2020人教新課標(biāo)高考物理總復(fù)習(xí)課時跟蹤檢測(十五) 天體運動與人造衛(wèi)星 含解析

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1、 課時跟蹤檢測（十五） 天體運動與人造衛(wèi)星 環(huán)繞速度，因此“天舟一號”在圓軌道上運行的線速度小于第一宇宙速度，B?項正確；由?T＝?ω?可知，“天舟一 號”的周期小于地球自轉(zhuǎn)周期，C?項正確；由?G 2?＝mg，G???? ＝ma?可知，向心加速度?a?小于地球表面的重 [A?級——基礎(chǔ)小題練熟練快] 1．(多選)(2017·江蘇高考)“天舟一號”貨運飛船于?2017?年?4?月?20?日在文昌航天發(fā)射中心成功發(fā)射升空。與 “天宮二號”空間實驗室對接前，“天舟一號”在距地面約?380?km?的圓軌道上飛行，則其( ) A．角

2、速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度 B．線速度小于第一宇宙速度 C．周期小于地球自轉(zhuǎn)周期 D．向心加速度小于地面的重力加速度 Mm 解析：選?BCD “天舟一號”在距地面約?380?km?的圓軌道上飛行時，由?G?r2?＝mω2r?可知，半徑越小，角 速度越大，則其角速度大于同步衛(wèi)星的角速度，即大于地球自轉(zhuǎn)的角速度，A?項錯誤；由于第一宇宙速度是最大 2π Mm Mm R (R＋h)2 力加速度?g，D?項正確。 2．(多選)我國天宮一號飛行器已完成了所有任務(wù)，于?2018?年?4 大氣層后燒毀。如圖所示，設(shè)天宮一號原來在圓軌道Ⅰ

3、上飛行，到達(dá) 月?2?日?8?時?15?分墜入 P?點時轉(zhuǎn)移到較低的橢 T1?? T2 圓軌道Ⅱ上(未進(jìn)入大氣層)，則天宮一號( ) A．在?P?點減速進(jìn)入軌道Ⅱ B．在軌道Ⅰ上運行的周期大于在軌道Ⅱ上運行的周期 C．在軌道Ⅰ上的加速度大于在軌道Ⅱ上的加速度 D．在軌道Ⅰ上的機(jī)械能大于在軌道Ⅱ上的機(jī)械能 解析：選?ABD 天宮一號在?P?點減速，提供的向心力大于需要的向心力，天宮一號做向心運動進(jìn)入軌道Ⅱ， R?3 R?3 故?A?正確；根據(jù)開普勒行星運動第三定律： 12＝ 22，可知軌道Ⅰ半徑大于軌道Ⅱ的半長軸，所以在軌道Ⅰ上運

4、 Mm M ?????????????????? 行的周期大于在軌道Ⅱ上運行的周期，故?B?正確；根據(jù)萬有引力提供向心力：G?r2?＝ma，解得：a＝G?r2?，可知 在軌道Ⅰ上的加速度小于在軌道Ⅱ上的加速度，其在?P?點時加速度大小相等，故?C?錯誤；由于在?P?點需減速進(jìn)入 軌道Ⅱ，故天宮一號在軌道Ⅰ上的機(jī)械能大于在軌道Ⅱ上的機(jī)械能，故?D?正確。 3．(2019·綿陽質(zhì)檢)一顆在赤道上空做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，其軌道半徑上對應(yīng)的重力加速度為地球表面 重力加速度的四分之一，則某一時刻該衛(wèi)星觀測到地面赤道最大弧長為(已知地球半徑為?R)( )

5、A．??πR B．??πR 2 3 1 2 C．??πR D．??πR 1 3 1 4 r＝2R；則某一時刻該衛(wèi)星觀測到地面赤道的弧度數(shù)為2π????????????????? 2，則觀測到地面赤道最大弧長為??πR，A?正確。 Mm Mm 1 ???????????????????????????? 2?＝mg，又因為?g′＝ 解析：選?A 根據(jù)衛(wèi)星在其軌道上滿足?G?r2?＝mg′，且在地球表面滿足?G?R 4g，解得 3 3 4．(2018·濟(jì)寧模擬)我國首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星于?2016?年?8?月?16 量

