新教材高考物理一輪復(fù)習(xí)課時練14天體運(yùn)動中的四類問題含解析新人教版

一輪復(fù)習(xí)精品資料(高中)PAGE1-天體運(yùn)動中的四類問題1.(變軌問題及能量問題)(2020山東濰坊開學(xué)考試)在發(fā)射一顆質(zhì)量為m的人造地球同步衛(wèi)星時,先將其發(fā)射到貼近地球表面運(yùn)行的圓軌道Ⅰ上(離地面高度忽略不計),再通過一橢圓軌道Ⅱ變軌后到達(dá)距地面高為h的預(yù)定圓軌道Ⅲ上。已知它在圓形軌道Ⅰ上運(yùn)行的加速度為g,地球半徑為R,衛(wèi)星在變軌過程中質(zhì)量不變,則()A.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行的加速度為hRB.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行的線速度為v=gC.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時經(jīng)過P點(diǎn)的速率小于在軌道Ⅱ上運(yùn)行時經(jīng)過P點(diǎn)的速率D.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上的機(jī)械能大于在軌道Ⅰ上的機(jī)械能2.(天體運(yùn)動中的能量問題)某衛(wèi)星在半徑為r的軌道1上做圓周運(yùn)動,動能為Ek,變軌到軌道2上后,動能比在軌道1上減小了ΔE,在軌道2上也做圓周運(yùn)動,則軌道2的半徑為()A.EkEk-ΔC.ΔEEk-3.(多選)(赤道上的物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的比較)如圖所示,同步衛(wèi)星與地心的距離為r,運(yùn)行速率為v1,向心加速度為a1;地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2,第一宇宙速度為v2,地球半徑為R,則下列比值正確的是()A.a1a2=rR B.C.v1v24.(天體運(yùn)動中的追及相遇問題)如圖所示,A、B為地球的兩個軌道共面的人造衛(wèi)星,運(yùn)行方向相同,A為地球同步衛(wèi)星,A、B衛(wèi)星的軌道半徑的比值為k,地球自轉(zhuǎn)周期為T0。某時刻A、B兩衛(wèi)星距離達(dá)到最近,從該時刻起到A、B間距離最遠(yuǎn)所經(jīng)歷的最短時間為()A.T02C.T025.(多選)(天體運(yùn)動中的能量問題)目前,在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn)轉(zhuǎn),其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓,且軌道半徑逐漸變小。若衛(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程中,只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用,則下列判斷正確的是()A.衛(wèi)星的動能逐漸減小B.由于地球引力做正功,引力勢能一定減小C.由于氣體阻力做負(fù)功,地球引力做正功,故機(jī)械能保持不變D.衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小量素養(yǎng)綜合練6.(變軌及能量問題)(2020廣東珠海月考)如圖所示,虛線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示地球衛(wèi)星的三條軌道,其中軌道Ⅰ為近地環(huán)繞圓軌道,軌道Ⅱ為橢圓軌道,軌道Ⅲ為脫離軌道,a、b、c三點(diǎn)分別位于三條軌道上,b點(diǎn)為軌道Ⅱ的遠(yuǎn)地點(diǎn),b、c點(diǎn)與地心的距離均為軌道Ⅰ半徑的2倍,則()A.衛(wèi)星在軌道Ⅱ的運(yùn)行周期與軌道Ⅰ的相同B.衛(wèi)星經(jīng)過a點(diǎn)的速率為經(jīng)過b點(diǎn)的2倍C.衛(wèi)星在a點(diǎn)的加速度大小為在b點(diǎn)的4倍D.質(zhì)量相同的衛(wèi)星在b點(diǎn)的機(jī)械能等于在c點(diǎn)的機(jī)械能7.據(jù)報道,我國將發(fā)射8顆海洋系列衛(wèi)星,包括4顆海洋水色衛(wèi)星,2顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星和2顆海陸雷達(dá)衛(wèi)星,以加強(qiáng)對我國附近海域的監(jiān)測。