高中物理 第三章 萬(wàn)有引力定律 第4節(jié) 人造衛(wèi)星 宇宙速度3 同步衛(wèi)星的特點(diǎn)及發(fā)射 同步練習(xí) 教科版必修2.doc

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第4節(jié) 人造衛(wèi)星 宇宙速度3 同步衛(wèi)星的特點(diǎn)及發(fā)射 （答題時(shí)間：30分鐘） 1. 在衛(wèi)星軌道中，有兩類(lèi)比較特殊的軌道，一類(lèi)是與赤道共面的赤道軌道，另一類(lèi)是與赤道平面垂直并通過(guò)地球兩極的極地軌道，還有與赤道平面成某一角度的其他軌道，如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 同步衛(wèi)星不可能處在極地軌道，極地軌道上衛(wèi)星的周期不可能與同步衛(wèi)星的周期相同 B. 同步衛(wèi)星不可能處在極地軌道，極地軌道上衛(wèi)星的周期可能與同步衛(wèi)星的周期相同 C. 同步衛(wèi)星可能處在其他軌道，其他軌道上衛(wèi)星的周期不可能與同步衛(wèi)星的周期相同 D. 同步衛(wèi)星可能處在其他軌道，其他軌道上衛(wèi)星的周期可能與同步衛(wèi)星的周期相同 2. 2010年1月17日，我國(guó)成功發(fā)射北斗PASS—G1地球同步衛(wèi)星。據(jù)了解這已是北斗五星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射的第三顆地球同步衛(wèi)星。則對(duì)于這三顆已發(fā)射的同步衛(wèi)星，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 它們的運(yùn)行速度大小相等，且都小于7.9 km/s B. 它們運(yùn)行周期可能不同 C. 它們離地心的距離可能不同 D. 它們的向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等 3. 我國(guó)于2012年10月25日在西昌成功發(fā)射第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，這是二代北斗導(dǎo)航工程的最后一顆衛(wèi)星。這次發(fā)射的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是一顆地球同步衛(wèi)星，如圖所示，若第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星先沿橢圓軌道1飛行，后在遠(yuǎn)地點(diǎn)P處點(diǎn)火加速，由橢圓軌道1變成地球同步圓軌道2。下列說(shuō)法正確的是（ ） A. 衛(wèi)星在軌道2運(yùn)行時(shí)的速度大于7.9km/s B. 衛(wèi)星沿軌道2運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，衛(wèi)星中的儀器處于失重狀態(tài) C. 衛(wèi)星沿軌道2運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，有可能經(jīng)過(guò)北京的正上空 D. 衛(wèi)星經(jīng)過(guò)軌道1上的P點(diǎn)和軌道2上的P點(diǎn)的加速度大小相等 4. 我國(guó)在軌運(yùn)行的氣象衛(wèi)星有兩類(lèi)，一類(lèi)是極地軌道衛(wèi)星——風(fēng)云1號(hào)，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為12h，另一類(lèi)是地球同步軌道衛(wèi)星——風(fēng)云2號(hào)，運(yùn)行周期為24 h。下列說(shuō)法正確的是（ ） A. 風(fēng)云1號(hào)的線速度大于風(fēng)云2號(hào)的線速度 B. 風(fēng)云1號(hào)的向心加速度大于風(fēng)云2號(hào)的向心加速度 C. 風(fēng)云1號(hào)的發(fā)射速度大于風(fēng)云2號(hào)的發(fā)射速度 D. 風(fēng)云1號(hào)、風(fēng)云2號(hào)相對(duì)地面均靜止 5. 關(guān)于地球同步通訊衛(wèi)星，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 它一定在赤道上空運(yùn)行 B. 各國(guó)發(fā)射的這種衛(wèi)星軌道半徑都一樣 C. 它運(yùn)行的線速度一定小于第一宇宙速度 D. 它運(yùn)行的線速度介于第一和第二宇宙速度之間 6. 2014年3月8日，馬來(lái)西亞航空公司從吉隆坡飛往北京的航班MH370失聯(lián)，MH370失聯(lián)后多個(gè)國(guó)家積極投入搜救行動(dòng)，在搜救過(guò)程中衛(wèi)星發(fā)揮了巨大的作用。其中我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和美國(guó)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)均參與搜救工作。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)包含5顆地球同步衛(wèi)星，而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)由運(yùn)行周期為12小時(shí)的圓軌道衛(wèi)星群組成，則下列說(shuō)法正確的是（ ） A. 發(fā)射人造地球衛(wèi)星時(shí)，發(fā)射速度只要大于7.9km/s就可以 B. 衛(wèi)星向地面上同一物體拍照時(shí)，GPS衛(wèi)星拍攝視角小于北斗同步衛(wèi)星拍攝視角 C. 北斗同步衛(wèi)星的機(jī)械能一定大于GPS衛(wèi)星的機(jī)械能 D. 北斗同步衛(wèi)星的線速度與GPS衛(wèi)星的線速度之比為 7. 為了實(shí)現(xiàn)除地球極地等少部分地區(qū)外的“全球通信”，理論上須發(fā)射三顆通信衛(wèi)星，使它們均勻地分布在同步衛(wèi)星軌道上。