2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 第四章 第5講 天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星課時(shí)作業(yè)（含解析）

天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星基礎(chǔ)題組一、單項(xiàng)選擇題1人造地球衛(wèi)星在繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()A衛(wèi)星離地球越遠(yuǎn)，角速度越大B同一圓軌道上運(yùn)行的兩顆衛(wèi)星，線速度大小一定相同C一切衛(wèi)星運(yùn)行的瞬時(shí)速度都大于7.9 km/sD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(yùn)動(dòng)解析：衛(wèi)星所受的萬(wàn)有引力提供向心力，則Gmm2r，可知r越大，角速度越小，r一定，線速度大小一定，A錯(cuò)誤，B正確；7.9 km/s是地球衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，C錯(cuò)誤；因?yàn)榈厍驎?huì)自轉(zhuǎn)，同步衛(wèi)星只能在赤道上方的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤答案：B2(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(yùn)動(dòng)，已知AB連線與AO連線間的夾角最大為，則衛(wèi)星A、B的線速度之比為()Asin 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(shí)，AB連線與AO連線的夾角最大，由幾何關(guān)系可知，sin ；根據(jù)Gm可知，v，故，選項(xiàng)C正確答案：C3.(2019·天津模擬)中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國(guó)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(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)計(jì)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)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(xiàng)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(xiàng)B錯(cuò)誤；a的軌道半徑大于地球半徑，因此衛(wèi)星a的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度，選項(xiàng)C錯(cuò)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，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：A4(2019·江蘇淮安質(zhì)檢)科學(xué)家預(yù)測(cè)銀河系中所有行星的數(shù)量大概在23萬(wàn)億之間目前在銀河系發(fā)現(xiàn)一顆類(lèi)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(lèi)地行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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1B角速度之比為32C周期之比為2D加速度之比為43解析：設(shè)地球的半徑為R，質(zhì)量為M，則類(lèi)地行星的半徑為2R，質(zhì)量為3M，衛(wèi)星a的運(yùn)動(dòng)半徑為Ra2R，衛(wèi)星b的運(yùn)動(dòng)半徑為Rb3R，萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，根據(jù)公式Gm，可得va，vb，故線速度之比為1，A錯(cuò)誤；根據(jù)公式Gm2r，可得a，b，故角速度之比為32，根據(jù)T，可得周期之比為23，B正確，C錯(cuò)誤；根據(jù)公式Gma，可得aa，ab，故加速度之比為34，D錯(cuò)誤答案：B5我國(guó)發(fā)射的“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室與之后發(fā)射“神舟十一號(hào)”成功完成對(duì)接假設(shè)“天宮二號(hào)”與“神舟十一號(hào)”都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，下列措施可行的是()A使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后飛船加速追上空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接B使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后空間實(shí)驗(yàn)室減速等待飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接C飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接D飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接解析：飛船在同一軌道上加速追趕空間實(shí)驗(yàn)室時(shí)，速度增大，所需向心力大于萬(wàn)有引力，飛船將做離心運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；同理，空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上減速等待飛船時(shí)，速度減小，所需向心力小于萬(wàn)有引力，空間實(shí)驗(yàn)室做近心運(yùn)動(dòng)，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)飛船在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上加速時(shí)，飛船做離心運(yùn)動(dòng)，逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，可實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)C正確；當(dāng)飛船在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上減速時(shí)，飛船將做近心運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離空間實(shí)驗(yàn)室，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：C二、多項(xiàng)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(yùn)行的衛(wèi)星，下列說(shuō)法正確的是()A在同一軌道上運(yùn)行的兩顆質(zhì)量相同的衛(wèi)星，它們的動(dòng)量相同B在赤道上空運(yùn)行的兩顆同步衛(wèi)星，它們的機(jī)械能可能不同C若衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)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(yùn)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(yùn)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(dòng)量大小相同，方向不同，即動(dòng)量不同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在赤道上空運(yùn)行的兩顆同步衛(wèi)星，它們的高度和速率都相同，但是質(zhì)量可能不同，機(jī)械能可能不同，選項(xiàng)B正確；若衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)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(xiàng)C錯(cuò)誤；沿橢圓軌道運(yùn)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(zhǎng)軸對(duì)稱的兩點(diǎn)上，選項(xiàng)D正確答案：BD7(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(dòng)；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(cè)衛(wèi)星它們均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則()Aa的向心加速度等于重力加速度gBb在相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)Cc在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角是Dd的運(yùn)動(dòng)周期可能是20 