6、子衛(wèi)星成功運行后，我國將在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子 的量子保密通信與科學(xué)實驗體系。假設(shè)量子衛(wèi)星軌道在赤道平面，如圖 軌道半徑是地球半徑的?m?倍，同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的?n?倍， 上一點，由此可知( ) 日?1?點?40?分成功發(fā)射。 通信，構(gòu)建天地一體化 所示。已知量子衛(wèi)星的 圖中?P?點是地球赤道 B．同步衛(wèi)星與?P?點的速度之比為??? 1 D．量子衛(wèi)星與?P?點的速度之比為??? n3 r量3? r同3????????????????????????? T ，又由題意知?r??量＝mR，r?同＝nR，所以

7、 同＝ T量2 T同2 T量 r同3 A．同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運行周期之比為 n n C．量子衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的速度之比為?m m 解析：選?D 由開普勒第三定律得 ＝ n3 m3  ＝ r量3  (nR)3 ＝ (mR)3 ，故?A?錯誤；P?為地球赤道上一點，P?點角速度等于同步衛(wèi)星的角速度，根據(jù)?v＝ωr，所以有v同＝???同＝??R??＝ n3 m3 v?r?nR P?

8、rP r??????? v同???? r同 mR n Mm v2 ，故?B?錯誤；根據(jù)?G 1 r2?＝m?r?，得?v＝ GM?v ，所以?量＝  r量  ＝ nR  ＝ n m  ，故?C?錯誤；綜合?B、C?兩 項的分析，有?v?同＝nvP，nv?＝ m，??得vP?＝ v量 P n?v量 n3 m?，故?D?正確。 5．(多選)目前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運轉(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

9、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，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 Mm v2 解析：選?BD 由于空氣阻力做負(fù)功，衛(wèi)星軌道半徑變小，由?G?r2?＝m?r?可知，衛(wèi)星線速度增大，地球引力 做正功，引力勢能一定減小，故動能增大，機(jī)械能減小，選項?A、C?錯誤，B?正確；根據(jù)動能定理，衛(wèi)星動能增 大，衛(wèi)星克服阻力做的功小于地球引力做的正功，而地球引力做的正功等于引力勢能的減小，所以衛(wèi)星克服阻力

10、 做的功小于引力勢能的減小，選項?D?正確。 6．(多選)嫦娥探月工程計劃于近期發(fā)射嫦娥四號探測器，首次實現(xiàn)月球背面軟著陸。已知引力常量為?G，月 球的半徑為?R，月球表面的重力加速度大小為?g，嫦娥四號將在離月球中心距離為?r?的軌道上運行，其繞月周期為 T。根據(jù)以上信息判斷下列說法正確的是( ) A．月球的第一宇宙速度為?gR B．“嫦娥四號”繞月運行的速度為 gr2 R C．月球的平均密度為 v＝ 3πr3 GT2R3 D．“嫦娥四號”必須減速運動才能返回地球 v

11、2 Mm???????????????????????????????????????????????????Mm???????Mm?v2 2?＝mg＝m?R?得，月球第一宇宙速度為???Rg，A?選項正確；由?G 2?＝mg，G 解析：選?AC?由?G?R?????????????????????????????????????????????????????R?????????r2?＝m?r?得， R2g?????????????????Mm??2π??4?3πr3 r?，B?選項錯誤；由?G?r2?＝mè?T??2r?和?M＝ρ×3πR3?得，ρ＝GT2R3，C?選項正確；

12、“嫦娥四號”必須加 速運動，掙脫月球引力返回地球，D?選項錯誤。 [B?級——保分題目練通抓牢] 7．“嫦娥一號”探月衛(wèi)星沿地月轉(zhuǎn)移軌道飛向月球，在距離月球表 第一次“剎車制動”后被月球俘獲，進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ繞月飛行。然后衛(wèi)星 車制動”，最終在距月球表面?200?km?的圓形軌道Ⅲ上繞月球做勻速圓周  面?200?km?的?P?點進(jìn)行 在?P?點又經(jīng)過兩次“剎 運動，如圖所示。下列 說法正確的是( ) A．衛(wèi)星在三個軌道上運行的周期?TⅢ>TⅡ>TⅠ B．不考慮衛(wèi)星質(zhì)量的變化，衛(wèi)星在三個軌道上的機(jī)械能?