假設(shè)地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，同步衛(wèi)星所在軌道處的重力加速度為g′，則三顆衛(wèi)星中任意兩顆衛(wèi)星間直線距離為（ ） A. B. C. D. 8. 月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑約為地球半徑的60倍，運(yùn)行周期約為27天，地球半徑R地＝6.4103km，萬(wàn)有引力恒量為G。（計(jì)算結(jié)果可以保留根號(hào)，且只要數(shù)量級(jí)對(duì)就給滿(mǎn)分） 求：（1）地球同步衛(wèi)星離地面的高度約為多少千米？ （2）地球的質(zhì)量約為多少？ （3）月球繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度v約為多少？  1. B 解析：同步衛(wèi)星只可能處在赤道軌道；萬(wàn)有引力提供向心力，得，衛(wèi)星環(huán)繞周期只與半徑有關(guān)，故只要半徑相同，極地軌道衛(wèi)星和其他軌道衛(wèi)星的周期均可以與同步衛(wèi)星的周期相同。故B正確。 2. A 解析：7.9km/s是環(huán)繞地球表面的線速度，由線速度公式可知，半徑越大，線速度越小，同步衛(wèi)星的線速度小于7.9km/s，它們的運(yùn)行速度大小相等，故A正確；由周期公式，可知同步衛(wèi)星的軌道半徑相同，故B、C錯(cuò)誤；向心加速度，可知它們的向心加速度大于靜止在赤道上物體的向心加速度。 3. BD 解析：根據(jù)知，，知軌道半徑越大，線速度越小，第一宇宙速度的軌道半徑為地球的半徑，半徑最小，則線速度最大。故A錯(cuò)誤；航衛(wèi)星在軌道2運(yùn)行時(shí)完全失重，故B正確；同步衛(wèi)星只能在赤道平面，所以不可能經(jīng)過(guò)北京正上空，故C錯(cuò)誤；衛(wèi)星在軌道1上的P點(diǎn)和軌道2上的P點(diǎn)所受的萬(wàn)有引力相等，根據(jù)牛頓第二定律，知加速度相等，故D正確。 4. AB 解析：衛(wèi)星繞地球圓周運(yùn)動(dòng)有：，可知風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星周期和半徑均小于風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星的周期和半徑。根據(jù)萬(wàn)有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力＝有衛(wèi)星的線速度，所以風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星的半徑小，線速度大，故A正確；根據(jù)萬(wàn)有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力有衛(wèi)星的向心加速度，風(fēng)云一號(hào)的半徑小，向心加速度大于風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星的向心加速度，故B正確；向高軌道上發(fā)射衛(wèi)星需要克服地球引力做更多的功，故向高軌道上發(fā)射衛(wèi)星需要更大的發(fā)射速度，故C錯(cuò)誤；風(fēng)云2號(hào)是同步衛(wèi)星，相對(duì)地面靜止，而風(fēng)云1號(hào)不是同步衛(wèi)星，相對(duì)地面是運(yùn)動(dòng)的，故D錯(cuò)誤。 5. ABC 解析：同步衛(wèi)星運(yùn)行軌道為位于地球赤道平面上空的圓形軌道，軌道固定不變，故A正確；因?yàn)橥叫l(wèi)星要和地球自轉(zhuǎn)同步，即同步衛(wèi)星周期T為一定值，因?yàn)門(mén)為一定值，所以r也為一定值，所以同步衛(wèi)星距離地面的高度是一定值，故B正確；第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，也是最大的圓周運(yùn)動(dòng)的環(huán)繞速度。而同步衛(wèi)星的軌道半徑要大于近地衛(wèi)星的軌道半徑，根據(jù)v的表達(dá)式可以發(fā)現(xiàn)，同步衛(wèi)星運(yùn)行的線速度一定小于第一宇宙速度，故C正確，D錯(cuò)誤。 6. D 解析：7.9km/s是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，不同的衛(wèi)星發(fā)射速度不同，故A錯(cuò)誤；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)包含5顆地球同步衛(wèi)星，而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)由運(yùn)行周期為12小時(shí)的圓軌道衛(wèi)星群組成，所以衛(wèi)星向地面上同一物體拍照時(shí)GPS衛(wèi)星拍攝視角大于北斗同步衛(wèi)星拍攝視角，故B錯(cuò)誤；由于衛(wèi)星的質(zhì)量關(guān)系不清楚，所以無(wú)法比較機(jī)械能的大小關(guān)系，故C錯(cuò)誤；GPS由運(yùn)行周期為12小時(shí)的衛(wèi)星群組成，同步衛(wèi)星的周期是24小時(shí)，所以北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中的同步衛(wèi)星和GPS導(dǎo)航衛(wèi)星的周期之比，。根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得， 所以北斗同步衛(wèi)星的軌道半徑與GPS衛(wèi)星的軌道半徑之比是根據(jù)得北斗同步衛(wèi)星的線速度與GPS衛(wèi)星的線速度之比為，故D正確。 7. B 解析：根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得：，解得： 根據(jù)地球表面處萬(wàn)有引力等于重力得：得：GM＝gR2 根據(jù)題意畫(huà)出俯視三顆同步通信衛(wèi)星的幾何位置圖像： 根據(jù)幾何關(guān)系得：。根據(jù)同步衛(wèi)星處萬(wàn)有引力等于重力得：，，由于GM＝gR2，可得 所以，故選B。 8. 解：（1），h＝3.6104km； （2），M＝1015kg； （3）104＝3.2 103m / s