高考物理一轮复习 课时跟踪检测（十五）天体运动与人造卫星（含解析）-人教版高三物理试题

课时跟踪检测（十五）天体运动与人造卫星对点训练：宇宙速度的理解与计算1.(2019·徐州模拟)C919大型客机是我国具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机。如果客机绕地球做匀速圆周运动，空气阻力大小不变，不考虑油料消耗导致客机质量变化。关于客机，下列说法正确的是()A．处于平衡状态B．速度变化率为零C．发动机的功率不变D．向心力完全由地球引力提供解析：选C由于客机绕地球做匀速圆周运动，需要合力提供向心力，合力不为零，不是平衡状态，根据牛顿第二定律可知，加速度不为零，速度变化，故A、B错误；由于客机绕地球做匀速圆周运动，动能和引力势能不变，空气阻力大小不变，克服阻力做功的功率不变，根据能量守恒定律可知，发动机的功率不变，故C正确；由于客机绕地球做匀速圆周运动，向心力由重力、发动机的牵引力、空气阻力的合力来提供，故D错误。2．关于第一宇宙速度，下列说法正确的是()A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度C．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度D．绕地球运行的卫星的速度不可能大于第一宇宙速度解析：选B人造卫星在圆轨道上运行时，万有引力提供向心力，得到运行速度v＝eq\r(\f(GM,r))，轨道半径越小，速度越大，故第一宇宙速度是人造卫星在圆轨道上运行的最大环绕速度，故A错误。物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，在地面附近发射飞行器，如果速度等于第一宇宙速度，飞行器恰好做匀速圆周运动。而发射越高，克服地球引力做功越大，需要的初动能也越大，故第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最小发射速度，B正确。人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度v＝eq\r(\f(GM,r))，如果是椭圆轨道，在近地点要做离心运动，需要加速，则速度会大于第一宇宙速度，故C、D都错误。3．[多选]关于人造地球卫星，以下说法正确的是()A．人造卫星绕地球运动的轨道实际是椭圆，近地点的速度小于远地点的速度B．人造地球同步卫星一般做通信卫星，处于赤道上空，距地面的高度可以通过下列公式计算：Geq\f(Mm,R＋h2)＝m(R＋h)eq\f(4π2,T2)，其中T是地球自转的周期，h为卫星到地面的高度，R为地球的半径，M为地球质量，m为卫星质量C．人造地球卫星绕地球的环绕速度是7.9km/s(第一宇宙速度)，可以用下列两式计算：v＝eq\r(\f(GM,R))、v＝eq\r(Rg)。其中R为地球半径，g为地球表面的重力加速度，M为地球质量D．人造卫星的第二宇宙速度等于11.2km/s，人造卫星绕地球做圆周运动的速度介于7.9km/s和11.2km/s之间解析：选BC人造卫星绕地球运动轨道实际是椭圆，根据开普勒行星运动第二定律可知，近地点的速度大于远地点的速度，选项A错误；人造地球同步卫星一般做通信卫星，处于赤道上空，距地面的高度可以通过下列公式计算：Geq\f(Mm,R＋h2)＝m(R＋h)eq\f(4π2,T2)，其中T是同步卫星的周期，也就是地球自转的周期，h为卫星到地面的高度，R为地球的半径，M为地球质量，m为卫星质量，选项B正确；人造地球卫星绕地球的环绕速度是7.9km/s(第一宇宙速度)，可以用下列两式计算：v＝eq\r(\f(GM,R))、v＝eq\r(Rg)。其中R为地球半径，g为地球表面的重力加速度，M为地球质量，选项C正确；人造卫星的第二宇宙速度等于11.2km/s，人造卫星绕地球做圆周运动的速度小于第一宇宙速度7.9km/s，选项D错误。对点训练：卫星运行参量的分析与比较4．[多选](2017·江苏高考)“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空。