高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題強(qiáng)化練四 剖析衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中的“兩大難點(diǎn)” 新人教版

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1、高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題強(qiáng)化練四 剖析衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中的“兩大難點(diǎn)” 新人教版 題組一　近地衛(wèi)星、赤道上物體及同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 1．(多選)將月球、地球同步衛(wèi)星和靜止在地球赤道上的物體三者進(jìn)行比較，下列說(shuō)法正確的是 (　　)． A．三者都只受萬(wàn)有引力的作用，萬(wàn)有引力都提供向心力 B．月球的向心加速度小于地球同步衛(wèi)星的向心加速度 C．地球同步衛(wèi)星的角速度與靜止在地球赤道上的物體的角速度相同 D．地球同步衛(wèi)星相對(duì)地心的線速度與靜止在地球赤道上的物體相對(duì)地心的線速度大小相等 解析　靜止在地球赤道上的物體不僅受萬(wàn)有引力作用，還受地面的支持力作用，A錯(cuò)誤；由＝ma可得a＝，因月球

2、繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑大于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑，故月球的向心加速度小于地球同步衛(wèi)星的向心加速度，B正確；地球同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期與靜止在地球赤道上物體的周期相同，所以角速度相同，C正確；由v＝ωR可知，D錯(cuò)誤． 答案　BC 2．(多選)如圖3所示，地球赤道上的山丘e、近地資源衛(wèi)星p和同步通信衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．設(shè)e、p、q的圓周運(yùn)動(dòng)速率分別為v1、v2、v3，向心加速度分別為a1、a2、a3，則 (　　)． 圖3 A．v1>v2>v3　 B．v1a2>a3　 D．a(chǎn)1

3、，由v＝ωr，a＝ω2r可知v1

4、有引力提供，故A正確；由G＝m?v＝，運(yùn)行速度與軌道半徑的平方根成反比，并非與離地高度的平方根成反比，故B錯(cuò)誤；由G＝m2R?T＝2πR，所以空間站運(yùn)行周期小于地球自轉(zhuǎn)的周期，故C正確；空間站內(nèi)的宇航員所受萬(wàn)有引力完全提供向心力，處于完全失重狀態(tài)，D錯(cuò)誤． 答案　AC 4．(多選)同步衛(wèi)星離地心距離為r，運(yùn)行速度為v1，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則以下正確的是 (　　)． A.＝　 B．＝2 C.＝　 D．＝－ 解析　設(shè)地球質(zhì)量為M，同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m1，地球赤道上的物體質(zhì)量為m2，在地球表面附近飛行的物體的質(zhì)量為m2

5、′，根據(jù)向心加速度和角速度的關(guān)系有a1＝ωr，a2＝ωR，ω1＝ω2，故＝，可知選項(xiàng)A正確． 由萬(wàn)有引力定律有G＝m1，G＝m2′，由以上兩式解得＝，可知選項(xiàng)D正確． 答案　AD 5．(單選)有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b處于地面附近的近地軌道上正常運(yùn)動(dòng)，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖4所示，則有 (　　)． 圖4 A．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度g B．b在相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng) C．c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角是 D．d的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20 小時(shí) 解析　對(duì)a：－FN＝ma，又＝mg，故a

6、；由＝m得：v＝，b的速度最大，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)，B正確；c為同步衛(wèi)星，周期為24小時(shí)，故4小時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為×4＝，C錯(cuò)誤；因d的運(yùn)動(dòng)周期一定大于c的周期，故周期一定大于24小時(shí)，D錯(cuò)誤． 答案　B 題組二　衛(wèi)星的變軌問(wèn)題 6．(多選)要使衛(wèi)星從如圖5所示的圓形軌道1通過(guò)橢圓軌道2轉(zhuǎn)移到同步軌道3，需要兩次短時(shí)間開(kāi)動(dòng)火箭對(duì)衛(wèi)星加速，加速的位置應(yīng)是圖中的 (　　)． 圖5 A．P點(diǎn)　 B．Q點(diǎn) C．R點(diǎn)　 D．S點(diǎn) 解析　衛(wèi)星在圓軌道1上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度小于在橢圓軌道2上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度，故在P點(diǎn)開(kāi)動(dòng)火箭向前加速，此后衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力不足以提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心

