浙江省備戰(zhàn)2020年高考物理 一遍過考點13 天體運動及人造衛(wèi)星（含解析）

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1、天體運動及人造衛(wèi)星 專題 知識內(nèi)容 考試要求 必考 加試 萬有引力與航天 宇宙航行 c 一、同步衛(wèi)星 同步衛(wèi)星是指相對地球“靜止不動”的衛(wèi)星。 同步衛(wèi)星的六個“一定”： 軌道平面一定 軌道平面與赤道平面重合 高度一定 距離地心的距離一定，h=4.225×104 km；距離地面的高度為3.6×104 km 環(huán)繞速度一定 v=3.08 km/s，環(huán)繞方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同 角速度一定 周期一定 與地球自轉(zhuǎn)周期相同，常取T=24 h 向心加速度一定 a=0.23 m/s2 二、赤道上的物體與同步衛(wèi)星以及近地衛(wèi)星的運動規(guī)律 1．地球赤道上的物

2、體，靜止在地面上與地球相對靜止，隨地球的自轉(zhuǎn)繞地軸做勻速圓周運動。地球赤道上的物體受到地球的萬有引力，其中的一個分力提供物體隨地球自轉(zhuǎn)做圓周運動的向心力，產(chǎn)生向心加速度a，另一個分力為重力，有G–mg=ma（其中R為地球半徑）。 2．近地衛(wèi)星的軌道高度約等于地球的半徑，其所受萬有引力完全提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力，即G=ma。 3．同步衛(wèi)星與赤道上的物體具有與地球自轉(zhuǎn)相同的運轉(zhuǎn)周期和運轉(zhuǎn)角速度，始終與地球保持相對靜止狀態(tài)，共同繞地軸做勻速圓周運動。 4．區(qū)別： （1）同步衛(wèi)星與地球赤道上的物體的周期都等于地球自轉(zhuǎn)的周期，而不等于近地衛(wèi)星的周期。 （2）近地衛(wèi)星與地球赤道上的物體的運動

3、半徑都等于地球的半徑，而不等于同步衛(wèi)星運動的半徑。 （3）三者的線速度各不相同。 三、宇宙速度和衛(wèi)星變軌問題的分析 1．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，既是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星繞地球運行的最大環(huán)繞速度。 2．第一宇宙速度的兩種求法： （1），所以 （2），所以。 3．第二、第三宇宙速度也都是指發(fā)射速度。 4．當衛(wèi)星由于某種原因速度突然改變時（開啟或關(guān)閉發(fā)動機或空氣阻力作用），萬有引力不再等于向心力，衛(wèi)星將變軌運行： （1）當衛(wèi)星的速度突然增加時，，即萬有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星將做離心運動，脫離原來的圓軌道，軌道半徑變大，當衛(wèi)星進入新的軌道穩(wěn)定運行時，由可知

4、其運行速度比原軌道時減小。 （2）當衛(wèi)星的速度突然減小時，，即萬有引力大于所需要的向心力，衛(wèi)星將做近心運動，脫離原來的圓軌道，軌道半徑變小，當衛(wèi)星進入新的軌道穩(wěn)定運行時由可知其運行速度比原軌道時增大。 衛(wèi)星的發(fā)射和回收就是利用這一原理。 5．處理衛(wèi)星變軌問題的思路和方法 （1）要增大衛(wèi)星的軌道半徑，必須加速； （2）當軌道半徑增大時，衛(wèi)星的機械能隨之增大。 6．衛(wèi)星變軌問題的判斷： （1）衛(wèi)星的速度變大時，做離心運動，重新穩(wěn)定時，軌道半徑變大。 （2）衛(wèi)星的速度變小時，做近心運動，重新穩(wěn)定時，軌道半徑變小。 （3）圓軌道與橢圓軌道相切時，切點處外面的軌道上的速度大，向心加速度

5、相同。 7．特別提醒:“ 三個不同” （1）兩種周期——自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期的不同 （2）兩種速度——環(huán)繞速度與發(fā)射速度的不同，最大環(huán)繞速度等于最小發(fā)射速度 （3）兩個半徑——天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r的不同 四、雙星系統(tǒng) 1．在天體運動中，將兩顆彼此相距較近，且在相互之間萬有引力作用下繞兩者連線上的某點做周期相同的勻速圓周運動的行星稱為雙星。 2．雙星系統(tǒng)的條件： （1）兩顆星彼此相距較近； （2）兩顆星靠相互之間的萬有引力做勻速圓周運動； （3）兩顆星繞同一圓心做圓周運動。 3．雙星系統(tǒng)的特點： （1）兩星的角速度、周期相等； （2）兩星的向心力大小相等； （3）

