（浙江專用）2022-2023學年高中物理 第六章 萬有引力與航天 微型專題 人造衛(wèi)星 宇宙速度學案 新人教版必修2

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1、（浙江專用）2022-2023學年高中物理 第六章 萬有引力與航天 微型專題 人造衛(wèi)星 宇宙速度學案 新人教版必修2 一、選擇題 1.由于通信和廣播等方面的需要，許多國家發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的(　　) A.質(zhì)量可以不同 B.軌道半徑可以不同 C.軌道平面可以不同 D.速率可以不同 答案　A 解析　萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力＝m()2r＝m，解得周期T＝2π?，環(huán)繞速度v＝，可見周期相同的情況下軌道半徑必然相同，B錯誤.軌道半徑相同必然環(huán)繞速度相同，D錯誤.同步衛(wèi)星相對于地面靜止在赤道上空，所有的同步衛(wèi)星軌道都在赤道上空同一個圓軌道上，C錯誤.同步衛(wèi)星的質(zhì)

2、量可以不同，A正確. 2.(2018·湖州、衢州、麗水三地市高三期末聯(lián)考)若僅知某星球的質(zhì)量、半徑和引力常量，則無法計算的物理量是(　　) A.星球的第一宇宙速度 B.星球同步衛(wèi)星的周期 C.星球的近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度 D.星球的環(huán)繞衛(wèi)星的最大運行速度 答案　B 3.(2018·浙江省9＋1高中聯(lián)盟第二學期期中考試)“天舟一號”貨運飛船在與“天宮二號”空間實驗室對接前，在距離地面約380 km的圓軌道上飛行，已知地球同步衛(wèi)星軌道離地高度約為3.6×104 km，則“天舟一號”(　　) A.線速度小于第一宇宙速度 B.周期大于地球同步衛(wèi)星周期 C.角速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度 D

3、.向心加速度小于地球同步衛(wèi)星向心加速度 答案　A 4.(2016·浙江4月選考科目考試)如圖1所示，2015年12月，我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空進入高為5.0×102 km的預定軌道.“悟空”衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星的運動均可視為勻速圓周運動.已知地球半徑R＝6.4×103 km.下列說法正確的是(　　) 圖1 A.“悟空”衛(wèi)星的線速度比同步衛(wèi)星的線速度小 B.“悟空”衛(wèi)星的角速度比同步衛(wèi)星的角速度小 C.“悟空”衛(wèi)星的運動周期比同步衛(wèi)星的運動周期小 D.“悟空”衛(wèi)星的向心加速度比同步衛(wèi)星的向心加速度小 答案　C 解析　地球同步衛(wèi)星距地表36 000 km，由v＝可

4、知，“悟空”衛(wèi)星的線速度要大，所以A錯.由ω＝可知，“悟空”衛(wèi)星的角速度大，即周期小，由an＝可知，“悟空”衛(wèi)星的向心加速度大，因此C對. 5.我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號丙”運載火箭，成功將第五顆北斗導航衛(wèi)星送入預定軌道，它是地球同步靜止軌道衛(wèi)星.在汶川抗震救災中，北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)全力保障了救災部隊行動，發(fā)揮了獨特的優(yōu)勢.關(guān)于第五顆北斗導航衛(wèi)星，下列說法正確的是(　　) A.該衛(wèi)星定點在北京上空 B.該衛(wèi)星正常運行時不可能經(jīng)過地球兩極 C.該衛(wèi)星正常運行時的速度比第一宇宙速度大 D.該衛(wèi)星正常運行時的向心加速度保持不變 答案　B 解析　同步衛(wèi)星運行軌道只能位于地球赤道

5、平面上的圓形軌道，所以該衛(wèi)星不可能定點在北京上空，故A錯誤，B正確.根據(jù)v＝，r越大，v越小，同步衛(wèi)星距離地面的高度約為36 000 km，所以該衛(wèi)星正常運行時的速度比第一宇宙速度小，故C錯誤；該衛(wèi)星正常運行時的向心加速度大小保持不變，方向時刻改變，故D錯誤. 6.(2018·臺州中學高三第一學期第一次統(tǒng)練)2015年9月20日，“長征六號”運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心升空，順利飛抵距地球500余千米的太空，并成功將隨身攜帶的20顆衛(wèi)星以“天女散花”的方式送入地外空間.這些微小衛(wèi)星從100公斤到幾十克大小不等，分4次被釋放，每次只間隔幾十秒.同步衛(wèi)星距離地球表面的高度約為36 000 km，下