7、力，可在軌道2上運(yùn)動(dòng)，A正確；衛(wèi)星在橢圓軌道2上運(yùn)動(dòng)到R點(diǎn)時(shí)的速度小于在圓軌道3上時(shí)的速度，故應(yīng)在R點(diǎn)加速，C正確． 答案　AC 7．(xx·上海卷，9)(單選)小行星繞恒星運(yùn)動(dòng)，恒星均勻地向四周輻射能量，質(zhì)量緩慢減小，可認(rèn)為小行星在繞恒星運(yùn)動(dòng)一周的過(guò)程中近似做圓周運(yùn)動(dòng)．則經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，小行星運(yùn)動(dòng)的 (　　)． A．半徑變大　 B．速率變大 C．角速度變大　 D．加速度變大 解析　恒星均勻地向四周輻射能量，質(zhì)量緩慢減小，二者之間萬(wàn)有引力減小，小行星運(yùn)動(dòng)的半徑增大，速率減小，角速度減小，加速度減小，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤． 答案　A 8．(單選)xx年發(fā)射的“嫦娥三號(hào)”

8、衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次對(duì)地外天體的直接探測(cè)，如圖6為“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星在月球引力作用下，先沿橢圓軌道向月球靠近，并在P處“剎車制動(dòng)”后繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并再次變軌最后實(shí)現(xiàn)軟著陸，已知“嫦娥三號(hào)”繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，周期為T，引力常量為G，則 (　　)． 圖6 A．“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射速度必須大于11.2 km/s B．“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星在橢圓軌道與圓軌道上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的速度相等 C．“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星由遠(yuǎn)月點(diǎn)Q點(diǎn)向P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度逐漸減小 D．由題給條件可求出月球質(zhì)量 解析　由衛(wèi)星發(fā)射條件知，地球衛(wèi)星發(fā)射速度應(yīng)大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，A錯(cuò)；衛(wèi)星在P點(diǎn)由橢圓軌

9、道到圓軌道要適當(dāng)減速，因此在橢圓軌道與圓軌道上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的速度不相等，B錯(cuò)；“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星由遠(yuǎn)月點(diǎn)Q點(diǎn)向P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，月球引力對(duì)其做正功，速度逐漸增大，C錯(cuò)；由G＝mr可得月球質(zhì)量為M＝，D對(duì)． 答案　D 9．(單選)小型登月器連接在航天站上，一起繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為月球半徑的3倍，某時(shí)刻，航天站使登月器減速分離，登月器沿如圖7所示的橢圓軌道登月，在月球表面逗留一段時(shí)間完成科考工作后，經(jīng)快速啟動(dòng)仍沿原橢圓軌道返回，當(dāng)?shù)谝淮位氐椒蛛x點(diǎn)時(shí)恰與航天站對(duì)接，登月器快速啟動(dòng)時(shí)間可以忽略不計(jì)，整個(gè)過(guò)程中航天站保持原軌道繞月運(yùn)行．已知月球表面的重力加速度為g，月球半徑為R，不考慮月球自轉(zhuǎn)的影

10、響，則登月器可以在月球上停留的最短時(shí)間約為 (　　)． 圖7 A．4.7π　 B．3.6π C．1.7π　 D．1.4π 解析　對(duì)圓軌道上質(zhì)量為m、運(yùn)動(dòng)周期為T1的物體，滿足：G＝m，近月軌道上質(zhì)量為m的物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)滿足：G＝mg，可求得兩周期T1的值．設(shè)橢圓軌道上的物體運(yùn)行周期為T2，由開(kāi)普勒第三定律可得＝，可求得T2的值．依題意登月器可以在月球上停留的最短時(shí)間為T1－T2≈4.7π，A對(duì)． 答案　A 10．(多選)如圖8所示，在“嫦娥”探月工程中，設(shè)月球半徑為R，月球表面的重力加速度為g0.飛船在半徑為4R的圓形軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)，到達(dá)軌道的A點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火變軌進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，到

11、達(dá)軌道的近月點(diǎn)B時(shí)，再次點(diǎn)火進(jìn)入近月軌道Ⅲ繞月做圓周運(yùn)動(dòng)，則 (　　)． 圖8 A．飛船在軌道Ⅲ的運(yùn)行速率大于 B．飛船在軌道Ⅰ上運(yùn)行速率小于在軌道Ⅱ上B處的速率 C．飛船在軌道Ⅰ上的重力加速度小于在軌道Ⅱ上B處重力加速度 D．飛船在軌道Ⅰ、軌道Ⅲ上運(yùn)行的周期之比為4∶1 解析　飛船在軌道Ⅲ上運(yùn)行時(shí)的速率設(shè)為v，由mg0＝m，得v＝，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；飛船在軌道Ⅰ、Ⅲ上運(yùn)行速率分別為v1、v3，由G＝m和G＝m，解得v1＝和v3＝，可見(jiàn)v3>v1，設(shè)軌道Ⅱ上的B點(diǎn)速度為vB，飛船在B點(diǎn)由軌道Ⅲ變軌到軌道Ⅱ?yàn)殡x心運(yùn)動(dòng)，則G，則vB>v3>v1，選項(xiàng)B正確；由mg＝G