設(shè)海陸雷達(dá)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星的n倍,下列說法正確的是()A.在相等的時間內(nèi),海陸雷達(dá)衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積相等B.在相等的時間內(nèi),海陸雷達(dá)衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積之比為n∶1C.海陸雷達(dá)衛(wèi)星與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星線速度之比為n∶1D.海陸雷達(dá)衛(wèi)星與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星向心加速度之比為n2∶18.(多選)如圖甲所示,一質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞地球在橢圓軌道Ⅰ上運(yùn)轉(zhuǎn),運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T0,軌道Ⅰ上的近地點(diǎn)A到地球球心的距離為a,遠(yuǎn)地點(diǎn)C到地球球心的距離為b,BD為橢圓軌道的短軸。A、C兩點(diǎn)的曲率半徑均為ka(通過該點(diǎn)和曲線上緊鄰該點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓,在極限情況下,這個圓就叫作該點(diǎn)的曲率圓,如圖乙中的虛線圓,其半徑ρ叫作該點(diǎn)的曲率半徑)。若地球的質(zhì)量為M,引力常量為G,則()A.衛(wèi)星在軌道Ⅰ上運(yùn)行時的機(jī)械能小于在軌道Ⅱ上運(yùn)行時的機(jī)械能B.如果衛(wèi)星要從軌道Ⅱ返回到軌道Ⅰ,則在C位置時動力氣源要向后噴氣C.衛(wèi)星從C→D→A的運(yùn)動過程中,萬有引力對其做的功為12GMmk2aD.衛(wèi)星從C→D→A的運(yùn)動過程中,萬有引力對其做的功為12GMmk1a▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁課時規(guī)范練14天體運(yùn)動中的四類問題1.D衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時,根據(jù)牛頓第二定律得GMm(R+h)2=ma=mv2R+h,在地球表面,由m'g=GMm'R2,解得衛(wèi)星在軌道Ⅲ上的加速度為a=(RR+h)2g,線速度為v=gR2R+h,故A、B錯誤;衛(wèi)星要從橢圓軌道Ⅱ變軌后到達(dá)圓軌道Ⅲ上,在P點(diǎn)必須加速,所以衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時經(jīng)過2.A根據(jù)公式GMmr2=mv2r,Ek=12mv2,聯(lián)立解得衛(wèi)星在軌道1上的動能為Ek=GMm2r,根據(jù)題意可知在軌道2上的動能為12mv12=GMm2r-3.AD地球同步衛(wèi)星軌道半徑r,運(yùn)行速率v1,向心加速度a1;地球赤道上的物體軌道半徑R,隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度a2;近地衛(wèi)星:軌道半徑R,運(yùn)行速率v2。對于衛(wèi)星,其共同特點(diǎn)是萬有引力提供向心力,有GMmr2=mv2r,故v1v24.C由開普勒第三定律得rA3TA2=rB3TB2,設(shè)兩衛(wèi)星至少經(jīng)過時間t距離最遠(yuǎn),即B比A多轉(zhuǎn)半圈,tTB-5.BD空氣阻力做負(fù)功,機(jī)械能減小,衛(wèi)星軌道半徑變小,由GMmr2=m6.C由題意可知軌道Ⅰ的半徑與軌道Ⅱ的半長軸之比為R1R2=23,根據(jù)開普勒第三定律R13T12=R23T22,解得T2T1=3232,A錯誤;根據(jù)GMm7.B根據(jù)GMmr2=mrω2,解得ω=GMr3,掃過的面積S=12lr=12r2θ=12r2ωt=12tGMr,因為軌道半徑之比為n,則角速度之比為1∶1n3,相等的時間內(nèi)掃過的面積之比為n∶1,故B正確,A錯誤;根據(jù)GMmr2=mv2r,解得v=GMr,因為軌道半徑之比為n∶1,則線速度之比為18.AD由題圖甲可知,衛(wèi)星從軌道Ⅰ變軌到軌道Ⅱ,要有外力對衛(wèi)星做功,所以衛(wèi)星在軌道Ⅰ上的機(jī)械能小于其在軌道Ⅱ上的,A正確;若衛(wèi)星要從軌道Ⅱ上的C位置變軌到軌道Ⅰ上,則在C位置時衛(wèi)星要減速,動力氣源要向前噴氣,B錯誤;在A、C兩點(diǎn)衛(wèi)星的運(yùn)動可近似看作半徑均為ka,速度分別為vA、vC的圓周運(yùn)動,則有GMma2=mvA2ka,GMmb2=mvC2ka,從C→D→A的運(yùn)動過程中,由動能定理得天體運(yùn)動中的四類問題1.