高中一轮复习物理课时检测（二十三）天体运动与人造卫星（重点突破课）

课时检测(二十三)天体运动与人造卫星(重点突破课)一、单项选择题1．(2018·蚌埠模拟)北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星。对于其中的5颗同步卫星，下列说法中正确的是()A．它们运行的线速度一定不小于7.9km/sB．地球对它们的吸引力一定相同C．一定位于赤道上空同一轨道上D．它们运行的加速度一定相同解析：选C7.9km/s是地球近地卫星最大的环绕速度，同步卫星运行的线速度一定小于7.9km/s，A错误；地球对5颗同步卫星吸引力的方向一定不同，B错误；5颗同步卫星一定位于赤道上空同一轨道上，它们运行的加速度大小一定相等，方向不同，C正确，D错误。2．人类首次发现的引力波来源于距地球之外13亿光年的两个黑洞(质量分别为26个和39个太阳质量)互相绕转最后合并的过程。合并前两个黑洞互相绕转形成一个双星系统，关于此双星系统，下列说法正确的是()A．两个黑洞绕转的角速度相等B．两个黑洞绕转的线速度相等C．两个黑洞绕转的向心加速度相等D．质量大的黑洞旋转半径大解析：选A对于互相绕转形成双星系统的两个黑洞，其角速度ω相等，周期相等，选项A正确；由于两个黑洞的质量不等，两个黑洞旋转的半径不等，质量较小的黑洞旋转半径较大，质量较大的黑洞旋转半径较小，选项D错误；由v＝ωr可知，两个黑洞绕转的线速度不等，质量小的黑洞线速度较大，选项B错误；两个黑洞绕转时其向心力由两个黑洞之间的万有引力提供，向心力相等，而由于两个黑洞的质量不等，由牛顿第二定律可知，两个黑洞绕转的向心加速度不等，质量较小的黑洞向心加速度较大，选项C错误。3．(2018·莆田质检)美国宇航局宣布，他们发现了太阳系外第一颗类似地球的、适宜居住的行星——“开普勒­22b”，其直径约为地球的2.4倍。至今其确切质量和表面成分仍不清楚，假设该行星的密度和地球相当，根据以上信息，可估算出该行星的第一宇宙速度约为()A．3.3×103m/s B．7.9×103m/sC．1.2×104m/s D．1.9×104m/s解析：选D由该行星的密度和地球相当及ρ＝eq\f(M,\f(4,3)πR3)，可得eq\f(M1,R13)＝eq\f(M2,R23)，地球第一宇宙速度v1＝eq\r(\f(GM1,R1))≈7.9km/s，该行星的第一宇宙速度v2＝eq\r(\f(GM2,R2))，联立解得v2＝2.4v1≈1.9×104m/s，D正确。4．(2018·扬州月考)据报道，一个国际研究小组借助于智利的天文望远镜，观测到了一组双星系统，它们绕两者连线上的某点O做匀速圆周运动，如图所示。假设此双星系统中体积较小的星体能“吸食”另一颗体积较大星体的表面物质，达到质量转移的目的，在演变过程中两者球心之间的距离保持不变，双星平均密度可视为相同。则在最初演变的过程中()A．它们做圆周运动的万有引力保持不变B．它们做圆周运动的角速度不断变小C．体积较大的星体圆周运动轨迹的半径变大，线速度变大D．体积较大的星体圆周运动轨迹的半径变小，线速度变大解析：选C设体积较小的星体质量为m1，轨道半径为r1，体积较大的星体质量为m2，轨道半径为r2，双星间的距离为L，转移的质量为Δm。则它们之间的万有引力为F＝Geq\f(m1＋Δmm2－Δm,L2)，根据数学知识得知，随着Δm的增大，F先增大后减小，故A项错误；对体积较小的星体：Geq\f(m1＋Δmm2－Δm,L2)＝(m1＋Δm)ω2r1①，对体积较大的星体：Geq\f(m1＋Δmm2－Δm,L2)＝(m2－Δm)ω2r2②，由①②得：ω＝eq\r(\f(Gm1＋m2,L3))，总质量m1＋m2不变，两者距离L不变，则角速度ω不变，故B项错误；由②得：ω2r2＝eq\f(Gm1＋Δm,L2)，ω、L、m1均不变，Δm增大，则r2增大，即体积较大星体圆周运动轨迹半径变大，由v＝ωr2得线速度v也变大，故C项正确，D项错误。5．(2018·襄阳模拟)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，我国已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，则下列说法中正确的是()A．“悟空”的线速度大于第一宇宙速度B．“悟空”的环绕周期为eq\f(2πt,β)C．“悟空”的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度D．