6、列說法正確的是(　　) A.這20顆衛(wèi)星受到的地球的萬有引力大小相等 B.衛(wèi)星的運行周期小于24小時 C.衛(wèi)星的運行速度大于7.9 km/s D.衛(wèi)星的角速度比同步衛(wèi)星小 答案　B 7.如圖2所示，環(huán)繞太陽運行的小行星“吳健雄星”的半徑約為16 km，密度與地球接近.已知地球的半徑為6 400 km，第一宇宙速度約為8 km/s，表面重力加速度g取10 m/s2，則以下說法正確的是(　　) 圖2 A.地球的公轉(zhuǎn)速度小于“吳健雄星”的公轉(zhuǎn)速度 B.地球的公轉(zhuǎn)角速度小于“吳健雄星”的公轉(zhuǎn)角速度 C.“吳健雄星”表面的重力加速度約為0.025 m/s2 D.“吳健雄星”的第

7、一宇宙速度為4 m/s 答案　C 8.(2018·嘉興市第一中學高三上學期期末考試)天舟一號貨運飛船于2017年4月20日在文昌航天發(fā)射中心由長征七號遙二運載火箭成功發(fā)射升空，4月25日進入預定軌道調(diào)整，于4月27日成功與更高軌道的天宮二號完成首次推進劑在軌補加試驗.已知天舟一號在預定軌道上做勻速圓周運動，補給前后天宮二號在軌道上均為勻速圓周運動.下列說法正確的是(　　) A.補給之前天宮二號中宇航員處于超重狀態(tài) B.預定軌道上的天舟一號運行的線速度小于在軌的天宮二號的線速度 C.預定軌道上的天舟一號運行的周期小于在軌的天宮二號的周期 D.補給后的天宮二號的運行速度將會大于7.9

8、km/s 答案　C 9.(2017·浙江4月選考科目考試)如圖3所示，設行星繞太陽的運動是勻速圓周運動，金星自身的半徑是火星的n倍，質(zhì)量為火星的k倍，不考慮行星自轉(zhuǎn)的影響，則(　　) 圖3 A.金星表面的重力加速度是火星的倍 B.金星的“第一宇宙速度”是火星的倍 C.金星繞太陽運動的加速度比火星小 D.金星繞太陽運動的周期比火星大 答案　B 解析　根據(jù)g＝可知，＝，選項A錯，根據(jù)v＝可知，＝，選項B對；根據(jù)a＝可知，距離太陽越遠，加速度越小，而＝常量，可知距離太陽越遠，周期越長，所以選項C、D均錯. 10.如圖4所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2M的

9、行星做勻速圓周運動，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的運行周期比乙的小 C.甲的角速度比乙的大 D.甲的線速度比乙的大 答案　A 解析　甲、乙兩衛(wèi)星分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運動，萬有引力提供各自做勻速圓周運動的向心力.由牛頓第二定律G?＝man＝m?r＝mω2r＝m?，可得an＝，T＝2π ?，ω＝ ，v＝ .由已知條件可得a甲＜a乙，T甲＞T乙，ω甲＜ω乙，v甲＜v乙，故正確選項為A. 【考點】天體運動規(guī)律分析 【題點】應用萬有引力提供向心力分析天體運動規(guī)律 11.(2018·浙江省名校新高考研究聯(lián)盟第二次聯(lián)考)有a、b、

10、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動，b在近地軌道做勻速圓周運動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖5所示.關(guān)于這四顆衛(wèi)星，下列說法正確的是(　　) 圖5 A.a的向心加速度等于重力加速度g B.c在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是 C.在相同時間內(nèi)，這四個衛(wèi)星中b轉(zhuǎn)過的弧長最長 D.d做圓周運動的周期有可能是20小時 答案　C 12.(2018·嘉興市3月高三選考)已知地球半徑為6 400 km，我國的“張衡一號”衛(wèi)星在距離地面500 km的圓軌道上運行，則它(　　) A.運行周期一定比地球同步衛(wèi)星大 B.線速度一定比靜止于赤道上的物

