【物理】2020届一轮复习人教版天体运动与人造卫星作业（江苏专用）

【物理】2020届一轮复习人教版天体运动与人造卫星作业（江苏专用）

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＝，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＝，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：G＝m(R＋h)，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7.9 km/s(第一宇宙速度)，可以用下列两式计算：v＝、v＝。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11.2 km/s，人造卫星绕地球做圆周运动的速度介于7.9 km/s和11.2 km/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：G＝m(R＋h)，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7.9 km/s(第一宇宙速度)，可以用下列两式计算：v＝、v＝。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11.2 km/s，人造卫星绕地球做圆周运动的速度小于第一宇宙速度7.9 km/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380 km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380 km的圆轨道上飞行时，由G＝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＝可知，“天舟一号”的周期小于地球自转周期，C项正确；由G＝mg，G＝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G＝mr＝ma＝m，解得T＝2π，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＝，故“天宫一号”在轨运行的加速度比地面重力加速度小，由v＝，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＝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：G＝mr，解得：r＝ ，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7.9 km/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7.9 km/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：G＝ma，解得：a＝G，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：G＝ma，得行星的质量M＝，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G＝得，行星的第一宇宙速度v＝ ，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G＝m2r得，卫星的公转周期T＝2π ，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2.15×104 km，静止轨道卫星的高度约为3.60×104 km。下列说法正确的是(　　)‎ A．中轨道卫星的线速度大于7.9 km/s B．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7.9 km/s，故A错误；根据万有引力提供向心力：G＝m，解得：v＝ ，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：G＝mr，解得：T＝ ，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：G＝ma，解得：a＝G，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380 km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＝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＝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G＝mr，可得圆轨道的周期T＝ ，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G＝mArA＝mBrB，双星之间的周期公式为：T2＝，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 B．乙星所受合外力为 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＝＋＝，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393 km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；补加推进剂后，天宫二号的质量增大，根据万有引力定律可知，天宫二号受到地球的引力增大，故B错误；补加推进剂后，天宫二号的质量增大，根据万有引力提供向心力可得G＝mr，解得：T＝2π，公式中的M是地球的质量，可见天宫二号的周期与其质量无关，所以保持不变，故C错误；天舟一号在加速下降过程中加速度的方向向下，所以处于失重状态，故D错误。‎ ‎14．[多选]已知月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a，月球的半径为R，月球的平均密度为ρ，引力常量为G。则(　　)‎ A．月球的自转周期为T＝2ρ B．月球绕地球做匀速圆周运动的线速度为 C．月球的第一宇宙速度为 D．月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为a 解析：选CD　由题中条件无法求出月球的自转周期，故A错误；根据月球绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球引力提供，则有G＝ma＝m，其中r为月球中心到地球中心的距离，月球绕地球做匀速圆周运动的线速度为，故B错误；根据G＝m可知月球的第一宇宙速度为v＝ ＝ ＝ ，故C正确； 根据月球绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球引力提供，所以在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小就等于月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小，故D正确。‎