高考物理一輪復習 第四章 課時跟蹤檢測（十五）天體運動與人造衛(wèi)星-人教版高三物理試題

課時跟蹤檢測(十五)天體運動與人造衛(wèi)星對點訓練：宇宙速度的理解與計算1．(2014·福建高考)若有一顆“宜居”行星，其質量為地球的p倍，半徑為地球的q倍，則該行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度是地球衛(wèi)星環(huán)繞速度的()A．eq\r(pq)倍 B．eq\r(\f(q,p))倍C．eq\r(\f(p,q))倍 D．eq\r(pq3)倍2．(2015·宜春模擬)2014年3月8日凌晨，從吉隆坡飛往北京的馬航MH370航班起飛后與地面失去聯(lián)系，機上有154名中國人。之后，中國緊急調(diào)動了海洋、風云、高分、遙感等4個型號近10顆衛(wèi)星為地面搜救行動提供技術支持。假設“高分一號”衛(wèi)星與同步衛(wèi)星、月球繞地球運行的軌道都是圓，它們在空間的位置示意圖如圖1所示。下列有關“高分一號”的說法正確的是()圖1A．其發(fā)射速度可能小于7.9km/sB．繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的大C．繞地球運行的周期比同步衛(wèi)星的大D．在運行軌道上完全失重，重力加速度為0對點訓練：衛(wèi)星運行參量的分析與比較3．(2014·浙江高考)長期以來“卡戎星(Charon)”被認為是冥王星唯一的衛(wèi)星，它的公轉軌道半徑r1＝19600km，公轉周期T1＝6.39天。2006年3月，天文學家新發(fā)現(xiàn)兩顆冥王星的小衛(wèi)星，其中一顆的公轉軌道半徑r2＝48000km，則它的公轉周期T2最接近于()A．15天 B．25天C．35天 D．45天4．(2015·贛州模擬)如圖2所示，軌道Ⅰ是近地氣象衛(wèi)星軌道，軌道Ⅱ是地球同步衛(wèi)星軌道，設衛(wèi)星在軌道Ⅰ和軌道Ⅱ上都繞地心做勻速圓周運動，運行的速度大小分別是v1和v2，加速度大小分別是a1和a2則()圖2A．v1＞v2a1＜aB．v1＞v2a1＞aC．v1＜v2a1＜aD．v1＜v2a1＞a5．(多選)截止到2014年2月全球定位系統(tǒng)GPS已運行了整整25年，是現(xiàn)代世界的奇跡之一。GPS全球定位系統(tǒng)有24顆衛(wèi)星在軌運行，每個衛(wèi)星的環(huán)繞周期為12小時。GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星相比較，下面說法正確的是()圖3A．GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道半徑是地球同步衛(wèi)星半徑的eq\f(\r(2),2)倍B．GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道半徑是地球同步衛(wèi)星半徑的eq\f(\r(3,2),2)倍C．GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星線速度是地球同步衛(wèi)星線速度的eq\r(2)倍D．GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星線速度是地球同步衛(wèi)星線速度的eq\r(3,2)倍6．如圖4建筑是厄瓜多爾境內(nèi)的“赤道紀念碑”。設某人造地球衛(wèi)星在赤道上空飛行，衛(wèi)星的軌道平面與地球赤道重合，飛行高度低于地球同步衛(wèi)星。已知衛(wèi)星軌道半徑為r，飛行方向與地球的自轉方向相同，設地球的自轉角速度為ω0，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，某時刻衛(wèi)星通過這一赤道紀念碑的正上方，該衛(wèi)星過多長時間再次經(jīng)過這個位置？