(广东专用)高考物理一轮复习第5章万有引力定律微专题23人造卫星运行规律分析粤教

(广东专用)2018年高考物理一轮复习第5章万有引力定律微专题23人造卫星运行规律解析粤教版!(广东专用)2018年高考物理一轮复习第5章万有引力定律微专题23人造卫星运行规律解析粤教版!(广东专用)2018年高考物理一轮复习第5章万有引力定律微专题23人造卫星运行规律解析粤教版!23人造卫星运行规律解析[方法点拨](1)由v＝GM而发射航天器得出的速度是卫星在圆形轨道上运行时的速度，r的发射速度要吻合三个宇宙速度．(2)做圆周运动的卫星的向心力由地球对它的万有引力提供，并指向它们轨道的圆心——地心．(3)在赤道上随地球自转的物体不是卫星，它随地球自转所需向心力由万有引力和地面支持力的合力供应．1．(运行基本规律)人造地球卫星在绕地球做圆周运动的过程中，以下说法中正确的选项是( )A．卫星离地球越远，角速度越大B．同一圆轨道上运行的两颗卫星，线速度大小必然相同C．所有地球卫星运行的瞬时速度都大于7.9km/sD．地球同步卫星能够在以地心为圆心、离地高度为固定值的所有圆轨道上运动2．(同步卫星运行规律)某卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为12h．该卫星与地球同步卫星比较，以下说法正确的选项是()A．线速度之比为34∶1B．向心加速度之比为4∶1C．轨道半径之比为34D．角速度之比为1∶21∶3．(卫星运行参量解析)暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命．为了探测暗物质，我国在2015年12月17日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星．已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间t(t小于其运动周期)，运动的弧长为s，与地球中心连线扫过的角度为β(弧度)，引力常量为G，则以下说法中正确的选项是( )A．“悟空”的线速度大于第一宇宙速度B．“悟空”的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度2πtC．“悟空”的围绕周期为βs3D．“悟空”的质量为Gt2β4．(卫星与地面物体比较)“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预告供应正确、全面和及时的气象资料．设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，以下说法中正确的选项是( )1A．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的n倍11B．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的倍n1C．同步卫星运行速度是近地卫星运行速度的n倍1D．同步卫星运行速度是近地卫星运行速度的倍n5．一颗人造卫星在如图1所示的轨道上绕地球做匀速圆周运动，其运行周期为4.8小时．某时辰卫星正好经过赤道上A点正上方，则以下说法正确的是()A．该卫星和同步卫星的轨道半径之比为1∶5图1B．该卫星和同步卫星的运行速度之比为351∶C．由题中条件和引力常量可求出该卫星的轨道半径D．该时辰后的一昼夜时间内，卫星经过A点正上方2次6．(多项选择)假设地球同步卫星绕地球运行的轨道半径是地球半径的6.6倍，地球赤道平面与地球公转平面共面．站在地球赤道某地的人，日落后4小时的时候，在自己头顶正上方观察到一颗恰好由阳光照亮的人造地球卫星，若该卫星在赤道所在平面内做匀速圆周运动．则此人造卫星( )A．距地面高度等于地球半径B．绕地球运行的周期约为4小时C．绕地球运行的角速度与同步卫星绕地球运行的角速度相同D．绕地球运行的速率约为同步卫星绕地球运行速率的1.8倍7．(多项选择)欧洲航天局(ESA)计划于2022年发射一颗特地用来研究光合作用的卫星“荧光探测器”．已知地球的半径为R，引力常量为G，假设这颗卫星在距地球表面高度为h(h＜R)的轨道上做匀速圆周运动，运行的周期为T，则以下说法中正确的选项是( )A．该卫星正常运行时必然处于赤道正上方B．该卫星一昼夜围绕地球运动一周4π2R＋hC．该卫星运行时的向心加速度为T24π2R＋h3D．地球质量为2GT8．如图2，地球半径为，为地球赤道表面上一点，B为距地球表面高度等于R的一颗卫星，RA其轨道与赤道在同一平面内，运行方向与地球自转方向相同，运动周期为T，C为同步卫星，离地高度大体为5.6R，已知地球的自转周期为T0，以下说法正确的选项是( )2A．卫星B的周期T等于