11、體小 C.角速度約為地球同步衛(wèi)星的15倍 D.線速度大于第一宇宙速度 答案　C 解析　“張衡一號”衛(wèi)星的軌道半徑r1＝6 400 km＋500 km＝6 900 km，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑r2＝6 400 km＋36 000 km＝42 400 km.由＝k知，A錯誤；由＝mω2r得：ω＝ ，故＝ ＝ ≈15倍，C正確；第一宇宙速度是圓軌道人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，D錯誤；由＝m得v＝ 知，“張衡一號”衛(wèi)星的線速度大于地球同步衛(wèi)星的線速度，再由v＝ωr知，地球同步衛(wèi)星的線速度大于靜止于赤道上物體的線速度，B錯誤. 13.(多選)如圖6所示，2018年2月2日，我國成功將電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)

12、星“張衡一號”發(fā)射升空，標志我國成為世界上少數(shù)擁有在軌運行高精度地球物理場探測衛(wèi)星的國家之一.通過觀測可以得到衛(wèi)星繞地球運動的周期，并已知地球的半徑和地球表面處的重力加速度.若將衛(wèi)星繞地球的運動看做是勻速圓周運動，且不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計算出衛(wèi)星的(　　) 圖6 A.密度 B.向心力的大小 C.離地高度 D.線速度的大小 答案　CD 解析　設人造地球衛(wèi)星的周期為T，地球質(zhì)量和半徑分別為M、R，衛(wèi)星的軌道半徑為r，則在地球表面：G?＝mg，GM＝gR2① 對衛(wèi)星：根據(jù)萬有引力提供向心力，有 G?＝m2r② 聯(lián)立①②式可求軌道半徑r，而r＝R＋h，故可

13、求得衛(wèi)星離地高度. 由v＝rω＝r，從而可求得衛(wèi)星的線速度. 衛(wèi)星的質(zhì)量未知，故衛(wèi)星的密度不能求出，萬有引力即向心力Fn＝G?也不能求出.故選項C、D正確. 14.如圖7所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星在同一平面上繞地球做勻速圓周運動，公轉(zhuǎn)方向相同.已知衛(wèi)星甲的公轉(zhuǎn)周期為T，每經(jīng)過最短時間9T，衛(wèi)星乙都要運動到與衛(wèi)星甲在地球同一側(cè)且三者共線的位置上，則衛(wèi)星乙的公轉(zhuǎn)周期為(　　) 圖7 A.T B.T C.T D.T 答案　A 解析　由題意得， (－)t＝2π① t＝9T② 聯(lián)立①②得T乙＝T，選項A正確. 【考點】衛(wèi)星的“追趕”問題 【題點】衛(wèi)星的“追趕”問題 二、

14、非選擇題 15.某課外科技小組長期進行天文觀測，發(fā)現(xiàn)某行星周圍有眾多小衛(wèi)星，這些小衛(wèi)星靠近行星且分布相當均勻，經(jīng)查對相關(guān)資料，該行星的質(zhì)量為M.現(xiàn)假設所有衛(wèi)星繞該行星的運動都是勻速圓周運動，已知引力常量為G. (1)若測得離行星最近的一顆衛(wèi)星的運動軌道半徑為R1，忽略其他小衛(wèi)星對該衛(wèi)星的影響，求該衛(wèi)星的運行速度v1為多大？ (2)在進一步的觀測中，發(fā)現(xiàn)離行星很遠處還有一顆衛(wèi)星，其運動軌道半徑為R2，周期為T2，試估算靠近行星周圍眾多小衛(wèi)星的總質(zhì)量m衛(wèi)為多大？ 答案　(1) 　(2)－M 解析　(1)設離行星最近的一顆衛(wèi)星的質(zhì)量為m1， 有G＝m1，解得v1＝ . (2)由于靠近行星周圍的眾多衛(wèi)星分布均勻，可以把行星及靠近行星的小衛(wèi)星看做一星體，其質(zhì)量中心在行星的中心，設離行星很遠的衛(wèi)星質(zhì)量為m2，則有 G＝m2R2 解得m衛(wèi)＝－M. 【考點】天體運動規(guī)律分析 【題點】應用萬有引力提供向心力分析天體運動規(guī)律