6、兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離，即r1+r2=L，軌道半徑與行星的質(zhì)量成反比。 4．雙星問題的處理方法： 雙星間的萬有引力提供了它們做圓周運動的向心力，即，由此得出 （1）m1r1=m2r2，即某恒星的運動半徑與其質(zhì)量成反比； （2）由于ω=，r1+r2=L，所以兩恒星的質(zhì)量之和。 有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a在地球赤道上未發(fā)射，b在地面附近近地軌道上正常運動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖，則有 A．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度g B．c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是π/6 C．b在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長 D．d的運動周期有可能

7、是20 h 【參考答案】C 【詳細解析】對于衛(wèi)星a，根據(jù)萬有引力定律、牛頓第二定律列式可得 ，又知道，故a的向心加速度小于重力加速度g，A項錯誤；由c是地球同步衛(wèi)星，可知衛(wèi)星c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是，B項錯誤；由得，，故軌道半徑越大，線速度越小，故衛(wèi)星b的線速度大于衛(wèi)星c的線速度，衛(wèi)星c的線速度大于衛(wèi)星d的線速度，而衛(wèi)星a與同步衛(wèi)星c的周期相同，故衛(wèi)星c的線速度大于衛(wèi)星a的線速度，C項正確；由得，，軌道半徑r越大，周期越長，故衛(wèi)星d的周期大于同步衛(wèi)星c的周期，D項錯誤。 1．（2019·北京師大附中期末）2019年5月17日，我國成功發(fā)射第45顆北斗導航衛(wèi)星，該衛(wèi)星屬于地球靜止軌道

8、衛(wèi)星（同步衛(wèi)星），該衛(wèi)星 A．入軌后可以位于北京正上方 B．入軌后的速度大于第一宇宙速度 C．發(fā)射速度大于第二宇宙速度 D．入軌后的加速度小于地面重力加速度 【答案】D 【解析】A.同步衛(wèi)星只能定點在赤道上空，故A錯誤；B.所有衛(wèi)星的運行速度都不大于第一宇宙速度，故B錯誤；C.同步衛(wèi)星的發(fā)射速度都要大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，故C錯誤；D.根據(jù)可知，入軌后的加速度小于地面重力加速度，故D正確。 （2019·珠海市第二中學期中）經(jīng)長期觀測，人們在宇宙中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“雙星系統(tǒng)”，“雙星系統(tǒng)”由兩顆相距較近的恒星組成，每個恒星的大小遠小于兩個星體之間的距離，而且雙星系統(tǒng)一

9、般遠離其他天體。兩顆星球組成的雙星m1、m2，在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上的O點做周期相同的勻速圓周運動?，F(xiàn)測得兩顆星之間的距離為L，質(zhì)量之比為m1∶m2＝3∶2。則可知 A．m1與m2做圓周運動的角速度之比為2:3 B．m1與m2做圓周運動的線速度之比為2:3 C．m1做圓周運動的半徑為2L/5 D．m2做圓周運動的半徑為2L/5 【參考答案】BC 【詳細解析】A、雙星靠相互間的萬有引力提供向心力，相等的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過相同的角度，故角速度相等，則A項不合題意；B、根據(jù)可知，角速度相等，有雙星的線速度比等于半徑比為2:3；故B項符合題意；CD、向心力大小相等，有：，即，因為質(zhì)量

10、之比為m1:m2=3:2，則軌道半徑之比r1:r2=2:3，所以m1做圓周運動的半徑為，m2做圓周運動的半徑為，故C項符合題意，D項不合題意。 1．由多顆星體構(gòu)成的系統(tǒng)，叫做多星系統(tǒng)。有這樣一種簡單的四星系統(tǒng)：質(zhì)量剛好都相同的四個星體A、B、C、D，A、B、C分別位于等邊三角形的三個頂點上，D位于等邊三角形的中心。在四者相互之間的萬有引力作用下，D靜止不動，A、B、C繞共同的圓心D在等邊三角形所在的平面內(nèi)做相同周期的圓周運動。若四個星體的質(zhì)量均為m，三角形的邊長為a，引力常量為G，則下列說法正確的是 A．A、B、C三個星體做圓周運動的半徑均為 B．A、B兩個星體之間的萬有引力大小

11、為 C．A、B、C三個星體做圓周運動的向心加速度大小均為 D．A、B、C三個星體做圓周運動的周期均為 【答案】BC 【解析】A、ABC繞中點D做圓周運動，由幾何知識知，半徑為，故A錯；B、根據(jù)萬有引力公式可知A、B兩個星體之間的萬有引力大小為，故B對；C、以A為對象，受到的合力為 ，所以A、B、C三個星體做圓周運動的向心加速度大小均為，故C對；D、以A為對象，受到的合力為，在根據(jù)牛頓第二定律，可解得： ，故D錯；故選BC。 【名師點睛】合理受力分析，找到四星運動的軌道圓心，然后利用受力找到向心力，解向心力公式即可求得周期、線速度、加速度等。 （2019·福建期末）2019年