图2T0TB．地面上A处的观察者能够连续观察卫星B的时间为T0C．卫星B一昼夜经过A的正上方的次数为T0－T

3T0TD．B、C两颗卫星连续两次相距近来的时间间隔为T0－T9．如图3为高分一号与北斗导航系统两颗卫星在空中某一面内运动的表示图．导航卫星G1和G2以及高分一号均能够为绕地心O做匀速圆周运动．卫星G1和G2的轨道半径为r，某时辰两颗导航卫星分别位于轨道上的A、B两地址，高分一号在C地址．若卫星均顺时针运行，∠AOB60°，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作用力．则以下说法正确的选项是( )图3A．若高分一号与卫星G1的周期之比为1∶k(k＞1，且为整数)，则从图示地址开始，在卫星G1运动一周的过程中二者距离近来的次数为kRB．卫星G1和G2的加速度大小相等且为rgC．若高分一号与卫星G1的质量相等，由于高分一号的绕行速度大，则发射所需的最小能量更多D．卫星G由地址A运动到地址B所需的时间为πrr110．据英国《每日邮报》报道，科学家发现了一颗距离地球仅14光年的“另一个地球”——沃尔夫(Wolf)1061c.沃尔夫1061c的质量为地球的4倍，围绕红矮星沃尔夫1061运行的周期为5天，它是迄今为止在太阳系外发现的距离近来的宜居星球．设想从地球发射一颗科学探测卫星围绕沃尔夫1061c表面运行．已知万有引力常量为G，天体的围绕运动可看做匀速圆3周运动．则以下说法正确的选项是( )A．从地球发射该卫星的速度应该小于第三宇宙速度B．卫星绕行星沃尔夫1061c运行的周期与该卫星的密度有关C．沃尔夫1061c和地球公转轨道半径的三次方之比等于(5)2365D．若已知探测卫星的周期和地球的质量，可近似求出沃尔夫1061c的半径11．北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统此后第三个成熟的卫星导航系统．北斗卫星导航系统中某些导航卫星是地球同步卫星，位于3.6万公里的(约为地球半径的6倍)高空，地球表面的重力加速度为g＝10m/s2，则以下关于该类导航卫星的描述正确的选项是( )A．该类导航卫星运行时会经过北京正上空B．该类导航卫星内的设备不受重力作用C．该类导航卫星的线速度必然介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间D．该类导航卫星运行的向心加速度约为0.2m/s212．如图4所示，质量分别为m和2m的甲、乙两颗卫星以相等的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，不考虑其他天体的影响，则两颗卫星( )图4A．所受的万有引力大小之比为1∶2B．运动的向心加速度大小之比为1∶2C．动能之比为1∶2D．运动的角速度大小之比为1∶213．小型登月器连接在航天站上，一起绕月球做圆周运动，其轨道半径为月球半径的3倍，某时辰，航天站使登月器减速分别，登月器沿如图5所示的椭圆轨道登月，在月球表面停留一段时间完成科考工作后，经快速启动仍沿原椭圆轨道返回，当第一次回到分别点时恰与航天站对接，登月器快速启动时间能够忽略不计，整个过程中航天站保持原轨道绕月运行．已知月球表面的重力加速度为g0，月球半径为R，不考虑月球自转的影响，则登月器能够在月球上停留的最短时间约为( )图54A．4.7πRB．4.7πg0C．1.7πRD．1.7πg0g0Rg0R14．我国探月计划分成“绕、落、回”三部分．若已知地球和月球的半径之比为a∶1，地球表面的重力加速度和月球表面的重力加速度之比为b∶1，以下说法正确的选项是()A．在地球和月球之间的某处飞船碰到的地球和月球的引力大小相等，此处距地球和月球的距离之比为a∶bB．飞船绕地球表面翱翔和绕月球表面翱翔的周期之比为ab∶1C．地球与月球的第一宇宙速度之比为a∶bD．地球与月球的质量之比为a2b∶15答案精析1．B[卫星绕地球做圆周运动，由万有引力供应向心力可知，Mm2(R＋h)，解2GMMmv2得ω＝R＋h3.卫星离地球越远，角速度越小，选项A错误；由Gr2＝mr，解得v＝GMr，同一圆轨道上(r相等)运行的两颗卫星，线速度大小必然相同，选项B正确；当卫星近地面运行时，其线速度等于km/s，随着轨道半径的增大，其线速度减小，因此所有地球卫星运行的瞬时速度都小于km/s，选项C错误；地球同步卫星必定在赤道平面内离地高度为固定值的轨道上运动，选项D错误．]T12．C[地球同步卫星的周期为24h，该卫星的周期与地球同步卫星的周期之比为1＝2.