()圖4A．eq\f(2π,\r(\f(gR2,r3))) B．eq\f(2π,ω0＋\r(\f(gR2,r3)))C．eq\f(2π,ω0－\r(\f(gR2,r3))) D．eq\f(2π,\r(\f(gR2,r3))－ω0)對點訓練：衛(wèi)星變軌問題分析7．我國“嫦娥一號”探月衛(wèi)星發(fā)射后，先在“24小時軌道”上繞地球運行(即繞地球一圈需要24小時)；然后，經(jīng)過兩次變軌依次到達“48小時軌道”和“72小時軌道”；最后奔向月球。如果按圓形軌道計算，并忽略衛(wèi)星質量的變化，則在每次變軌完成后與變軌前相比()A．衛(wèi)星動能增大，引力勢能減小B．衛(wèi)星動能增大，引力勢能增大C．衛(wèi)星動能減小，引力勢能減小D．衛(wèi)星動能減小，引力勢能增大8．(多選)(2013·全國卷Ⅰ)2012年6月18日，神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器在離地面343km的近圓形軌道上成功進行了我國首次載人空間交會對接。對接軌道所處的空間存在極其稀薄的大氣，下列說法正確的是()A．為實現(xiàn)對接，兩者運行速度的大小都應介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間B．如不加干預，在運行一段時間后，天宮一號的動能可能會增加C．如不加干預，天宮一號的軌道高度將緩慢降低D．航天員在天宮一號中處于失重狀態(tài)，說明航天員不受地球引力作用9．(多選)(2015·青島模擬)我國于2013年12月發(fā)射了“嫦娥三號”衛(wèi)星，該衛(wèi)星在距月球表面H處的環(huán)月軌道Ⅰ上做勻速圓周運動，其運行的周期為T，隨后“嫦娥三號”在該軌道上A點采取措施，降至近月點高度為h的橢圓軌道Ⅱ上，如圖5所示。若以R表示月球的半徑，忽略月球自轉及地球對衛(wèi)星的影響。則下述判斷正確的是()圖5A．月球的質量為eq\f(4π2R＋H3,GT2)B．月球的第一宇宙速度為eq\f(2π\(zhòng)r(RR＋h3),TR)C．“嫦娥三號”在環(huán)月軌道Ⅰ上需加速才能降至橢圓軌道ⅡD．“嫦娥三號”在圖中橢圓軌道Ⅱ上的周期為eq\r(\f(2R＋H＋h3,8R＋H3))T對點訓練：宇宙多星系統(tǒng)問題10.(多選)(2015·廣西三校聯(lián)考)如圖6所示，兩顆靠得很近的天體組合為雙星，它們以兩者連線上的某點為圓心，做勻速圓周運動，以下說法中正確的是()圖6A．它們做圓周運動的角速度大小相等B．它們做圓周運動的線速度大小相等C．它們的軌道半徑與它們的質量成反比D．它們的軌道半徑與它們的質量的平方成反比11．(多選)(2015·聊城模擬)如圖7所示，甲、乙、丙是位于同一直線上的離其他恒星較遠的三顆恒星，甲、丙圍繞乙在半徑為R的圓軌道上運行，若三顆星質量均為M，萬有引力常量為G，則()圖7A．甲星所受合外力為eq\f(5GM2,4R2)B．乙星所受合外力為eq\f(GM2,R2)C．甲星和丙星的線速度相同D．甲星和丙星的角速度相同對點訓練：天體運動的綜合問題12．2014年8月11日，天空出現(xiàn)了“超級月亮”，這是月球運動到了近地點的緣故。然后月球離開近地點向著遠地點而去，“超級月亮”也與我們漸行漸遠。在月球從近地點到達遠地點的過程中，下面說法正確的是()圖8A．月球運動速度越來越大B．月球的向心加速度越來越大C．地球對月球的萬有引力做正功D．雖然離地球越來越遠，但月球的機械能不變13.(2015·東北三省四市模擬)假設在宇宙中存在這樣三個天體A、B、C，它們在一條直線上，天體A離天體B的高度為某值時，天體A和天體B就會以相同的角速度共同繞天體C運轉，且天體A和天體B繞天體C運動的軌道都是圓軌道，如圖9所示。以下說法正確的是()圖9A．天體A做圓周運動的加速度小于天體B做圓周運動的加速度B．天體A做圓周運動的線速度小于天體B做圓周運動的線速度C．