12、，得g＝，由rA>rB，則gA

13、② 由①②式得Ek＝ ③ 由題意知，引力勢(shì)能Ep＝－ ④ 由③④式得衛(wèi)星的機(jī)械能E＝Ek＋Ep＝－ 由功能關(guān)系知，因摩擦而產(chǎn)生的熱量Q＝ΔE減＝E1－E2＝，故選項(xiàng)C正確． 答案　C B　深化訓(xùn)練——提高能力技巧 12．(單選)北京時(shí)間2012年4月16日天文愛(ài)好者迎來(lái)了土星沖日的美麗天象，觀賞到了美麗的“指環(huán)王”．土星是夜空最美麗的星球之一，它是肉眼易見(jiàn)的大行星中離地球最遠(yuǎn)的，在望遠(yuǎn)鏡中，其外形像一頂草帽，被譽(yù)為“指環(huán)王”．土星沖日是指土星和太陽(yáng)正好分處地球兩側(cè)，三者幾乎成一條直線，此時(shí)土星與地球距離最近，亮度也最高，是觀測(cè)的最佳時(shí)機(jī)．沖日前后，太陽(yáng)剛從西方落下，土星便由東

14、方升起，直到天亮由西方落下，整夜可見(jiàn)，是一年中觀測(cè)土星最好的時(shí)機(jī)．該天象大約每378天發(fā)生一次，基本上是一年一度．已知土星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的方向相同，則 (　　)． 圖9 A．土星公轉(zhuǎn)的速率比地球大 B．土星公轉(zhuǎn)的向心加速度比地球大 C．土星公轉(zhuǎn)的周期約為1.1×104天 D．假如土星適度加速，有可能與地球?qū)崿F(xiàn)對(duì)接 解析　根據(jù)G＝m可得，半徑r越大，線速度越小，A錯(cuò)誤；由ma＝G可得，半徑r越大，向心加速度越小，B錯(cuò)誤；若土星加速，則半徑變大，不可能與地球?qū)崿F(xiàn)對(duì)接，D錯(cuò)誤；由t＝2π，其中T1＝365天，t＝378天，分析可知只有C正確． 答案　C 13．(多選)同重力場(chǎng)作

15、用下的物體具有重力勢(shì)能一樣，萬(wàn)有引力場(chǎng)作用下的物體同樣具有引力勢(shì)能．若取無(wú)窮遠(yuǎn)處引力勢(shì)能為零，物體距星球球心距離為r時(shí)的引力勢(shì)能為Ep＝－G(G為引力常量)，設(shè)宇宙中有一個(gè)半徑為R的星球，宇航員在該星球上以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體，不計(jì)空氣阻力，經(jīng)t秒后物體落回手中，則 (　　)． A．在該星球表面上以的初速度水平拋出一個(gè)物體，物體將不再落回星球表面 B．在該星球表面上以2的初速度水平拋出一個(gè)物體，物體將不再落回星球表面 C．在該星球表面上以的初速度豎直拋出一個(gè)物體，物體將不再落回星球表面 D．在該星球表面上以2的初速度豎直拋出一個(gè)物體，物體將不再落回星球表面 解

16、析　設(shè)該星球表面附近的重力加速度為g′，物體豎直上拋運(yùn)動(dòng)有：v0＝，在星球表面有：mg′＝G，設(shè)繞星球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的速度為v1，則m＝G，聯(lián)立解得v1＝，A正確；2>，B正確；從星球表面豎直拋出物體至無(wú)窮遠(yuǎn)速度為零的過(guò)程，有mv＋Ep＝0，即mv＝G，解得v2＝2，C錯(cuò)誤，D正確． 答案　ABD 14．(xx·湖北聯(lián)考)(單選)經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，A行星運(yùn)行的軌道半徑為R0，周期為T0，但其實(shí)際運(yùn)行的軌道與圓軌道總存在一些偏離，且周期性地每隔t0時(shí)間發(fā)生一次最大的偏離．如圖10所示，天文學(xué)家認(rèn)為形成這種現(xiàn)象的原因可能是A行星外側(cè)還存在著一顆未知行星B，則行星B運(yùn)動(dòng)軌道半徑為 (　　)． 圖10 A．R＝R0　 B．R＝R0 C．R＝R0　 D．R＝R0 解析　A行星發(fā)生最大偏離時(shí)，A、B行星與恒星在同一直線上，且位于恒星同一側(cè)，設(shè)行星B的運(yùn)行周期為T、半徑為R，則有：t0－t0＝2π，所以T＝，由開(kāi)普勒第三定律得：＝，解得：R＝R0，A正確． 答案　A