由T2Mm2π232万有引力定律和牛顿运动定律得，可得＝GMTGr2＝()r4π2，则该卫星的轨道半径与mrTr323MmGM11＝1∶4，选项C正确；由G2＝ma，可得a＝地球同步卫星的轨道半径之比为r＝2r2，2T2rar232则该卫星的向心加速度与地球同步卫星的向心加速度之比为1＝2∶1，选项B错误；ar2＝212Mmv2GMv1r2由Gr＝m，可得v＝r则该卫星的线速度与地球同步卫星的线速度之比为v＝r＝r2132π2∶1，选项A错误；由角速度与周期的关系ω＝T可得，该卫星的角速度与地球同步卫星的角速度之比为2∶1，选项D错误．]3．C[第一宇宙速度为最大的围绕速度，则“悟空”的线速度不会大于第一宇宙速度，A项GM错误；据万有引力供应向心力得a＝r2，半径小的加速度大，则“悟空”的向心加速度大于β2π2πt地球同步卫星的向心加速度，B项错误；运动的角速度为ω＝t，则周期T＝ω＝β，C项正确；“悟空”为绕行天体无法测量其质量，D项错误．]4．D[设地球的质量、半径分别为、，同步卫星的绕行轨道半径为r，则同步卫星的加速MRGMGM1度a1＝r2，地球表面的重力加速度为a2＝R2，则两个加速度之比为n2，A、B项错误；同步卫星绕行的速度为v＝GM＝GMrR126的绕行速度之比为1，C项错误，D项正确．]n5．D[同步卫星的运行周期为24小时，该卫星与同步卫星的周期之比为1∶5，由开普勒第223332πr，得v3TTrrrr＝1∶25，A选项错误；由Tv12121212GMm2π2B选项错误；由r2＝m(T)r可知，要求得卫星的轨道半径，还需要已知地球质量，C选项错误；该卫星经过12小时，运动2.5圈，A点转到与初始地址关于地球球心中心对称地址，处于卫星正下方，卫星经过24小时，运动5圈运动到初始地址，卫星一昼夜经过A点正上方2次，D选项正确．]6．ABD[画出站在地球赤道某地的人观察到该卫星的表示图，由图可知，此人造卫星距地面高度等于地球半径，选项A正确；R关于地球同步卫星和此人造卫星，由开普勒第三定律得R3R32π2＝T2，解得T≈4h，选项B正确；由ω＝T可知，此人造卫星绕地球运行的角速度是同步卫星绕地球运行的角速度的6倍，选项C错误；Mmv2GM由Gr2＝mr解得v＝r，此人造卫星绕地球运行速率与同步卫星绕地球运行速率的比值GMGM≈1.8，即此人造卫星绕地球运行速率约为同步卫星绕地球运为2R∶6.6R＝2行速率的倍，选项D正确．]7．CD[该卫星不是地球的同步卫星,不用然在赤道正上方,A、B错误；该卫星运行时的向心24π2＋hMm4π2＋加速度为a＝ω(R＋h)＝T2，C正确；由GR＋h2＝ma＝mT2，知M4π2R＋h3＝2，D正确．]GT8．D[对、C应用开普勒第三定律有R3R310，A错误；过A点作2＝2，求得≈TT0地球的切线，交卫星B的运行轨迹于M、N点，由几何关系知由M至N卫星B运动的时间为T，3T但是地球还在自转，故A处的观察者能够连续观察卫星B的时间大于3，B错误；设每经t时间B就会经过A正上方一次，则有2πt－2πt＝2π，那么一昼夜即T0时间内卫星B经过ATT0TT－T00的正上方的次数为n＝t，解得n＝T，C错误；经过t时间B经过A的正上方，也就是C经过B的正上方，因此、C连续两次相距近来的时间间隔为t＝TT0，D正确．]BTT079．D[在卫星G1转动一周过程中，高分一号转动k周，二者距离最远的次数为k－1，二者距离近来的次数为－1，则A错误；卫星G和G在同一轨道上，故加速度大小相等，依照12Mm02r2Rr202需要战胜引力做功，由于卫星G1的高度较高，需要获得的引力势能更大，因此卫星G1发射所Mm2GMgR2需的最小能量更多，C错误；依照万有引力供应向心力Gr2＝mωr，得ω＝r3＝r3π＝Rg3＝πrrGABt3，故D正确．]rr1ωRg10．D[从地球发射一颗科学探测卫星围绕沃尔夫1061c表面运行，发射的速度应大于第三Mm4π24π2r3宇宙速度，A项错误；依照Gr2＝mrT2知，T＝GM与卫星的密度没关，B项错误；沃尔夫1061c和地球围绕的中心天体不相同，不能够依照开普勒第三定律求解轨道半径的三次方，52可知公转半径的三次方之比不等于(365)，C项错误；已知地球的质量，能够得知沃尔夫1061cMm4π2的质量，依照Gr2＝mrT2能够求出沃尔夫1061c的半径，D项正确．]11．D[该类导航卫星运行的轨道平面与赤道平面重合，不能能经过北京正上方，A错误；B错误；由v＝GM该类导航卫星内的设备处于完好失重状态，仍旧受重力作用，r可知，该GM2类导航卫星的运行速度小于第一宇宙速度，C错误；由a＝r2，GM＝Rg可知，该类导航卫星R22的向心加速度a＝r2g≈0.2m/s，D正确．]Mm12．B[由万有引力定律，卫星甲所受的万有引力F甲＝Gr2，卫星乙所受的万有引力F乙＝2M·2mMmMmMmGr2r2，即它们所受的万有引力大小之比为r