（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第六章 萬(wàn)有引力與航天 微型專題 人造衛(wèi)星 宇宙速度學(xué)案 新人教版必修2

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1、（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第六章 萬(wàn)有引力與航天 微型專題 人造衛(wèi)星 宇宙速度學(xué)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(guó)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(wàn)有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力＝m()2r＝m，解得周期T＝2π?，環(huán)繞速度v＝，可見(jiàn)周期相同的情況下軌道半徑必然相同，B錯(cuò)誤.軌道半徑相同必然環(huán)繞速度相同，D錯(cuò)誤.同步衛(wèi)星相對(duì)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(gè)圓軌道上，C錯(cuò)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(wú)法計(jì)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(yùn)行速度 答案　B 3.(2018·浙江省9＋1高中聯(lián)盟第二學(xué)期期中考試)“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船在與“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(hào)”(　　) 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(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空進(jìn)入高為5.0×102 km的預(yù)定軌道.“悟空”衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng).已知地球半徑R＝6.4×103 km.下列說(shuō)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(yùn)動(dòng)周期比同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)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(cuò).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(duì). 5.我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭，成功將第五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，它是地球同步靜止軌道衛(wèi)星.在汶川抗震救災(zāi)中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)全力保障了救災(zāi)部隊(duì)行動(dòng)，發(fā)揮了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).關(guān)于第五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.該衛(wèi)星定點(diǎn)在北京上空 B.該衛(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)不可能經(jīng)過(guò)地球兩極 C.該衛(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)的速度比第一宇宙速度大 D.該衛(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)的向心加速度保持不變 答案　B 解析　同步衛(wèi)星運(yùn)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(diǎn)在北京上空，故A錯(cuò)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(yùn)行時(shí)的速度比第一宇宙速度小，故C錯(cuò)誤；該衛(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)的向心加速度大小保持不變，方向時(shí)刻改變，故D錯(cuò)誤. 6.(2018·臺(tái)州中學(xué)高三第一學(xué)期第一次統(tǒng)練)2015年9月20日，“長(zhǎng)征六號(hào)”運(yùn)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(shuō)法正確的是(　　) A.這20顆衛(wèi)星受到的地球的萬(wàn)有引力大小相等 B.衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于24小時(shí) C.衛(wèi)星的運(yùn)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(yáng)運(yùn)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(shuō)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(xué)高三上學(xué)期期末考試)天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船于2017年4月20日在文昌航天發(fā)射中心由長(zhǎng)征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空，4月25日進(jìn)入預(yù)定軌道調(diào)整，于4月27日成功與更高軌道的天宮二號(hào)完成首次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn).已知天舟一號(hào)在預(yù)定軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)給前后天宮二號(hào)在軌道上均為勻速圓周運(yùn)動(dòng).下列說(shuō)法正確的是(　　) A.補(bǔ)給之前天宮二號(hào)中宇航員處于超重狀態(tài) B.預(yù)定軌道上的天舟一號(hào)運(yùn)行的線速度小于在軌的天宮二號(hào)的線速度 C.預(yù)定軌道上的天舟一號(hào)運(yùn)行的周期小于在軌的天宮二號(hào)的周期 D.補(bǔ)給后的天宮二號(hào)的運(yùn)行速度將會(huì)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(shè)行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(yáng)運(yùn)動(dòng)的加速度比火星小 D.金星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期比火星大 答案　B 解析　根據(jù)g＝可知，＝，選項(xiàng)A錯(cuò)，根據(jù)v＝可知，＝，選項(xiàng)B對(duì)；根據(jù)a＝可知，距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，加速度越小，而＝常量，可知距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，周期越長(zhǎng)，所以選項(xiàng)C、D均錯(cuò). 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(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖4 A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的運(yùn)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(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供各自做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(xiàng)為A. 【考點(diǎn)】天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 【題點(diǎn)】應(yīng)用萬(wàn)有引力提供向心力分析天體運(yùn)動(dòng)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(dòng)，b在近地軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)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(shuō)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(guò)的圓心角是 C.在相同時(shí)間內(nèi)，這四個(gè)衛(wèi)星中b轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng) D.d做圓周運(yùn)動(dòng)的周期有可能是20小時(shí) 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(guó)的“張衡一號(hào)”衛(wèi)星在距離地面500 km的圓軌道上運(yùn)行，則它(　　) A.運(yùn)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(hào)”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(cuò)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(cuò)誤；由＝m得v＝ 知，“張衡一號(hào)”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(cuò)誤. 13.(多選)如圖6所示，2018年2月2日，我國(guó)成功將電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)

12、星“張衡一號(hào)”發(fā)射升空，標(biāo)志我國(guó)成為世界上少數(shù)擁有在軌運(yùn)行高精度地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星的國(guó)家之一.通過(guò)觀測(cè)可以得到衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)看做是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計(jì)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(shè)人造地球衛(wèi)星的周期為T(mén)，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(duì)衛(wèi)星：根據(jù)萬(wàn)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(wàn)有引力即向心力Fn＝G?也不能求出.故選項(xiàng)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(yùn)動(dòng)，公轉(zhuǎn)方向相同.已知衛(wèi)星甲的公轉(zhuǎn)周期為T(mén)，每經(jīng)過(guò)最短時(shí)間9T，衛(wèi)星乙都要運(yùn)動(dòng)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(xiàng)A正確. 【考點(diǎn)】衛(wèi)星的“追趕”問(wèn)題 【題點(diǎn)】衛(wèi)星的“追趕”問(wèn)題 二、

14、非選擇題 15.某課外科技小組長(zhǎng)期進(jìn)行天文觀測(cè)，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(dāng)均勻，經(jīng)查對(duì)相關(guān)資料，該行星的質(zhì)量為M.現(xiàn)假設(shè)所有衛(wèi)星繞該行星的運(yùn)動(dòng)都是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知引力常量為G. (1)若測(cè)得離行星最近的一顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑為R1，忽略其他小衛(wèi)星對(duì)該衛(wèi)星的影響，求該衛(wèi)星的運(yùn)行速度v1為多大？ (2)在進(jìn)一步的觀測(cè)中，發(fā)現(xiàn)離行星很遠(yuǎn)處還有一顆衛(wèi)星，其運(yùn)動(dòng)軌道半徑為R2，周期為T(mén)2，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(shè)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(shè)離行星很遠(yuǎn)的衛(wèi)星質(zhì)量為m2，則有 G＝m2R2 解得m衛(wèi)＝－M. 【考點(diǎn)】天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 【題點(diǎn)】應(yīng)用萬(wàn)有引力提供向心力分析天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律