12、5月17日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號丙運載火衛(wèi)，成功發(fā)射了第四十五顆北斗導航衛(wèi)星。該衛(wèi)星發(fā)射過程為：先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1上，然后在P處變軌到橢圓軌道2上，最后由軌道2在Q處變軌進入同步衛(wèi)星軌道3。軌道1，2相切于P點，軌道2、3相切于Q點。忽略衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則該衛(wèi)星 A．在軌道3上的運行周期為24 h B．在軌道3上的運行速率大于7.9 km/s C．在軌道3上經(jīng)過Q點的向心加速度大于在軌道2上經(jīng)過Q點的向心加速度 D．在軌道2上由P點向Q點運動的過程中，地球引力對衛(wèi)星做負功，衛(wèi)星的動能減少 【參考答案】ACD 【詳細解析】A．在軌道3為同步衛(wèi)星軌道，故在軌道3

13、上運行周期為24h，故A正確；B．7.9km/s是地球第一宇宙速度大小，而第一宇宙速度是繞地球圓周運動的最大速度，也是近地衛(wèi)星運行速度，故同步軌道3上衛(wèi)星運行速度小于第一宇宙速度，故B錯誤；C．在同一點Q，衛(wèi)星受到的萬有引力相同，在軌道3上萬有引力提供向心力，在軌道2上衛(wèi)星在Q點做近心運動，則萬有引力大于向心力，即，則在軌道3上經(jīng)過Q點的向心加速度大于在軌道2上經(jīng)過Q點的向心加速度，故C正確；D．衛(wèi)星在軌道2上無動力運行時，由近地點P向遠地點Q運動過程中，地球?qū)πl(wèi)星的引力做負功，勢能增加，而衛(wèi)星的機械能保持不變，故其動能減小，故D正確。 1．如圖所示，發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近

14、地圓軌道1，然后經(jīng)點火使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火將衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于Q點。軌道2、3相切于P點（如圖），則當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道正常運行時，下列說法中不正確的是 A．衛(wèi)星在軌道3上的周期小于在軌道1上的周期 B．衛(wèi)星在軌道3上的速率小于在軌道1上的速率 C．衛(wèi)星在軌道2上運行時，經(jīng)過Q點時的速率大于經(jīng)過P點時的速率 D．衛(wèi)星在軌道2上運行時，經(jīng)過Q點時加速度大于經(jīng)過P點的加速度 【答案】A 【解析】A、根據(jù)開普勒第三定律知，衛(wèi)星的軌道半徑越大，則周期也越大，故衛(wèi)星在軌道3上的周期大于在軌道1上的周期，故A不正確；B、根據(jù)衛(wèi)星受到的萬有引力提供向心

15、力即：可知環(huán)繞速度為，可知衛(wèi)星的軌道半徑越大，運行速率越小，則衛(wèi)星在軌道3上的速率小于在軌道1上的速率，故B正確；C、根據(jù)開普勒第二定律知，衛(wèi)星在軌道2上運行時，從Q點向P點運動時，速度逐漸減小，經(jīng)過Q點時的速率大于經(jīng)過P點時的速率，故C正確；D、衛(wèi)星離地面越遠，萬有引力越小，根據(jù)牛頓第二定律，加速度也越小，故經(jīng)過Q點時加速度大于經(jīng)過P點的加速度，故D正確。 【名師點睛】本題衛(wèi)星運動涉及橢圓軌道問題，要結(jié)合開普勒定律、萬有引力提供向心力和牛頓第二定律分析求解即可。 1．（2019·安徽期中）一人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，假如該衛(wèi)星變軌后仍做勻速圓周運動，速度大小減小為原來的，則變

16、軌前后衛(wèi)星的 A．周期之比為18 B．角速度大小之比為21 C．向心加速度大小之比為41 D．軌道半徑之比為12 2．中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。預(yù)計2020年左右，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將形成全球覆蓋能力。如圖所示是北斗導航系統(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

17、 h 3．（2019·浙江期末）5月17日23點48分，長征三號丙運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)第45顆衛(wèi)星（北斗二號GEO﹣8衛(wèi)星）。該衛(wèi)星是我國北斗區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的第4顆備份衛(wèi)星，屬于地球靜止同步軌道衛(wèi)星。至此，北斗二號衛(wèi)星導航系統(tǒng)圓滿收官。則北斗二號GEO﹣8衛(wèi)星在軌道運行時，其 A．線速度大于第一宇宙速度 B．角速度大于月球繞地球運行的角速度 C．向心加速度大于地面的重力加速度 D．每隔24 h都會有兩次經(jīng)過赤道上空 4．據(jù)《科技日報》報道，2020年前我國將發(fā)射8顆繞地球做勻速圓周運動的海洋系列衛(wèi)星：包括4顆海洋水色衛(wèi)星、2顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星