与“天宫二号”空间实验室对接前，“天舟一号”在距地面约380km的圆轨道上飞行，则其()A．角速度小于地球自转角速度B．线速度小于第一宇宙速度C．周期小于地球自转周期D．向心加速度小于地面的重力加速度解析：选BCD“天舟一号”在距地面约380km的圆轨道上飞行时，由Geq\f(Mm,r2)＝mω2r可知，半径越小，角速度越大，则其角速度大于同步卫星的角速度，即大于地球自转的角速度，A项错误；由于第一宇宙速度是最大环绕速度，因此“天舟一号”在圆轨道的线速度小于第一宇宙速度，B项正确；由T＝eq\f(2π,ω)可知，“天舟一号”的周期小于地球自转周期，C项正确；由Geq\f(Mm,R2)＝mg，Geq\f(Mm,R＋h2)＝ma可知，向心加速度a小于地球表面的重力加速度g，D项正确。5．(2019·南京调研)“天宫一号”目标飞行器运行在平均高度约362千米的圆轨道上。在北京航天飞控中心监控下，已于4月2日8时15分左右再入大气层烧毁，完成使命。关于“天宫一号”，下列说法正确的是()A．在轨运行的周期比月球绕地球的周期长B．在轨运行的加速度比地面重力加速度大C．在轨运行的速度比第一宇宙速度小D．进入大气层后，速度增大，机械能增大解析：选C根据万有引力提供向心力有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r＝ma＝meq\f(v2,r)，解得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，由“天宫一号”的轨道半径小于月球的运行半径，可知“天宫一号”在轨运行的周期比月球绕地球的周期小；向心加速度a＝eq\f(GM,r2)，故“天宫一号”在轨运行的加速度比地面重力加速度小，由v＝eq\r(\f(GM,r))，可知“天宫一号”在轨运行的速度比第一宇宙速度小，故C正确，A、B错误；进入大气层后，与空气之间有摩擦，克服摩擦做功，机械能减小，由v＝eq\r(\f(GM,r))可知速度增大，故D错误。6．[多选](2019·扬州模拟)某卫星绕地球做圆周运动的周期等于地球自转周期，其轨道平面与赤道平面成55°角，则该卫星()A．离地面高度与地球同步卫星相同B．在轨运行速度等于第一宇宙速度C．加速度大于近地卫星的加速度D．每天两次经过赤道上同一点的正上方解析：选AD根据万有引力提供向心力：Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，解得：r＝eq\r(3,\f(GMT2,4π2))，因为卫星绕地球做圆周运动的周期等于地球自转周期，所以离地面高度与地球同步卫星相同，故A正确；由于第一宇宙速度为7.9km/s，它是所有地球卫星运行的最大速率，且只有贴近地球表面做匀速圆周运动的卫星速率才为7.9km/s，因此所有运动半径大于地球半径的卫星的运行速率都小于此值，故B错误；根据万有引力提供向心力：Geq\f(Mm,r2)＝ma，解得：a＝Geq\f(M,r2)，因为该卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，所以加速度小于近地卫星的加速度，故C错误；该卫星周期为24小时，运行轨道是倾角(即轨道平面与地球赤道平面的夹角)为55°的圆轨道；而地球的自转周期为24小时，且绕地轴自西向东逆时针方向转动，两者做圆周运动不在同一平面内，所以该卫星每天两次经过地球上同一点的上空，故D正确。7.[多选]P1、P2为相距遥远的两颗行星，距各自表面相同高度处各有一颗卫星s1、s2做匀速圆周运动。图中纵坐标表示行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度a，横坐标表示物体到行星中心的距离r的平方，两条曲线分别表示P1、P2周围的a与r2的反比关系，它们左端点横坐标相同。则()A．P1的平均密度比P2的大B．P1的“第一宇宙速度”比P2的小C．s1的向心加速度比s2的大D．