“悟空”的质量为eq\f(s3,Gt2β)解析：选B卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，则有：Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，可知卫星的轨道半径越大，线速度越小，第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，故“悟空”在轨道上运行的线速度小于地球的第一宇宙速度，故A错误；“悟空”的环绕周期为T＝eq\f(2π,\f(β,t))＝eq\f(2πt,β)，故B正确；由Geq\f(Mm,r2)＝ma得加速度a＝eq\f(GM,r2)，由题意可知“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度，故C错误；“悟空”绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即：Geq\f(Mm,r2)＝mrω2，ω＝eq\f(β,t)，s＝βr，联立解得：地球的质量为M＝eq\f(s3,Gt2β)，不能求出“悟空”的质量，故D错误。二、多项选择题6．(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，“天舟一号”的向心加速度a小于地面的重力加速度g，D项正确。7．中国志愿者王跃参与了人类历史上第一次全过程模拟从地球往返火星的一次实验“火星­500”活动，王跃走出登陆舱，成功踏上模拟火星表面，在火星上首次留下了中国人的足迹。假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，则下列说法中正确的是()A．飞船在轨道Ⅱ上运动时，在P点的速度大于在Q点的速度B．飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能大于在轨道Ⅱ上运动的机械能C．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D．飞船绕火星在轨道Ⅰ上的运动周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以轨道Ⅰ同样半径运动的周期相同解析：选AC由飞船在轨道Ⅱ上运动时机械能守恒可知，飞船在P点的速度大于在Q点的速度，A正确；飞船从轨道Ⅰ经加速转移到轨道Ⅱ，所以飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能小于在轨道Ⅱ上运动的机械能，B错误；飞船在空间同一点所受万有引力相同，所以飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度，C正确；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r可知，M不同，则T不同，故飞船绕火星在轨道Ⅰ上的运动周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以轨道Ⅰ同样半径运动的周期不相同，D错误。8．如图所示，A是地球的同步卫星，B是位于赤道平面内的近地卫星，C为地面赤道上的物体，已知地球半径为R，同步卫星离地面的高度为h，则()A．A、B加速度的大小之比为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(R＋h,R)))2B．A、C加速度的大小之比为1＋eq\f(h,R)C．A、B、C线速度的大小关系为vA>vB>vCD．要将B转移到A的轨道上运行至少需要对B进行两次加速解析：选BD根据万有引力提供向心力可知Geq\f(Mm,r2)＝ma，得aA＝Geq\f(M,R＋h2)，aB＝Geq\f(M,R2)，故eq\f(aA,aB)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(R,R＋h)))2，选项A错误；由题意可知，A、C角速度相同，根据a＝ω2r得aA＝ω2(R＋h)，aC＝ω2R，故eq\f(aA,aC)＝1＋eq\f(h,R)，选项B正确；根据Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，可知轨道半径越大线速度越小，所以vB>vA，又A、C角速度相同，根据v＝ωr可知vA>vC，故vB>vA>vC，选项C错误；要将B转移到A的轨道上，先要对B加速使其转移到椭圆轨道上，再在椭圆轨道对B加速使其转移到A的轨道上，选项D正确。9．宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统，其中有一种三星系统如图所示，三颗质量均为m的星位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为R，忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动，引力常量为G，则()A．每颗星做圆周运动的线速度为eq\r(\f(Gm,R))B．每颗星做圆周运动的角速度为eq\r(\f(3Gm,R3))C．每颗星做圆周运动的周期为2πeq\r(\f(R3,3Gm))D．每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关解析：选ABC由题图可知，每颗星做