18、和2顆海陸雷達衛(wèi)星，以加強對黃巖島、釣魚島及西沙群島等島嶼附近海域的監(jiān)測。已知海陸雷達衛(wèi)星軌道半徑是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星軌道半徑的倍。則 A．海陸雷達衛(wèi)星加速度是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星加速度的 B．海陸雷達衛(wèi)星繞地周期是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星繞地周期的倍 C．海陸雷達衛(wèi)星線速度是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星線速度的倍 D．海陸雷達衛(wèi)星所受引力是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星所受引力的 5．（2019·浙江紹興一中高三月考）2018年12月30日，嫦娥四號探測器在人類歷史上首次實現(xiàn)了航天器在月球背面軟著陸和巡視勘察，獲取了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖并傳回地面?！谤o橋號”中繼衛(wèi)星承擔了地面控制室與探測器的通信。如圖，“鵲橋

19、號位于地月拉格朗日L2點，它與月球一起以相同的周期繞地球做勻速圓周運動，從而節(jié)省衛(wèi)星燃料，有利于對其進行軌道控制下列說法正確的是 A．“鵲橋號”的向心力僅由地球的引力提供 B．“鵲橋號”的繞行速度小于月球的繞行速度 C．“鵲橋號”向心加速度小于月球的向心加速度 D．月球的線速度小于地球同步衛(wèi)星的線速度 6．（2019·四川期末）如圖所示，甲是我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”，運行軌道高度為500 km，乙是地球同步衛(wèi)星。 關(guān)于甲、乙兩衛(wèi)星的運動，下列說法中正確的是 A．衛(wèi)星乙的周期可能是20 h B．衛(wèi)星乙可能在瀘州正上空 C．衛(wèi)星甲的周期大于衛(wèi)星乙的周期 D．衛(wèi)星甲的

20、角速度大于衛(wèi)星乙的角速度 7．我國正在建設(shè)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，計劃2018年，面向“一帶一路”沿線及周邊國家提供基本服務(wù)，2020年前后，完成35顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，為全球用戶提供服務(wù)。2018年1月12日7時18分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，以“一箭雙星”方式成功發(fā)射第26、27顆北斗導航衛(wèi)星，將與前25顆衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)運行.其中在赤道上空有2顆北斗衛(wèi)星A、B繞地球做同方向的勻速圓周運動，其軌道半徑分別為地球半徑的和，且衛(wèi)星B的運動周期為T。某時刻兩顆衛(wèi)星與地心在同一直線上，如圖所示。則下列說法正確的是 A．衛(wèi)星A、B的加速度之比為 B．衛(wèi)星A、B的周期

21、之比為是 C．再經(jīng)時間t=，兩顆衛(wèi)星之間可以直接通信 D．為了使赤道上任一點任一時刻均能接收到衛(wèi)星B所在軌道的衛(wèi)星的信號，該軌道至少需要4顆衛(wèi)星 8．（2019·四川期末）假設(shè)將來一艘飛船靠近火星時，經(jīng)歷如圖所示的變軌過程，已知萬有引力常量為，則下列說法正確的是 A．飛船在軌道Ⅱ上運動到P點的速度小于在軌道Ⅰ運動到P點的速度 B．若軌道Ⅰ貼近火星表面，測出飛船在軌道Ⅰ運動的周期，就可以推知火星的密度 C．飛船在軌道Ⅰ上運動到P點時的加速度大于飛船在軌道Ⅱ上運動到P點時的加速度 D．飛船在軌道Ⅱ上運動時的周期大于在軌道Ⅰ上運動時的周期 9．如圖所示，赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體A、

22、赤道上空的近地衛(wèi)星B、地球同步衛(wèi)星C，它們的運動都可視為勻速圓周運動，比較三個物體的運動情況，以下判斷正確的是 A．三者的周期關(guān)系為 B．三者向心加速度大小關(guān)系為 C．三者角速度的大小關(guān)系為 D．三者線速度的大小關(guān)系為 10．（2019·重慶會考）如圖所示，極地軌道衛(wèi)星的運行軌道可視為圓軌道，其軌道平面通過地球的南北兩極。若已知一個極地軌道衛(wèi)星從北緯60°的正上方，按圖示方向第一次運行到南緯60°的正上方時所用時間為t，已知地球半徑為R（地球視為均勻球體），地球表面的重力加速度為g，萬有引力常量為G，由以上已知量可以求出 A．該衛(wèi)星的運行周期 B．該衛(wèi)星距地面的高度 C

23、．該衛(wèi)星的質(zhì)量 D．地球的質(zhì)量 11． 2016年2月11日，美國科學家宣布探測到引力波，證實了愛因斯坦100年前的預(yù)測，彌補了愛因斯坦廣義相對論中最后一塊缺失的“拼圖”。雙星的運動是產(chǎn)生引力波的來源之一，假設(shè)宇宙中有一雙星系統(tǒng)由a、b兩顆星體組成，這兩顆星繞它們連線的某一點在萬有引力作用下做勻速圓周運動，測得a星的周期為T，a、b兩顆星的距離為l，a、b兩顆星的軌道半徑之差為Δr（a星的軌道半徑大于b星的軌道半徑），則 A．b星的周期為 B．a(chǎn)、b兩顆星的質(zhì)量之比為 C．a(chǎn)星的線速度大小為 D．a(chǎn)、b兩顆星的半徑之比為 12．（2019·江蘇期末）已知地球半徑為R，質(zhì)量為M，自