s1的公转周期比s2的大解析：选AC由题图图像左端点横坐标相同可知，P1、P2两行星的半径R相等，对于两行星的近地卫星：Geq\f(Mm,R2)＝ma，得行星的质量M＝eq\f(R2a,G)，由a­r2图像可知P1的近地卫星的向心加速度大，所以P1的质量大，平均密度大，选项A正确；根据Geq\f(Mm,R2)＝eq\f(mv2,R)得，行星的第一宇宙速度v＝eq\r(\f(GM,R))，由于P1的质量大，所以P1的“第一宇宙速度”大，选项B错误；s1、s2的轨道半径相等，由a­r2图像可知s1的向心加速度大，选项C正确；根据Geq\f(Mm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r得，卫星的公转周期T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，由于P1的质量大，故s1的公转周期小，选项D错误。8．(2018·镇江模拟)我国“北斗”卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星(同步卫星)和30颗非静止轨道卫星组成，30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星，中轨道卫星轨道高度约为2.15×104km，静止轨道卫星的高度约为3.60×104km。下列说法正确的是()A．中轨道卫星的线速度大于7.9km/sB．静止轨道卫星的线速度大于中轨道卫星的线速度C．静止轨道卫星的运行周期大于中轨道卫星的运行周期D．静止轨道卫星的向心加速度大于中轨道卫星的向心加速度解析：选C第一宇宙速度是卫星近地面飞行时的速度，由于中轨道卫星的轨道半径大于地球半径，故中轨道卫星的线速度小于第一宇宙速度7.9km/s，故A错误；根据万有引力提供向心力：Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，解得：v＝eq\r(\f(GM,r))，静止轨道卫星轨道半径大于中轨道卫星轨道半径，所以静止轨道卫星的线速度小于中轨道卫星的线速度，故B错误；根据万有引力提供向心力：Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，解得：T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，静止轨道卫星轨道半径大于中轨道卫星轨道半径，所以静止轨道卫星的运行周期大于中轨道卫星的运行周期，故C正确；根据万有引力提供向心力：Geq\f(Mm,r2)＝ma，解得：a＝Geq\f(M,r2)，静止轨道卫星轨道半径大于中轨道卫星轨道半径，所以静止轨道卫星的向心加速度小于中轨道卫星的向心加速度，故D错误。对点训练：卫星变轨问题分析9．(2019·盐城中学模拟)2017年9月，我国控制“天舟一号”飞船离轨，使它进入大气层烧毁，残骸坠入南太平洋一处号称“航天器坟场”的远离大陆的深海区。在受控坠落前，“天舟一号”在距离地面380km的圆轨道上飞行，则下列说法中正确的是()A．在轨运行时，“天舟一号”的线速度大于第一宇宙速度B．在轨运行时，“天舟一号”的角速度小于同步卫星的角速度C．受控坠落时，应通过“反推”实现制动离轨D．“天舟一号”离轨后，在进入大气层前，运行速度不断减小解析：选C第一宇宙速度是环绕地球运动的卫星的最大速度，则“天舟一号”在轨运行时的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；根据ω＝eq\r(\f(GM,r3))可知，在轨运行时，“天舟一号”的运动半径小于同步卫星的运动半径，则其角速度大于同步卫星的角速度，选项B错误；受控坠落时要先调头，让原本朝后的推进器向前点火，通过反推实现制动，故C正确；“天舟一号”离轨后，在进入大气层前，运行半径逐渐减小，地球的引力做正功，则速度不断增大，D错误。10.[多选](2018·扬州模拟)我国探月工程发射的“嫦娥三号”主要任务有两个，一个是实现月面软着陆，二是实现月面巡视勘察。如图所示，设月球半径为R，“嫦娥三号”在半径为4R的圆形轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月做匀速圆周运动，则“嫦娥三号”()A．