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(zhuǎn)移軌道”進入“工作軌道”，應(yīng)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)繞的線速度大小； (3)求月球的第一宇宙速度． 解析：(1)要使探月衛(wèi)星從“轉(zhuǎn)移軌道”進入“工作軌道”，應(yīng)減小速度使衛(wèi)星做近心運動． (2)根據(jù)線速度與軌道半徑和周期的關(guān)系可知探月衛(wèi)星線速度的大小v＝. (3)設(shè)月球的質(zhì)量為M，探月衛(wèi)星的質(zhì)量為m，月球?qū)μ皆滦l(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(shè)“近月衛(wèi)星”的質(zhì)量為m′，則有G＝m′ 解得v1＝. 答案：(1)減小　(2)　(3) 9