24、轉(zhuǎn)角速度為w，萬有引力常量為G，地球同步衛(wèi)星與地心間的距離為r，近地人造衛(wèi)星繞地球的運行軌道可視為圓，則 A．地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運動的加速度為w2R B．地球同步衛(wèi)星做勻速圓周運動的加速度為w2r C．地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度為wR D．地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度為 13．（2019·廣東期末）如圖所示，a為固定在地球赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體，b為沿地球表面附近做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星，關(guān)于a、b、c的下列說法中正確的是 A．線速度的大小關(guān)系為vaTb C．加速度大小關(guān)系為aa >ab >ac

25、 D．地球?qū)、b、c的萬有引力等于其各自做圓周運動所需的向心力 14．“天宮一號”是我國自主研發(fā)的目標飛行器，是中國空間實驗室的雛形。2013年6月，“神舟十號”與“天宮一號”成功對接，6月20日3位航天員為全國中學生上了一節(jié)生動的物理課。已知“天宮一號”飛行器運行周期T，地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，“天宮一號”環(huán)繞地球做勻速圓周運動，引力常量為G。求： （1）地球的密度； （2）地球的第一宇宙速度v； （3）“天宮一號”距離地球表面的高度。 15．有一種衛(wèi)星叫做極地衛(wèi)星，其軌道平面與地球的赤道平面成90°角，它常應(yīng)用于遙感、探測。假設(shè)有一個極地衛(wèi)星繞地球做勻速周運動。

26、已知：該衛(wèi)星的運動周期為T0/4（T0為地球的自轉(zhuǎn)周期），地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R。則： （1）該衛(wèi)星一晝夜能有幾次經(jīng)過赤道上空？試說明理由。 （2）該衛(wèi)星離地的高度H為多少？ 16．（2019·北京卷）2019年5月17日，我國成功發(fā)射第45顆北斗導航衛(wèi)星，該衛(wèi)星屬于地球靜止軌道衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）。該衛(wèi)星 A．入軌后可以位于北京正上方 B．入軌后的速度大于第一宇宙速度 C．發(fā)射速度大于第二宇宙速度 D．若發(fā)射到近地圓軌道所需能量較少 17．（2019·天津卷）2018年12月8日，肩負著億萬中華兒女探月飛天夢想的嫦娥四號探測器成功發(fā)射，“實現(xiàn)人類航天器首次在月

27、球背面巡視探測，率先在月背刻上了中國足跡”。已知月球的質(zhì)量為、半徑為，探測器的質(zhì)量為，引力常量為，嫦娥四號探測器圍繞月球做半徑為的勻速圓周運動時，探測器的 A．周期為 B．動能為 C．角速度為 D．向心加速度為 18．（2018·江蘇卷）我國高分系列衛(wèi)星的高分辨對地觀察能力不斷提高。今年5月9日發(fā)射的“高分五號”軌道高度約為705 km，之前已運行的“高分四號”軌道高度約為36 000 km，它們都繞地球做圓周運動。與“高分四號”相比，下列物理量中“高分五號”較小的是 A．周期 B．角速度 C．線速度 D．向心加速度 19．（2017·江蘇卷）“天舟一號”貨運飛船于2017年

28、4月20日在文昌航天發(fā)射中心成功發(fā)射升空，與“天宮二號”空間實驗室對接前，“天舟一號”在距離地面約380 km的圓軌道上飛行，則其 A．角速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度 B．線速度小于第一宇宙速度 C．周期小于地球自轉(zhuǎn)周期 D．向心加速度小于地面的重力加速度 20．（2016·北京卷）如圖所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球E運行，在P點變軌后進入軌道2做勻速圓周運動。下列說法正確的是 A．不論在軌道1還是軌道2運行，衛(wèi)星在P點的速度都相同 B．不論在軌道1還是軌道2運行，衛(wèi)星在P點的加速度都相同 C．衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度 D．衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相

29、同動量 21．（2016·四川卷）國務(wù)院批復，自2016年起將4月24日設(shè)立為“中國航天日”。1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號，目前仍然在橢圓軌道上運行，其軌道近地點高度約為440 km，遠地點高度約為2 060 km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空35 786 km的地球同步軌道上。設(shè)東方紅一號在遠地點的加速度為a1，東方紅二號的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為 A．a(chǎn)2>a1>a3 B．a(chǎn)3>a2>a1 C．a(chǎn)3>a1>a2 D．a(chǎn)1>a2>a3 22．（2016·

30、天津卷）我國即將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室，之后發(fā)生“神舟十一號”飛船與“天宮二號”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 23．（2016·海南卷）通過觀測冥王星

