2018-2019學(xué)年高中物理人教版必修二教師用書(shū)：第六章 萬(wàn)有引力與航天 微型專題練　人造衛(wèi)星　宇宙速度

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精微型專題人造衛(wèi)星宇宙速度一、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eq\f(GMm,r2)＝m（eq\f（2π，T))2r＝meq\f(v2,r),解得周期T＝2πeq\r（\f（r3,GM）)

，環(huán)繞速度v＝eq\r（\f(GM，r))，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)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B3。（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380km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。6×104km,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.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(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5.0×102km的預(yù)定軌道?！拔蚩铡毙l(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。4×103km。下列說(shuō)法正確的是(）圖1A?！拔蚩铡毙l(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?！拔蚩铡毙l(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36000km，由v＝eq\r(\f（GM，r)）可知，“悟空"衛(wèi)星的線速度要大,所以A錯(cuò).由ω＝eq\r（\f（GM,r3））可知，“悟空”衛(wèi)星的角速度大，即周期小,由an＝eq\f(GM，r2)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＝eq\r（\f(GM，r)）,r越大，v越小，同步衛(wèi)星距離地面的高度約為36000km，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36000km，下列說(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7.9km/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(yáng)運(yùn)行的小行星“吳健雄星"的半徑約為16km，密度與地球接近.已知地球的半徑為6400km，第一宇宙速度約為8km/s，表面重力加速度g取10m/s2，則以下說(shuō)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0.025m/s2D.“吳健雄星”的第一宇宙速度為4m/s答案C8.(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。9km/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(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3A.金星表面的重力加速度是火星的eq\f（k，n)倍B。金星的“第一宇宙速度”是火星的eq\r（\f（k,n））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＝eq\f（GM,R2）可知，eq\f（g金,g火）＝eq\f（k,n2），選項(xiàng)A錯(cuò)，根據(jù)v＝eq\r(\f(GM,r））可知，eq\f(v金,v火)＝eq\r(\f（k,n)），選項(xiàng)B對(duì)；根據(jù)a＝eq\f（GM日,r2）可知，距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，加速度越小，而eq\f(r3，T2)＝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的行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()圖4A。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

eq\f(Mm,r2）＝man＝m

eq\f（4π2，T2)r＝mω2r＝m

eq\f（v2,r),可得an＝eq\f（GM，r2)，T＝2πeq\r（\f(r3,GM）)

，ω＝eq\r(\f(GM,r3））,v＝eq\r(\f（GM，r）).＜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、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5A.a的向心加速度等于重力加速度gB。c在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角是eq\f（π,6）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C12。（2018·嘉興市3月高三選考）已知地球半徑為6400km，我國(guó)的“張衡一號(hào)”衛(wèi)星在距離地面500km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＝6400km＋500km＝6900km，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑r2＝6400km＋36000km＝42400km。由eq\f（r3,T2)＝k知,A錯(cuò)誤；由eq\f(GMm，r2）＝mω2r得：ω＝eq\r(\f（GM,r3)）,故eq\f（ω1，ω2）＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r2，r1）)）3)＝eq\r(\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f(42400，6900））)3)≈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eq\f（GMm，r2)＝meq\f(v2，r）得v＝eq\r(\f（GM，r)）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)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(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

eq\f（Mm,R2)＝mg，GM＝gR2①對(duì)衛(wèi)星：根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，有G

eq\f（Mm，r2)＝meq\b\lc\(\rc\)（\a\vs4\al\co1(\f（2π，T2）））2r②聯(lián)立①②式可求軌道半徑r，而r＝R＋h，故可求得衛(wèi)星離地高度。由v＝rω＝req\f（2π，T)，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

eq\f（Mm，r2）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7A。eq\f(9,8)T B。eq\f（8,9)TC。eq\f(10,9)T D.eq\f(9,10）T答案A解析由題意得,(eq\f（2π，T）－eq\f(2π,T乙）)t＝2π①t＝9T②聯(lián)立①②得T乙＝eq\f（9,8)T，選項(xiàng)A正確?！究键c(diǎn)】衛(wèi)星的“追趕”問(wèn)題【題點(diǎn)】衛(wèi)星的“追趕”問(wèn)題二、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)eq\r(\f(GM,R1)）（2）eq\f(4π2R\o\al(2,

3)，GT\o\al（2,

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Geq\f(Mm1，R\o\al（1,

2))＝m1eq\f（v\o\al（1,

2)，R1)，解得v1＝eq\r(\f(GM,R1））.（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