13、EⅢ>EⅡ>EⅠ C．衛(wèi)星在不同軌道運動到?P?點(尚未制動)時的加速度都相等 D．不同軌道的半長軸(或者半徑)的二次方與周期的三次方的比值都相等 解析：選?C 軌道Ⅰ、軌道Ⅱ、軌道Ⅲ三個軌道的半長軸關(guān)系為?RⅠ>RⅡ>RⅢ，根據(jù)開普勒第三定律，衛(wèi)星在 三個軌道上運動的周期關(guān)系為：TⅠ>TⅡ>TⅢ，選項?A?錯誤；不考慮衛(wèi)星質(zhì)量的變化，衛(wèi)星在三個軌道上的機(jī)械能 關(guān)系為：EⅠ>EⅡ>EⅢ，選項?B?錯誤；不同軌道上的?P?點，到地心的距離相同，所受萬有引力相同，根據(jù)牛頓第二 定律，衛(wèi)星在不同軌道運動到?P?點(尚未制動)時的加速度都相等，選項?C?正確；根據(jù)開普勒第三

14、定律，衛(wèi)星在不 同軌道的半長軸(或者半徑)的三次方與周期的二次方的比值都相等，選項?D?錯誤。 8．(2019·武漢調(diào)研)引力波的發(fā)現(xiàn)證實了愛因斯坦?100?年前所做的 沖雙星間的距離在減小就已間接地證明了引力波的存在。如果將該雙星 周運動模型，如圖所示，兩星球在相互的萬有引力作用下，繞?O?點做 預(yù)測。1974?年發(fā)現(xiàn)了脈 系統(tǒng)簡?化為理想的圓 勻速圓周運動。由于雙 星間的距離減小，則( ) A．兩星的運動周期均逐漸減小 B．兩星的運動角速度均逐漸減小 C．兩星的向心加速度均逐漸減小 D．兩星的運動線速度均

15、逐漸減小 m?m 1 解析：選?A 雙星做勻速圓周運動具有相同的角速度，靠相互間的萬有引力提供向心力。根據(jù)?G?L2?2＝m1r1ω2 ＝m2r2ω2，得?m1r1＝m2r2，知軌道半徑比等于質(zhì)量之反比，雙星間的距離減小，則雙星的軌道半徑都變小，根據(jù) m?m 1 萬有引力提供向心力，知角速度變大，周期變小，故?A?正確，B?錯誤；根據(jù)?G?L2?2＝m1a1＝m2a2?知，L?變小，則 m1m2 ＝m1???1?，解得?v1＝ 兩星的向心加速度均增大，故?C?錯誤；根據(jù)?G r1 ，由于?L?平方的減小比?r1?的減小 L2 v?2 G

16、m2r1 L2 量大，則線速度增大，故?D?錯誤。 9．我國建立在北緯?43°的內(nèi)蒙古赤峰草原天文觀測站在金鴿牧場揭牌并投入使用，該天文觀測站應(yīng)用了先進(jìn) 的天文望遠(yuǎn)鏡?，F(xiàn)有一顆繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星，一位觀測員在對該衛(wèi)星的天文觀測時發(fā)現(xiàn)：每天晚上相 同時刻總能出現(xiàn)在天空正上方同一位置，則衛(wèi)星的軌道必須滿足下列哪些條件(已知地球質(zhì)量為?M，地球自轉(zhuǎn)的周 期為?T，地球半徑為?R，引力常量為?G)( ) A．該衛(wèi)星一定在同步衛(wèi)星軌道上 B．衛(wèi)星軌道平面與地球北緯?43°線所確定的平面共面 C.滿足軌道半徑?r＝

