专题22 人造卫星与宇宙速度（精练）-2019年高考物理双基突破（一） 12页

专题二十二 人造卫星与宇宙速度（精练）‎ ‎1．下列说法正确的是 A．绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船，其速度可能大于7.9 km/s B．在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中，一细线一端固定，另一端系一小球，小球可以在以固定点为圆心的平面内做匀速圆周运动 C．人造地球卫星返回地球并安全着陆的过程中一直处于失重状态 D．嫦娥三号在月球上着陆的过程中可以用降落伞减速 ‎【答案】B ‎2．登上火星是人类的梦想，“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星。地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响．根据下表，火星和地球相比 行星 半径/m 质量/kg 轨道半径/m 地球 ‎6.4×106‎ ‎6.0×1024‎ ‎1.5×1011‎ 火星 ‎3.4×106‎ ‎6.4×1023‎ ‎2.3×1011‎ A．火星的公转周期较小 B．火星做圆周运动的加速度较小 C．火星表面的重力加速度较大 D．火星的第一宇宙速度较大 ‎【答案】B ‎【解析】本题考查万有引力定律，意在考查考生运用万有引力定律解决天体运动问题的能力．根据万有引力定律可知＝m2r，得公转周期公式T＝，对同一中心天体，环绕天体的公转半径越大，公转周期越大，A项错误；根据公转向心加速度公式a＝可知，环绕天体的公转半径越大，公转向心加速度越小，B项正确；对于天体表面的重力加速度，由g＝得g地>g火，C项错误；由第一宇宙速度公式v1＝得v1地>v1火，D项错误。‎ ‎3．（多选）2016年12月22日，我国成功发射了国内首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（以下简称“碳卫星”）。如图所示，设“碳卫星”在半径为R的圆周轨道上运行，经过时间t，通过的弧长为s。已知引力常量为G。下列说法正确的有 A．“碳卫星”内的物体处于平衡状态 B．“碳卫星”的运行速度大于7.9 km/s C．“碳卫星”的发射速度大于7.9 km/s ‎ D．可算出地球质量为 ‎【答案】CD ‎4．如图所示，有关地球人造卫星轨道的正确说法有 A．a、b、c均可能是卫星轨道 ‎ B．卫星轨道只可能是a C．a、b均可能是卫星轨道 ‎ D．b可能是同步卫星的轨道 ‎【答案】C ‎【解析】地球卫星围绕地球做匀速圆周运动，圆心是地球的地心，所以凡是地球卫星，轨道面必定经过地球中心，所以a、b均可能是卫星轨道，c不可能是卫星轨道，故A、B错误，C正确；同步卫星的轨道必定在赤道平面内，所以b不可能是同步卫星，故D错误。‎ ‎5．请阅读短文，结合图示的情景，完成第（1）～（3）题。‎ ‎2013年12月14日，“嫦娥三号”（“玉兔”号月球车和着陆器）以近似为零的速度实现了月面软着陆。下图为“嫦娥三号”运行的轨道示意图。‎ ‎（1）着陆器承载着月球车在半径为100km的环月圆轨道上运行过程中，下列判断正确的是 A．月球车不受月球的作用力 B．着陆器为月球车提供绕月运动的向心力 C．月球车处于失重状态 ‎ D．月球车处于超重状态 ‎（2）“嫦娥三号”发射后直接进入椭圆形地月转移轨道，其发射速度为 A．16.7km/s ‎ B．大于7.9km/s，小于11.2km/s ‎ C．7.9km/s ‎ D．11.2km/s ‎（3）“嫦娥三号”在下列位置中，受到月球引力最大的是 A．太阳帆板展开的位置 ‎ B．月球表面上的着陆点 C．环月椭圆轨道的近月点 ‎ D．环月椭圆轨道的远日点 ‎【答案】（1）C（2）B（3）B ‎（2）发射速度应大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，故B正确，A、C、D错误。‎ ‎（3）根据万有引力定律可知离月球最近的地点，受月球的引力最大，故B正确。‎ ‎6．如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是 A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度 B．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度 C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c D．a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将减小 ‎【答案】B ‎7．为纪念伽利略将望远镜用于天文观测400周年，2009年被定为以“探索我的宇宙”为主题的国际天文年。我国发射的“嫦娥”一号卫星绕月球经过一年多的运行，完成了既定任务，于2009年3月1日16时13分成功撞月。