（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()2rm，解得周期T2 ，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)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B3.(2018·浙江省91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.向心加速度小于地球同步衛(wèi)星向心加速度答案A4.(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(yù)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R6.4×103 km.下列說法正確的是()圖1A.“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可知，“悟空”衛(wèi)星的線速度要大，所以A錯.由可知，“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(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)星導航定位系統(tǒng)全力保障了救災(zāi)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/sD.衛(wèi)星的角速度比同步衛(wèi)星小答案B7.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2A.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/s2D.“吳健雄星”的第一宇宙速度為4 m/s答案C8.(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(yù)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(yù)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(yù)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(yù)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 km/s答案C9.(2017·浙江4月選考科目考試)如圖3所示，設(shè)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3A.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的行星做勻速圓周運動，下列說法正確的是()圖4A.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 manm rm2rm ，可得an，T2  ， ，v .由已知條件可得a甲a乙，T甲T乙，甲乙，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(yīng)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、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5A.a的向心加速度等于重力加速度gB.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C12.(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r16 400 km500 km6 900 km，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑r26 400 km36 000 km42 400 km.由k知，A錯誤；由m2r得： ，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vr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)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6A.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，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，GMgR2對衛(wèi)星：根據(jù)萬有引力提供向心力，有G m2r聯(lián)立式可求軌道半徑r，而rRh，故可求得衛(wèi)星離地高度.由vrr，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FnG 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7A.T B.TC.T D.T答案A解析由題意得，()t2t9T聯(lián)立得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、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(shè)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(shè)離行星最近的一顆衛(wèi)星的質(zhì)量為m1，有Gm1，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)離行星很遠的衛(wèi)星質(zhì)量為m2，則有Gm2R2解得m衛(wèi)M.【考點】天體運動規(guī)律分析【題點】應(yīng)用萬有引力提供向心力分析天體運動規(guī)律