天體A做圓周運動的向心力大于天體C對它的萬有引力D．天體A做圓周運動的向心力等于天體C對它的萬有引力14．(2015·上饒模擬)2013年12月2日1時30分，搭載嫦娥三號探測器的長征三號乙火箭點火升空。假設為了探測月球，載著登陸艙的探測飛船在以月球中心為圓心，半徑為r1的圓軌道上運動，周期為T1，總質量為m1登陸艙隨后脫離飛船，變軌到離月球更近的半徑為r2的圓軌道上運動，此時登陸艙的質量為m2。最終在月球表面實現(xiàn)軟著陸、無人探測及月夜生存三大創(chuàng)新。若以R表示月球的半徑，忽略月球自轉及地球對衛(wèi)星的影響。則下列有關說法正確的是()A．月球表面的重力加速度g月＝eq\f(4π2r1,T12)B．月球的第一宇宙速度為eq\f(2π\(zhòng)r(Rr13),T1)C．登陸艙在半徑為r2軌道上的周期T2＝eq\r(\f(r23,r13))T1D．登陸艙在半徑為r1與半徑為r2的軌道上的線速度之比為eq\r(\f(m1r2,m2r1))15．(多選)(2014·廣東高考)如圖10所示，飛行器P繞某星球做勻速圓周運動。星球相對飛行器的張角為θ。下列說法正確的是()圖10A．軌道半徑越大，周期越長 B．軌道半徑越大，速度越大C．若測得周期和張角，可得到星球的平均密度D．若測得周期和軌道半徑，可得到星球的平均密度答案1．選C衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動時，萬有引力充當向心力，即Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，可見環(huán)繞速度與中心天體質量與半徑比值的平方根成正比，題述行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度是地球衛(wèi)星環(huán)繞速度的eq\r(\f(p,q))倍，C項正確。2．選B在地球上發(fā)射衛(wèi)星的最小速度為7.9km/s，A錯誤；由eq\f(GMm,r2)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)·r可得：ω＝eq\r(\f(GM,r3))，T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，“高分一號”的軌道半徑小于同步衛(wèi)星和月球的軌道半徑，因此，“高分一號”的角速度比月球繞地球運行的大，繞行周期比同步衛(wèi)星的小，B正確，C錯誤；衛(wèi)星在運行軌道上的加速度等于所在處的重力加速度，處于完全失重狀態(tài)，重力加速度不為零，D錯誤。3．選B由開普勒第三定律可得eq\f(r13,T12)＝eq\f(r23,T22)，解得T2＝T1eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r2,r1)))3)＝6.39×eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(48000,19600)))3)≈24.5(天)，故選B。本題也可利用萬有引力定律對“卡戎星”和小衛(wèi)星分別列方程，聯(lián)立方程組求解。4．選B根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝ma，可知v＝eq\r(\f(GM,r))，a＝eq\f(GM,r2)，所以v1＞v2，a1＞a2。選項B正確。5．選BD萬有引力是衛(wèi)星圍繞地球轉動的向心力，Geq\f(Mm,r2)＝m(eq\f(2π,T))2r，衛(wèi)星運動的周期T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，設GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星半徑為r1，周期為T1，同步衛(wèi)星半徑為r2，周期為T2，根據(jù)周期公式解得eq\f(r1,r2)＝eq\r(3,\f(T1,T2)2)＝eq\f(\r(3,2),2)，A錯誤，B正確；eq\f(v1,v2)＝eq\f(2πr1/T1,2πr2/T2)＝eq\f(r1,r2)·eq\f(T2,T1)＝eq\r(3,2)，C錯誤，D正確。