如图为“嫦娥”一号卫星撞月的模拟图，卫星在控制点1开始进入撞月轨道。假设卫星绕月球做圆周运动的轨道半径为R，周期为T，引力常量为G。根据题中信息，以下说法正确的是 A．可以求出月球的质量 B．可以求出月球对“嫦娥”一号卫星的引力 C．“嫦娥”一号卫星在控制点1处应减速 D．“嫦娥”一号在地面的发射速度大于11．2km/s ‎【答案】‎ ‎8． 2016年12月13日，天空出现“超级大月亮”，月亮的亮度和视觉直径都大于平常，如图，究其原因，月球的绕地轨道实际上是一个偏心率很小的椭圆，当天月球刚好运动到近地点。结合所学知识判断下列与月球椭圆轨道运动模型有关的说法中正确的是 A．月球公转周期小于地球同步卫星的公转周期 B．月球在远地点的线速度小于地球第一宇宙速度 C．月球在远地点的加速度大于在近地点的加速度 D．月球在远地点的机械能小于在近地点的机械能 ‎【答案】B ‎【解析】根据开普勒第三定律得，＝k，知月球的半长轴大于同步卫星的轨道半径，则月球的公转周期大于地球的同步卫星周期，故A错误．根据万有引力提供向心力G＝m知，轨道半径越大，线速度越小，则地球的第一宇宙速度大于远地点所在圆轨道上运行的速度，而月球在远地点的速度小于其所在圆上的速度，因为在远地点，万有引力大于向心力，而要进入圆轨道需加速．所以月球远地点的速度小于地球的第一宇宙速度，故B正确．月球在远地点所受的万有引力小于在近地点所受的万有引力，根据牛顿第二定律得，在远地点的加速度小于在近地点的加速度，故C错误．月球在椭圆轨道上运行，只有万有引力做功，机械能守恒，故D错误。‎ ‎9．2017年4月12日19时04分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射实践十三号卫星．这是我国首颗高通量高轨道通信卫星（属地球同步卫星）。另外，2015年12月29日凌晨，我国在西昌卫星发射中心成功发射了高分四号遥感卫星。该卫星是我国以及世界首颗地球同步轨道高分辨率遥感卫星。下列关于这两颗地球同步卫星的说法不正确的是 A．这两颗卫星均在赤道的正上方 ‎ B．这两颗卫星的周期相同 C．这两颗卫星受到地球对它们的万有引力一定大小相等 D．这两颗卫星的线速度大小相等 ‎【答案】C ‎10．（多选）北京时间2016年11月18日13时59分，“神舟十一号”飞船返回舱在位于内蒙古自治区四子王旗内的阿木古郎草原主着陆场预订区着陆，航天员景海鹏、陈冬平安返回。在刚刚过去的33天里，“神舟十一号”和“天宫二号”在与未来空间站相同高度的轨道开展对接实验，快速变轨控制验证实验，为空间站探路，标志着我国航天事业又向前迈进一大步。若这两颗人造地球卫星，它们质量之比为m1∶m2＝1∶2，它们运行的线速度之比为v1∶v2＝1∶2，那么 A．它们运行的周期之比为8∶1 ‎ B．它们运行的轨道半径之比为4∶1‎ C．它们所受向心力之比为1∶16 ‎ D．它们正常运行的线速度一定大于7.9 km/s ‎【答案】AB ‎【解析】根据万有引力提供向心力G＝m，线速度v＝，它们运行的线速度之比为v1∶v2＝1∶2，所以轨道半径比r1∶r2＝4∶1.周期T＝2π，周期之比T1∶T2＝8∶1，故A、B正确；根据万有引力提供向心力Fn＝G，轨道半径之比为r1∶r2＝4∶1，所以向心力之比＝＝＝×（）2＝，故C错误；7.9 km/s是绕地球的最大运行速度，所以它们正常运行的速度一定小于7.9 km/s，故D错误。‎ ‎11．（多选）2016年10月17日，“神舟十一号”载人飞船成功发射，10月19日与“天宫二号”交会对接。如图所示是“天宫二号”和“神舟十一号”交会对接前绕地球做匀速圆周运动的轨道示意图，下列说法正确的是 A．“神舟十一号”的运动速度小于“天宫二号”‎ B．“神舟十一号”的运动周期小于“天宫二号”‎ C．“神舟十一号”的运动加速度小于“天宫二号”‎ D．“神舟十一号”必须加速才能与“天宫二号”交会对接 ‎【答案】BD ‎12．（多选）在圆轨道上质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球的半径R，地球表面的重力加速度为g，则 A．卫星运动的线速度为 ‎ B．卫星运动的周期为4π C．卫星的向心加速度为g ‎ D．卫星的角速度为 ‎【答案】BD ‎【解析】万有引力提供向心力，有G＝m，又g＝，故v＝＝，A错；T＝＝＝4π，B对；a＝＝＝，C错；ω＝＝，D对。‎ ‎13．（多选）2014年11月1日早上6时42分，被誉为“嫦娥五号”的“探路尖兵”载人返回飞行试验返回器在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆，标志着我国已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速载人返回关键技术，为“嫦娥五号”任务顺利实施和探月工程持续推进奠定了坚实基础．已知人造航天器在月球表面上空绕月球做匀速圆周运动，经过时间t（t小于航天器的绕行周期），航天器运动的弧长为s，航天器与月球的中心连线扫过角度为θ，引力常量为G，则 A．