h解析：近地衛(wèi)星b的加速度滿足Gmamg，即ag，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(wàn)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(xiàng)A錯(cuò)誤；c是地球同步衛(wèi)星，c的角速度與a的角速度相同，由vr可知c的線速度大于a的線速度，在b、c、d中，根據(jù)Gm，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(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)，選項(xiàng)B正確；c是地球的同步衛(wèi)星，則轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為24 h，則c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角是，選項(xiàng)C正確；d是高空探測(cè)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(xiàng)D錯(cuò)誤答案：BC8(2019·河北衡水檢測(cè))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200300 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(guò)赤道平面上的P點(diǎn)時(shí)，末級(jí)火箭點(diǎn)火工作，使衛(wèi)星進(jìn)入一條大的橢圓軌道，其遠(yuǎn)地點(diǎn)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(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)，再開(kāi)動(dòng)衛(wèi)星上的發(fā)動(dòng)機(jī)，使之進(jìn)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(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A在P點(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的都是使衛(wèi)星加速，因此，衛(wèi)星在靜止軌道上運(yùn)行的線速度大于在停泊軌道運(yùn)行的線速度B在P點(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的都是使衛(wèi)星加速，因此，衛(wèi)星在靜止軌道上運(yùn)行的機(jī)械能大于在停泊軌道運(yùn)行的機(jī)械能C衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運(yùn)動(dòng)的速度大小范圍為7.911.2 km/sD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(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的都是使衛(wèi)星加速當(dāng)衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由Gm，得v，可知，衛(wèi)星在靜止軌道上運(yùn)行的線速度小于在停泊軌道運(yùn)行的線速度，故A錯(cuò)誤；在P點(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)行的機(jī)械能大于在停泊軌道運(yùn)行的機(jī)械能，故B正確；衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上的遠(yuǎn)地點(diǎn)需加速才能進(jìn)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，故C錯(cuò)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(yùn)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v2v1.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(jì)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(wàn)有引力提供向心力得G，又有Gmg，解得地球的第一宇宙速度為v1；設(shè)該星球的第一宇宙速度為v1，根據(jù)題意，有·；由地球的第一宇宙速度v1，再由題意知v2v1，聯(lián)立得該星球的第二宇宙速度為v2，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確答案：C102016年8月16日凌晨，被命名為“墨子號(hào)”的中國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星開(kāi)啟星際之旅，這是我國(guó)在世界上首次實(shí)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(shí)驗(yàn)體系如圖所示，“墨子號(hào)”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(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t(t小于其運(yùn)動(dòng)周期)，運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為s，與地球中心連線掃過(guò)的角度為(弧度)，引力常量為G，則下列關(guān)于“墨子號(hào)”的說(shuō)法正確的是()A向心加速度小于地球同步衛(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Gm，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(hào)”在軌道上運(yùn)行的線速度小于地球的第一宇宙速度，D錯(cuò)誤；環(huán)繞周期為T(mén)，B正確；“墨子號(hào)”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，即Gmr2，v，r，聯(lián)立解得地球的質(zhì)量為M，不能求出“墨子號(hào)”的質(zhì)量，C錯(cuò)誤；由Gma得加速度a，則知“墨子號(hào)”的向心加速度大于地球同步衛(wèi)星的向心加速度，A錯(cuò)誤答案：B11(2019·四川南充高級(jí)中學(xué)高三考前模擬考試)太陽(yáng)系外行星大多不適宜人類(lèi)居住，繞恒星“Glicsc581”運(yùn)行的行星“Gl581c”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(gè)地球日“Glicsc581”的質(zhì)量是太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)，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 21，故A錯(cuò)誤；由萬(wàn)有引力近似等于重力，得Gmg，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(shù)地83，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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，列出等式Gm，得行星與恒星的距離r，行星“Gl58lc”公轉(zhuǎn)周期為13個(gè)地球日，將已知條件代入解得：行星“Gl58lc”的軌道半徑與地球軌道半徑r行Gr日地，故C錯(cuò)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(cuò)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一斜坡上的A點(diǎn)，沿水平方向以速度v0拋出一個(gè)小球，測(cè)得經(jīng)過(guò)時(shí)間t小球落到斜坡上的另一點(diǎn)B，斜坡的傾角為，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(yùn)動(dòng)規(guī)律，則xv0tygt2tan 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(yùn)行時(shí)，重力提供向心力，則mgm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(guò)程可簡(jiǎn)化如下：首先進(jìn)入繞地球運(yùn)行的“停泊軌道”，在該軌道的P處通過(guò)變速再進(jìn)入“地月轉(zhuǎn)移軌道”，在快要到達(dá)月球時(shí)，對(duì)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(yùn)動(dòng))，對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)“工作軌道”周期為T(mén)、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(duì)探月衛(wèi)星在“工作軌道”上環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的影響(1)要使探月衛(wèi)星從“轉(zhuǎn)移軌道”進(jìn)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(jìn)入“工作軌道”，應(yīng)減小速度使衛(wèi)星做近心運(yùn)動(dòng)(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(wàn)有引力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以有Gm(Rh)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Gm解得v1.答案：(1)減小(2)(3)9