31、的衛(wèi)星，可以推算出冥王星的質(zhì)量。假設(shè)衛(wèi)星繞冥王星做勻速圓周運動，除了引力常量外，至少還需要兩個物理量才能計算出冥王星的質(zhì)量。這兩個物理量可以是 A．衛(wèi)星的速度和角速度 B．衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑 C．衛(wèi)星的質(zhì)量和角速度 D．衛(wèi)星的運行周期和軌道半徑 24．（2015·天津卷）未來的星際航行中，宇航員長期處于零重力狀態(tài)，為緩解這種狀態(tài)帶來的不適，有人設(shè)想在未來的航天器上加裝一段圓柱形“旋轉(zhuǎn)倉”如圖所示，當旋轉(zhuǎn)艙繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)時，宇航員站在旋轉(zhuǎn)艙內(nèi)圓柱形側(cè)壁上，可以受到與他站在地球表面時相同大小的支持力，為達到目的，下列說法正確的是 A．旋轉(zhuǎn)艙的半徑越大，轉(zhuǎn)動的角速度就應(yīng)越大 B

32、．旋轉(zhuǎn)艙的半徑越大，轉(zhuǎn)動的角速度就應(yīng)越小 C．宇航員質(zhì)量越大，旋轉(zhuǎn)艙的角速度就應(yīng)越大 D．宇航員質(zhì)量越大，旋轉(zhuǎn)艙的角速度就應(yīng)越小 1．A【解析】根據(jù)萬有引力充當衛(wèi)星繞地球的向心力：G=m，衛(wèi)星的線速度v=，由題知，速度大小減小為原來的，則軌道半徑增大到原來的4倍，即變軌前后軌道半徑之比為 1:4；衛(wèi)星的角速度==，可得變軌前后角速度大小之比為8:1；衛(wèi)星的向心加速度a==，可得變軌前后向心加速度大小之比為16:1；衛(wèi)星的周期T=，可得變軌前后周期之比為1:8，故BCD錯誤，A正確。 2．A【解析】由萬有引力提供向心力得：，解得：，，，。a的軌道半徑大于c的軌道半徑，因此衛(wèi)星a的角速

33、度小于c的角速度，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，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，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的周期，為24 h，D錯誤；故選A。 3．B【解析】A、第一宇宙速度是近地飛行的線速度，則可知北斗二號GEO﹣8衛(wèi)星的線速度小于第一宇宙速度，故選項A錯誤；BD、由題意可知北斗二號GEO﹣8衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星，則其運行周期為24 h，小于月球繞運行的周期，根據(jù)可知其角速度大于月球繞地球運行的角速度，故選項B正確，D錯誤；C、在地球表面上的物體有重力等于萬有引力，即，可得地面

34、的重力加速度為，對北斗二號GEO﹣8衛(wèi)星有，得其向心加速度為，則可知北斗二號GEO﹣8衛(wèi)星的向心加速度小于地面的重力加速度，故選項C錯誤。 4．AC【解析】由萬有引力提供向心力：，可得，，，由可得海陸雷達衛(wèi)星加速度是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星加速度的，所以A正確。由可得海陸雷達衛(wèi)星線速度是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星線速度的，則C正確；由可得海陸雷達衛(wèi)星繞地周期是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星繞地周期的倍，故B錯誤。因不知兩顆衛(wèi)星的質(zhì)量，故無法比較萬有引力的大小，故D錯誤。所以選擇AC。 【名師點睛】萬有引力提供向心力，根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律列式比較線速度、周期、向心加速度的大小的表達式，由此可以判斷各個選項。 5

35、．D【解析】A、“鵲橋號”的向心力由月球和地球引力的合力提供。故A錯誤；B、因為“鵲橋號”與月球起以相同的周期繞地球做勻速圓周運動，根據(jù)v=ωr知“鵲橋號”的線速度大于月球的線速度。故B錯誤；C、根據(jù)a=ω2r知，“鵲橋號”的向心加速度大于月球的向心加速度。故C錯誤；D、月球的軌道半徑大于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑，根據(jù)v=可知，月球的線速度小于地球同步衛(wèi)星的線速度，故D正確。 6．D【解析】A、乙為同步衛(wèi)星，其周期為24 h，A錯誤；B、同步衛(wèi)星的軌道只能在赤道上空，B錯誤；CD、，解得，可知軌道半徑小的周期小，角速度大，C錯誤D正確。 7．AD【解析】AB、由萬有引力提供向心力有，解得，衛(wèi)

36、星A、B的加速度之比為，故A正確；解得，衛(wèi)星A、B的周期之比為，故B錯誤；C、再經(jīng)時間t兩顆衛(wèi)星之間可以直接通信，則有，又，解得，故C錯誤；D、由B衛(wèi)星的分布圖求得所輻射的最大角度，，則，則輻射的最大角度為，需要的衛(wèi)星個數(shù)，為了使赤道上任一點任一時刻均能接收到衛(wèi)星B所在軌道的衛(wèi)星的信號，該軌道至少需要4顆衛(wèi)星，故D正確；故選AD。 【名師點睛】萬有引力提供向心力，由牛頓第二定律求出加速度、周期之比，由幾何關(guān)系為了使赤道上任一點任一時刻均能接收到衛(wèi)星B所在軌道的衛(wèi)星的信號，該軌道至少需要顆數(shù)衛(wèi)星。 8．BD【解析】A、從軌道I到軌道Ⅱ要在P點點火加速，則在軌道I上P點的速度小于軌道Ⅱ上P點的