6．選D用ω表示衛(wèi)星的角速度，用m、M分別表示衛(wèi)星及地球的質量，則有eq\f(GMm,r2)＝mrω2，在地面上，有Geq\f(Mm,R2)＝mg，聯(lián)立解得ω＝eq\r(\f(gR2,r3))，衛(wèi)星高度低于同步衛(wèi)星高度，則ω＞ω0，用t表示所需時間，則ωt－ω0t＝2π，所以t＝eq\f(2π,ω－ω0)＝eq\f(2π,\r(\f(gR2,r3))－ω0)，D正確。7．選D“嫦娥一號”變軌過程中，質量變化可忽略不計，由v＝eq\r(\f(GM,r))可知，軌道越高，衛(wèi)星速度越小，故變軌后衛(wèi)星動能減小，A、B錯誤；軌道變高時，萬有引力對衛(wèi)星做負功，衛(wèi)星引力勢能增大，故C錯誤，D正確。8．選BC本題考查人造地球衛(wèi)星的運行規(guī)律，意在考查考生對萬有引力定律的理解和對牛頓第二定律的應用能力。神舟九號和天宮一號在近地軌道上運行的速度都小于第一宇宙速度，選項A錯誤；由于空間存在稀薄氣體，若不對兩者干預，其動能將增加，軌道半徑減小，選項B、C正確；由于天宮一號做勻速圓周運動，航天員受到的萬有引力全部提供其做圓周運動的向心力，處于完全失重狀態(tài)，選項D錯誤。9．選ABD“嫦娥三號”衛(wèi)星在軌道Ⅰ上做勻速圓周運動，由eq\f(GMm,R＋H2)＝meq\f(4π2,T2)·(R＋H)可得：月球質量M＝eq\f(4π2R＋H3,GT2)，A正確。由eq\f(GMm,R2)＝meq\f(v2,R)可求出月球第一宇宙速度為v＝eq\r(\f(GM,R))＝eq\f(2π\(zhòng)r(RR＋H3),TR)，B正確；“嫦娥三號”衛(wèi)星在環(huán)月軌道Ⅰ上需要減速做近心運動，才能降至橢圓軌道Ⅱ上，C錯誤；由開普勒第三定律可得：eq\f(R＋H3,T2)＝eq\f(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2)h＋2R＋H))3,TⅡ2)，可得：TⅡ＝eq\r(\f(2R＋H＋h3,8R＋H3))T，D正確。10．選AC它們做圓周運動的角速度大小相等，線速度大小不一定相等，選項A正確B錯誤；由eq\f(GmBmA,rA＋rB2)＝mAωA2rA＝mBωB2rB，它們的軌道半徑與它們的質量成反比，選項C正確D錯誤。11．選AD甲星所受合外力為乙、丙對甲星的萬有引力的合力，F(xiàn)甲＝eq\f(GM2,R2)＋eq\f(GM2,2R2)＝eq\f(5GM2,4R2)，A正確；由對稱性可知，甲、丙對乙星的萬有引力等大反向，乙星所受合力為0，B錯誤；由于甲、乙位于同一直線上，甲、乙的角速度相同，由v＝ωR可知，甲、乙兩星的線速度大小相同，但方向相反，故C錯誤，D正確。12．選D根據(jù)開普勒定律，近地點到達遠地點過程中，速度逐漸減小，萬有引力做負功，A、C錯誤；因為隨著地月之間距離變大，萬有引力減小，向心加速度也變小，B錯誤；月球運動過程只有萬有引力做功，機械能守恒，D正確。13．選C由于天體A、B繞天體C運動的軌道都是圓軌道，根據(jù)a＝ω2r，v＝ωr可知選項A、B錯誤；天體A做圓周運動的向心力是由天體B和C對其引力的合力提供的，所以選項C正確，D錯誤。14．選C由eq\f(GMm,r12)＝meq\f(4π2,T12)r1，eq\f(GMm,R2)＝mg月可得：g月＝eq\f(4π2r13,R2T12)，A錯誤；由eq\f(GMm,R2)＝meq\f(v2,R)可得月球第一宇宙速度為v＝eq\f(2π,T1)eq\r(\f(r13,R))，B錯誤；由eq\f