17、 D．滿足軌道半徑?r＝ 3?GMT2 4π2n2?(n＝1,2,3，…)的全部軌道都可以 3?GMT2 4π2n2?(n＝1,2,3，…)的部分軌道 解析：選?D 該衛(wèi)星一定不是同步衛(wèi)星，故?A?錯誤。衛(wèi)星的軌道平面必須過地心，不可能與地球北緯?43°線 T Mm 4π2 3?GMT2 n?? 所確定的平面共面，故?B?錯誤。衛(wèi)星的周期可能為?T′＝n，?＝1,2,3，…，根據(jù)?G?r2?＝mT′2r，解得?r＝ 4π2n2 (n＝1,2,3，…)，滿足這個表達(dá)式的部分軌道即可，故?C?錯誤，D?正確。 10．國務(wù)院批復(fù)，自?2016

18、?年起將?4?月?24?日設(shè)立為“中國航天 日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號，目前仍然在橢圓軌道 高度約為?440?km，遠(yuǎn)地點高度約為?2?060?km；1984?年?4?月?8?日成 衛(wèi)星運行在赤道上空?35?786?km?的地球同步軌道上。設(shè)東方紅一號 日”。1970?年?4?月?24 上運行，其軌道近地點 功發(fā)射?的東方紅二號 在遠(yuǎn)地?點的加速度為 a???a a1，東方紅二號的加速度為?a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為?a3，則?a1、2、3?的大小關(guān)系為( ) A．a(chǎn)2＞a1＞a3 C．a(chǎn)

19、3＞a1＞a2 B．a(chǎn)3＞a2＞a1 D．a(chǎn)1＞a2＞a3 解析：選?D 衛(wèi)星圍繞地球運行時，萬有引力提供向心力，對于東方紅一號，在遠(yuǎn)地點時有?G?????? ＝m1a1， Mm1 (R＋h1)2 即?a1＝? GM Mm2???????????? GM ＝m2a2，即?a2＝ (R＋h1)2 (R＋h2)2 (R＋h2)2 ，對于東方紅二號，有?G ，由于?h2＞h1，故?a1＞a2，東方紅二號衛(wèi) 星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相等，由于東方紅二號做圓周運動的軌道半徑大于地球赤道上物體做圓周運動的半徑，根 據(jù)?a＝ω2r，故?a

20、2＞a3，所以?a1＞a2＞a3，選項?D?正確，選項?A、B、C?錯誤。 11．由中山大學(xué)發(fā)起的空間引力波探測工程“天琴計劃”于?2015 雙白矮星系統(tǒng)產(chǎn)生的引力波進(jìn)行探測。該計劃采用三顆相同的衛(wèi)星 一個等邊三角形陳列，三角形邊長約為地球半徑的?27?倍，地球恰好 年啟動，對一個超緊湊 (SC1、SC2、SC3)構(gòu)成 處于三角形中心，衛(wèi)星 將在以地球為中心的圓軌道上運行，如圖所示(只考慮衛(wèi)星和地球之間的引力作用)，則( ) A．衛(wèi)星繞地球運行的周期大于近地衛(wèi)星的運行周期 B．衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度大于近地衛(wèi)星的向心加速度

21、 C．衛(wèi)星繞地球運行的速度等于第一宇宙速度 D．衛(wèi)星的發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度 Mm 4π2 ????? 解析：選?A 根據(jù)?G?r2?＝m?T2?r，可知軌道半徑越大，周期越大，故衛(wèi)星繞地球運行的周期大于近地衛(wèi)星的 Mm 運行周期，A?正確；由?G?r2?＝ma，可知軌道半徑越大，向心加速度越小，所以衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度小 于近地衛(wèi)星的向心加速度，故?B?錯誤；第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度，該衛(wèi)星繞地球運行的速度小于第一宇宙 速度，所以?C?錯誤；地球衛(wèi)星的發(fā)射速度應(yīng)大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，所以?D?錯誤。 [C?級——難度

22、題目適情選做] 12．(2019·銀川模擬)2018?年?5?月?9?日出現(xiàn)了“木星沖日”的天文奇觀。木星離地球最近最亮。當(dāng)?shù)厍蛭挥谔? 陽和木星之間且三者幾乎排成一條直線時，天文學(xué)稱之為“木星沖日”。木星與地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方 向繞太陽近似做勻速圓周運動。不考慮木星與地球的自轉(zhuǎn)。相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。則( ) 地球 木星 質(zhì)量 m 約?320m 半徑 R 約?11R 與太陽間距離 r 約?5r A．木星表面的重力加速度比地球表面的重力加速度大 B．木星運行的加速度比地球運