航天器的轨道半径为 B．航天器的环绕周期为 C．月球的质量为 D．月球的密度为 ‎【答案】BC 月球的密度ρ＝＝＝，故D错误。‎ ‎14．（多选）2013年1月27日，我国在境内再次成功地进行了陆基中段反导拦截技术试验，中段是指弹道导弹在大气层外空间依靠惯性飞行的一段。如图所示，一枚蓝军弹道导弹从地面上A点发射升空，目标是攻击红军基地B点，导弹升空后，红军反导预警系统立刻发现目标，从C点发射拦截导弹，并在弹道导弹飞行中段的最高点D将其击毁。下列说法中正确的是 A．图中E到D过程，弹道导弹机械能不断增大 B．图中E到D过程，弹道导弹的加速度不断减小 C．弹道导弹在大气层外运动轨迹是以地心为焦点的椭圆 D．弹道导弹飞行至D点时速度大于7.9 km/s ‎【答案】BC ‎ ‎【解析】E到D过程，依靠惯性飞行，只有引力做功，机械能守恒，故A错误。E到D过程，高度增大，地球对导弹的引力减小，加速度减小，故B正确。根据开普勒第一定律，导弹在大气层外只受地球引力，其运动轨迹是以地心为焦点的椭圆，故C正确。根据开普勒第二定律，导弹离地面越远速度越小，离地面越近速度越大，地面附近的速度为第一宇宙速度7.9 km/s，所以弹道导弹飞行至D点时速度小于7.9‎ ‎ km/s，故D错误。‎ ‎15．（多选）如图所示，A为置于地球赤道上的物体，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，C为绕地球做匀速圆周运动的卫星，P为B、C两卫星轨道的交点。已知A、B、C绕地心运动的周期相同。相对于地心，下列说法中正确的是 A．卫星C的运行速度大于物体A的速度 B．物体A和卫星C具有相同大小的加速度 C．卫星B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相等 D．卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点加速度大小相等 ‎【答案】ACD ‎16．嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器，包括着陆器和月球车，于2013年12月2日由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射．已知月球的半径约是地球半径的，月球质量约是地球质量的，地球的第一宇宙速度为7.9 km/s，则下列说法正确的是 A．嫦娥三号的发射速率为7.9 km/s B．嫦娥三号由地球奔向月球过程中万有引力一直做负功 C．当嫦娥三号相对月球的速率大于1.76 km/s时，有实现返回地面的可能 D．嫦娥三号可以以2 km/s的速度绕月球做匀速圆周运动 ‎【答案】C ‎17．第一宇宙速度又叫做环绕速度，第二宇宙速度又叫做逃逸速度．理论分析表明，逃逸速度是环绕速度的倍，这个关系对其他天体也是成立的．有些恒星，在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后，强大的引力把其中的物质紧紧地压在一起，它的质量非常大，半径又非常小，以至于任何物质和辐射进入其中都不能逃逸，甚至光也不能逃逸，这种天体被称为黑洞。已知光在真空中传播的速度为c，太阳的半径为R，太阳的逃逸速度为。假定太阳能够收缩成半径为r的黑洞，且认为质量不变，则应大于 A．500 B．500 C．2.5×105 D．5.0×105‎ ‎【答案】C ‎【解析】设第一宇宙速度为v1，根据＝得v1＝，即＝ ，同理可得＝ ，两式相比得＝2.5×105，故C正确。‎ ‎18．有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，到地心的距离为地球半径R0的2倍，卫星圆形轨道平面与地球赤道平面重合。已知地球表面重力加速度为g，近似认为太阳光是平行光，试估算：‎ ‎（1）卫星做匀速圆周运动的周期；‎ ‎（2）卫星绕地球一周，太阳能收集板工作的时间．‎ ‎【答案】（1）4π 　（2） ‎【解析】（1）地球卫星做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得：G＝m（2R0）‎ ‎ ‎ ‎19．如图所示，A是地球同步卫星，另一个卫星B的圆轨道位于赤道平面内，距离地面高度为h。已知地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心。‎ ‎（1）卫星B的运行周期是多少？‎ ‎（2）如果卫星B的绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近（O、B、A在同一直线上），求至少再经过多长时间，它们再一次相距最近？‎ ‎【答案】（1）2π （2） ‎【解析】（1）由万有引力定律和向心力公式得G＝m（R＋h） ①‎ G＝mg ②‎ 联立①②解得　TB＝2π ③‎ ‎（2）由题意得（ωB－ω0）t＝2π ④‎ 由③得　ωB＝ ⑤‎ 代入④得t＝