37、速度，故A錯誤；B、飛船貼近火星表面飛行時，如果知道周期T，可以計算出密度，即由，，可解得，故B正確；C、根據(jù)可知，飛船在I、Ⅱ軌道上的P點加速度相等，故C錯誤；D、因為軌道Ⅱ半長軸大于軌道Ⅰ的半徑，所以飛船在軌道Ⅱ上運動時的周期大于在軌道Ⅰ上運動時的周期，故D正確。 9．CD【解析】因為同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，故TA=TC，故A錯誤；因為同步衛(wèi)星的周期和地球自轉(zhuǎn)相同，故ωA=ωC，根據(jù)a=rω2知，A和C的向心加速度大小關(guān)系為aA

38、線速度，知vC

39、不能求出該衛(wèi)星的質(zhì)量，故C錯誤；D、在地球表面有，地球的質(zhì)量，故D正確。 11．C【解析】A：雙星系統(tǒng)靠相互間的萬有引力提供向心力，角速度大小相等，周期相等，所以b星的周期為T，故A項錯誤。B：據(jù)題意得：、，解得：、；根據(jù)、，解得：，故B項錯誤。C：a星的周期為T，，則a星的線速度，故C項正確。D：、，則a、b兩顆星的半徑之比，故D項錯誤。 12．BD【解析】A、衛(wèi)星繞地球做圓周運動時，由地球的萬有引力提供向心力，有：，解得：，地球同步衛(wèi)星的角速度等于地球自轉(zhuǎn)角速度ω，得地球近地衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星的角速度之比為：，則得：，所以地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運動的加速度為，故A錯誤。B、地球同步衛(wèi)星

40、的角速度等于地球自轉(zhuǎn)角速度ω，則地球同步衛(wèi)星做勻速圓周運動的加速度為：a同=ω2r，故B正確。C、地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度為：v近=ω近R=，故C錯誤。D、地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運動時，根據(jù)得近地衛(wèi)星的線速度為，故D正確。 13．B【解析】A、a、c運行的角速度相等，根據(jù)v=ωr知，va＜vc。對于b、c衛(wèi)星，根據(jù)萬有引力提供了向心力，得，可得，，知vc＜vb，所以有va＜vc＜vb，故A錯誤。B、a、c轉(zhuǎn)動的周期相等。根據(jù)可得，知Tc＞Tb，所以有Ta=Tc＞Tb，故B正確。C、a、c運行的角速度相等，根據(jù)a=ω2r，知ac＞aa，根據(jù)可得，知ab＞ac。所以有ab＞ac＞aa，

41、故C錯誤。D、地球?qū)、c的萬有引力等于其各自做圓周運動所需的向心力，而對于a，地球?qū)Φ娜f有引力和地面支持力的合力等于a做圓周運動所需的向心力，故D錯誤。 14．（1） （2） （3） 【解析】（1）在地球表面重力與萬有引力相等：， 地球密度： 解得： （2）第一宇宙速度是近地衛(wèi)星運行的速度， （3）天宮一號的軌道半徑， 根據(jù)萬有引力提供圓周運動向心力有：， 解得： 15．（1）8次 （2） 【解析】（1）衛(wèi)星周期，則衛(wèi)星一晝夜繞地球轉(zhuǎn)4圈， 衛(wèi)星每個周期經(jīng)過赤道上空兩次，因此一晝夜衛(wèi)星經(jīng)過地球赤道上空8次 （2）衛(wèi)星繞地球做圓周運動，由牛頓第二定律得： 在

42、地球表面的物體受到的重力等于萬有引力，即： 解得 【名師點睛】萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力，由牛頓第二定律列方程可以求出衛(wèi)星距地面的高度，解題時注意“黃金代換”的應(yīng)用。 16．D【解析】由于衛(wèi)星為同步衛(wèi)星，所以入軌后一定只能與赤道在同一平面內(nèi)，故A錯誤；由于第一宇宙速度為衛(wèi)星繞地球運行的最大速度，所以衛(wèi)星入軌后的速度一定小于第一宇宙速度，故B錯誤；由于第二宇宙速度為衛(wèi)星脫離地球引力的最小發(fā)射速度，所以衛(wèi)星的發(fā)射速度一定小于第二宇宙速度，故C錯誤；將衛(wèi)星發(fā)射到越高的軌道克服引力所作的功越大，所以發(fā)射到近地圓軌道所需能量較小，故D正確。 17．C【解析】由萬有引力提供向心力可得，可得