(變軌問題及能量問題)(2020山東濰坊開學(xué)考試)在發(fā)射一顆質(zhì)量為m的人造地球同步衛(wèi)星時,先將其發(fā)射到貼近地球表面運(yùn)行的圓軌道Ⅰ上(離地面高度忽略不計),再通過一橢圓軌道Ⅱ變軌后到達(dá)距地面高為h的預(yù)定圓軌道Ⅲ上。已知它在圓形軌道Ⅰ上運(yùn)行的加速度為g,地球半徑為R,衛(wèi)星在變軌過程中質(zhì)量不變,則()A.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行的加速度為hRB.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行的線速度為v=gC.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時經(jīng)過P點(diǎn)的速率小于在軌道Ⅱ上運(yùn)行時經(jīng)過P點(diǎn)的速率D.衛(wèi)星在軌道Ⅲ上的機(jī)械能大于在軌道Ⅰ上的機(jī)械能2.(天體運(yùn)動中的能量問題)某衛(wèi)星在半徑為r的軌道1上做圓周運(yùn)動,動能為Ek,變軌到軌道2上后,動能比在軌道1上減小了ΔE,在軌道2上也做圓周運(yùn)動,則軌道2的半徑為()A.EkEk-ΔC.ΔEEk-3.(多選)(赤道上的物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的比較)如圖所示,同步衛(wèi)星與地心的距離為r,運(yùn)行速率為v1,向心加速度為a1;地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2,第一宇宙速度為v2,地球半徑為R,則下列比值正確的是()A.a1a2=rR B.C.v1v24.(天體運(yùn)動中的追及相遇問題)如圖所示,A、B為地球的兩個軌道共面的人造衛(wèi)星,運(yùn)行方向相同,A為地球同步衛(wèi)星,A、B衛(wèi)星的軌道半徑的比值為k,地球自轉(zhuǎn)周期為T0。某時刻A、B兩衛(wèi)星距離達(dá)到最近,從該時刻起到A、B間距離最遠(yuǎn)所經(jīng)歷的最短時間為()A.T02C.T025.(多選)(天體運(yùn)動中的能量問題)目前,在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn)轉(zhuǎn),其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓,且軌道半徑逐漸變小。若衛(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程中,只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用,則下列判斷正確的是()A.衛(wèi)星的動能逐漸減小B.由于地球引力做正功,引力勢能一定減小C.由于氣體阻力做負(fù)功,地球引力做正功,故機(jī)械能保持不變D.衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小量素養(yǎng)綜合練6.(變軌及能量問題)(2020廣東珠海月考)如圖所示,虛線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示地球衛(wèi)星的三條軌道,其中軌道Ⅰ為近地環(huán)繞圓軌道,軌道Ⅱ為橢圓軌道,軌道Ⅲ為脫離軌道,a、b、c三點(diǎn)分別位于三條軌道上,b點(diǎn)為軌道Ⅱ的遠(yuǎn)地點(diǎn),b、c點(diǎn)與地心的距離均為軌道Ⅰ半徑的2倍,則()A.衛(wèi)星在軌道Ⅱ的運(yùn)行周期與軌道Ⅰ的相同B.衛(wèi)星經(jīng)過a點(diǎn)的速率為經(jīng)過b點(diǎn)的2倍C.衛(wèi)星在a點(diǎn)的加速度大小為在b點(diǎn)的4倍D.質(zhì)量相同的衛(wèi)星在b點(diǎn)的機(jī)械能等于在c點(diǎn)的機(jī)械能7.