在轨道Ⅱ上的A点运行速率大于B点速率B．在轨道Ⅲ上B点速率小于在轨道Ⅱ上B点的速率C．在轨道Ⅰ上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度D．在轨道Ⅰ、轨道Ⅱ、轨道Ⅲ上运行的周期关系TⅠ＜TⅡ＜TⅢ解析：选BC在轨道Ⅱ上A点是远月点，而B点是近月点，从A向B运动引力对卫星做正功，卫星速度增大，故在A点速率小于在B点速率，故A错误；在轨道Ⅱ上经过B点时，卫星做离心运动，所需向心力大于该点万有引力，而在轨道Ⅲ上经过B点时万有引力刚好提供圆周运动向心力，同在B点万有引力相等，根据向心力公式F＝eq\f(mv2,R)可以知道，在轨道Ⅱ上经过B点时的速度大，所以B选项正确；在A点卫星的加速度都是由万有引力产生，故同一点卫星的加速度相同，跟卫星轨道无关，所以C选项正确；根据万有引力提供圆周运动向心力有Geq\f(Mm,r2)＝mreq\f(4π2,T2)，可得圆轨道的周期T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，可得在圆轨道Ⅰ上周期大于在圆轨道Ⅲ上的周期，故D错误。对点训练：宇宙多星模型11．[多选](2019·泰州中学模拟)2016年2月11日，科学家宣布“激光干涉引力波天文台(LIGO)”探测到由两个黑洞合并产生的引力波信号，这是在爱因斯坦提出引力波概念100周年后，引力波被首次直接观测到。在两个黑洞合并过程中，由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统。如图所示，黑洞A、B可视为质点，它们围绕连线上O点做匀速圆周运动，且AO大于BO，不考虑其他天体的影响。下列说法正确的是()A．黑洞A的向心力大于B的向心力B．黑洞A的线速度大于B的线速度C．黑洞A的质量大于B的质量D．两黑洞之间的距离越大，A的周期越大解析：选BD双星靠相互间的万有引力提供向心力，根据牛顿第三定律可知，A对B的作用力与B对A的作用力大小相等，方向相反，则黑洞A的向心力等于B的向心力，故A错误；双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度，A的半径比较大，根据v＝ωr可知，黑洞A的线速度大于B的线速度，故B正确；在匀速转动时的向心力大小关系为：mAω2rA＝mBω2rB，由于A的运动半径比较大，所以A的质量小，故C错误；根据Geq\f(mAmB,L2)＝mArAeq\f(4π2,T2)＝mBrBeq\f(4π2,T2)，双星之间的周期公式为：T2＝eq\f(4π2L3,GmA＋mB)，所以两黑洞之间的距离越大，A的周期越大，故D正确。12.[多选](2018·聊城模拟)如图所示，甲、乙、丙是位于同一直线上的离其他恒星较远的三颗恒星，甲、丙围绕乙在半径为R的圆轨道上运行，若三颗星质量均为M，万有引力常量为G，则()A．甲星所受合外力为eq\f(5GM2,4R2)B．乙星所受合外力为eq\f(GM2,R2)C．甲星和丙星的线速度相同D．甲星和丙星的角速度相同解析：选AD甲星所受合外力为乙、丙对甲星的万有引力的合力，F甲＝eq\f(GM2,R2)＋eq\f(GM2,2R2)＝eq\f(5GM2,4R2)，A正确；由对称性可知，甲、丙对乙星的万有引力等大反向，乙星所受合力为0，B错误；由于甲、丙位于同一直线上，甲、丙的角速度相同，由v＝ωR可知，甲、丙两星的线速度大小相同，但方向相反，故C错误，D正确。考点综合训练13．(2019·南通一模)2017年4月20日，天舟一号飞船成功发射，与天宫二号空间实验室对接后在离地约393km的圆轨道上为天宫二号补加推进剂，在完成各项试验后，天舟一号受控离开圆轨道，最后进入大气层烧毁。下列说法中正确的是()A．对接时，天舟一号的速度小于第一宇宙速度B．补加推进剂后，天宫二号受到地球的引力减小C．补加推进器后，天宫二号运行的周期减小D．天舟一号在加速下降过程中处于超重状态解析：选A第一宇宙速度是卫星最小的发射速度，也是卫星或飞行器绕地球做匀速圆周运动的最大速度，所以对接时，天舟一号的速度必定小于第一宇宙速度，故A正确；