43、，故A正確；解得，由于，故B錯誤；解得，故C錯誤；解得，故D錯誤。綜上分析，答案為A。 18．A【解析】本題考查人造衛(wèi)星運動特點，意在考查考生的推理能力。設(shè)地球質(zhì)量為M，人造衛(wèi)星質(zhì)量為m，人造衛(wèi)星做勻速圓周運動時，根據(jù)萬有引力提供向心力有，得，，，，因為“高分四號”的軌道半徑比“高分五號”的軌道半徑大，所以選項A正確，BCD錯誤。 【名師點睛】本題考查人造衛(wèi)星運動特點，解題時要注意兩類軌道問題分析方法：一類是圓形軌道問題，利用萬有引力提供向心力，即求解；一類是橢圓形軌道問題，利用開普勒定律求解。 19．BCD【解析】根據(jù)知，“天舟一號”的角速度大于同步衛(wèi)星的角速度，而同步衛(wèi)星的角速度等于

44、地球自轉(zhuǎn)的角速度，所以“天舟一號”的角速度大于地球自轉(zhuǎn)角的速度，周期小于地球自轉(zhuǎn)的周期，故A錯誤；C正確；第一宇宙速度為最大的環(huán)繞速度，所以“天舟一號”的線速度小于第一宇宙速度，B正確；地面重力加速度為，故“天舟一號”的向心加速度a小于地面的重力加速度g，故D正確。 【名師點睛】衛(wèi)星繞地球做圓周運動，考查萬有引力提供向心力。與地球自轉(zhuǎn)角速度、周期的比較，要借助同步衛(wèi)星，天舟一號與同步衛(wèi)星有相同的規(guī)律，而同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同。 20．B【解析】從軌道1變軌到軌道2，需要加速逃逸，故A錯誤；根據(jù)公式可得，故只要半徑相同，加速度就相同，由于衛(wèi)星在軌道1做橢圓運動，運動半徑在變化，所以運

45、動過程中的加速度在變化，B正確，C錯誤；衛(wèi)星在軌道2做勻速圓周運動，運動過程中的速度方向時刻在變，所以動量方向不同，D錯誤。 21．D【解析】東方紅二號和固定在地球赤道上的物體轉(zhuǎn)動的角速度相同，根據(jù)a=ω2r可知，a2>a3；根據(jù)可知a1>a2，故選D。 【名師點睛】此題主要考查同步衛(wèi)星的特點及萬有引力定律的應(yīng)用；要知道同步衛(wèi)星與地球具有相同的角速度和周期；這里放到赤道上的物體和衛(wèi)星兩者受力情況是不同的，要區(qū)別對待，不能混淆。 22．C【解析】若使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，飛船加速會進入較高的軌道，空間實驗室減速會進入較低的軌道，都不能實現(xiàn)對接，選項AB錯誤；要想實現(xiàn)對接，可使飛

46、船在比空間實驗室半徑較小的軌道上加速，然后飛船將進入較高的空間實驗室軌道，逐漸靠近空間站后，兩者速度接近時實現(xiàn)對接，選項C正確，選項D錯誤。 【名師點睛】此題考查了衛(wèi)星的變軌問題；關(guān)鍵是知道衛(wèi)星在原軌道上加速時，衛(wèi)星所受的萬有引力不足以提供向心力而做離心運動，衛(wèi)星將進入較高軌道；同理如果衛(wèi)星速度減小，衛(wèi)星將做近心運動而進入較低軌道。 23．AD【解析】根據(jù)線速度和角速度可以求出半徑，根據(jù)萬有引力提供向心力則有，整理可得，故選項A正確；由于衛(wèi)星的質(zhì)量m可約掉，故選項BC錯誤；若知道衛(wèi)星的運行周期和軌道半徑，則，整理得，故選項D正確。 【名師點睛】解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力提供向心力這一理論

47、，知道線速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系。 24．B【解析】在外太空，宇航員處于完全失重狀態(tài)，所以在旋轉(zhuǎn)倉中我們不需要考慮地球引力作用；宇航員在旋轉(zhuǎn)倉中做圓周運動所需要的向心力由側(cè)壁支持力提供，根據(jù)題意有，故可知，與宇航員質(zhì)量無關(guān)，所以選項CD錯誤；旋轉(zhuǎn)半徑越大，轉(zhuǎn)運角速度就越小，故選項A錯誤、B正確。 【名師點睛】萬有引力與航天是高考的熱點也是重點，要把握好三個模型（公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)和雙星）和解決天體問題以兩條思路（一是黃金代換式，二是萬有引力充當向心力），這是解決天體問題的基礎(chǔ)。同時，這類試題對審題的要求比較高，如何回歸模型是關(guān)鍵，如本題中，貌似屬于萬有引力與航天問題，實質(zhì)上卻是生活中的圓周運動問題，與萬有引力無關(guān)，從“供需”的角度分析向心力即可。 23