據(jù)報道,我國將發(fā)射8顆海洋系列衛(wèi)星,包括4顆海洋水色衛(wèi)星,2顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星和2顆海陸雷達(dá)衛(wèi)星,以加強(qiáng)對我國附近海域的監(jiān)測。設(shè)海陸雷達(dá)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星的n倍,下列說法正確的是()A.在相等的時間內(nèi),海陸雷達(dá)衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積相等B.在相等的時間內(nèi),海陸雷達(dá)衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星到地心的連線掃過的面積之比為n∶1C.海陸雷達(dá)衛(wèi)星與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星線速度之比為n∶1D.海陸雷達(dá)衛(wèi)星與海洋動力環(huán)境衛(wèi)星向心加速度之比為n2∶18.(多選)如圖甲所示,一質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞地球在橢圓軌道Ⅰ上運(yùn)轉(zhuǎn),運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T0,軌道Ⅰ上的近地點(diǎn)A到地球球心的距離為a,遠(yuǎn)地點(diǎn)C到地球球心的距離為b,BD為橢圓軌道的短軸。A、C兩點(diǎn)的曲率半徑均為ka(通過該點(diǎn)和曲線上緊鄰該點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓,在極限情況下,這個圓就叫作該點(diǎn)的曲率圓,如圖乙中的虛線圓,其半徑ρ叫作該點(diǎn)的曲率半徑)。若地球的質(zhì)量為M,引力常量為G,則()A.衛(wèi)星在軌道Ⅰ上運(yùn)行時的機(jī)械能小于在軌道Ⅱ上運(yùn)行時的機(jī)械能B.如果衛(wèi)星要從軌道Ⅱ返回到軌道Ⅰ,則在C位置時動力氣源要向后噴氣C.衛(wèi)星從C→D→A的運(yùn)動過程中,萬有引力對其做的功為12GMmk2aD.衛(wèi)星從C→D→A的運(yùn)動過程中,萬有引力對其做的功為12GMmk1a▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁課時規(guī)范練14天體運(yùn)動中的四類問題1.D衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時,根據(jù)牛頓第二定律得GMm(R+h)2=ma=mv2R+h,在地球表面,由m'g=GMm'R2,解得衛(wèi)星在軌道Ⅲ上的加速度為a=(RR+h)2g,線速度為v=gR2R+h,故A、B錯誤;衛(wèi)星要從橢圓軌道Ⅱ變軌后到達(dá)圓軌道Ⅲ上,在P點(diǎn)必須加速,所以衛(wèi)星在軌道Ⅲ上運(yùn)行時經(jīng)過2.A根據(jù)公式GMmr2=mv2r,Ek=12mv2,聯(lián)立解得衛(wèi)星在軌道1上的動能為Ek=GMm2r,根據(jù)題意可知在軌道2上的動能為12mv12=GMm2r-3.AD地球同步衛(wèi)星軌道半徑r,運(yùn)行速率v1,向心加速度a1;地球赤道上的物體軌道半徑R,隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度a2;近地衛(wèi)星:軌道半徑R,運(yùn)行速率v2。對于衛(wèi)星,其共同特點(diǎn)是萬有引力提供向心力,有GMmr2=mv2r,故v1v24.C由開普勒第三定律得rA3TA2=rB3TB2,設(shè)兩衛(wèi)星至少經(jīng)過時間t距離最遠(yuǎn),即B比A多轉(zhuǎn)半圈,tTB-5.BD空氣阻力做負(fù)功,機(jī)械能減小,衛(wèi)星軌道半徑變小,由GMmr2=m6.C由題意可知軌道Ⅰ的半徑與軌道Ⅱ的半長軸之比為R1R2=23,根據(jù)開普勒第三定律R13T12=R23T22,解得T2T1=3232,A錯誤;根據(jù)GMm7.B根據(jù)GMmr2=mrω2,解得ω=GMr3,掃過的面積S=12lr=12r2θ=12r2ωt=12tGMr,因為軌道半徑之比為n,則角速度之比為1∶1n3,相等的時間內(nèi)掃過