23、行的加速度大 C．在木星表面附近發(fā)射飛行器的速度至少為?7.9?km/s D．下次“木星沖日”的時間大約在?2019?年?9?月份 GM Gm G·320m Gm 2?，則?g?地＝ 解析：選?A 根據(jù)?g＝?R R2?，g?木＝?(11R)2?≈2.6?R2?，則木星表面的重力加速度比地球表面的重力 GM太?????? GM太???? GM太? GM太 ，則?a?地＝ ，a?木＝??? ＝ 加速度大，選項?A?正確；根據(jù)?a＝ r2 r2 (5r)2 25r2 ，則木星的加速度比地球的加速度小， 選項?B?錯誤；根據(jù)?v＝

24、??? GM ＝5.4 r?可知?v?地＝ Gm R?＝7.9?km/s，v?木＝ G·320m 11R Gm R?＝5.4×7.9?km/s，選項 ，地球公轉(zhuǎn)周期?T?地＝1?年，木星公轉(zhuǎn)周期?T?木＝???125T?地≈11.18?年。設(shè)經(jīng) T地2 T木2 r3 (5r)3 C?錯誤；根據(jù)開普勒第三定律 ＝ ，ω2＝? ，解得?t≈1.1?年，因此下一次木星沖日發(fā) 時間?t，再次出現(xiàn)木星沖日，則有?ω1t－ω2t＝2π，其中?ω1＝ 生在?2019?年?6?月，故?D?錯誤。 2π???????2π T地????T

25、木 13．(多選)如圖所示，飛行器?P?繞某星球做勻速圓周運動，下列說 A．軌道半徑越大，周期越長 B．張角越大，速度越大 C．若測得周期和星球相對飛行器的張角，則可得到星球的平均密 D．若測得周期和軌道半徑，則可得到星球的平均密度 法正確的是(???) 度 πR3 r3 解析：選?ABC 根據(jù)開普勒第三定律T2＝k，可知軌道半徑越大，飛行器的周期越長，故?A?正確；設(shè)星球的 質(zhì)量為?M，半徑為?R，平均密度為?ρ，張角為?θ，飛行器的質(zhì)量為?m，軌道半徑為?r，周期為?T。對于飛行器，根 v2 Mm

26、θ ??????????????????????????? 據(jù)萬有引力提供向心力得?G?r2?＝m?r?，由幾何關(guān)系得?R＝rsin2，由以上兩式可得張角越大，軌道半徑越小，速度 Mm 4π2 M ?????? 2?，星球的平均密度?ρ＝4 越大，故?B?正確；又由?G?r2?＝mr?T ，可知：若測得周期和張角，可得到星球的平均 3 Mm 4π2 4π2r3 ?????? 2?可得?M＝?GT2 密度，故?C?正確；由?G?r2?＝mr?T ，可知若測得周期和軌道半徑，可得到星球的質(zhì)量，但是星球的 半徑未知，不能求出星球的平均密度，故?D?錯誤。

27、 14.(多選)軌道平面與赤道平面夾角為?90°的人造地球衛(wèi)星被稱為極地 到達(dá)南北極的上空，需要在全球范圍內(nèi)進(jìn)行觀測和應(yīng)用的氣象衛(wèi)星、導(dǎo)航 道。如圖所示，若某顆極地軌道衛(wèi)星從北緯?45°的正上方按圖示方向首次 軌道衛(wèi)星，它運行時能 衛(wèi)星等都采用這種軌 運行到南緯?45°的正上 于?7.9?km/s，故?A?正確；由題意可知，衛(wèi)星的周期T＝360°×45?min＝180?min＝3?h，而地球同步衛(wèi)星的周期是?24 方用時?45?分鐘，則( ) A．該衛(wèi)星的運行速度一定小于?7.9?km/s B．該衛(wèi)星繞地球運行的周期與地球同步

28、衛(wèi)星的周期之比為?1∶4 C．該衛(wèi)星的軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑之比為?1∶4 D．該衛(wèi)星的加速度與地球同步衛(wèi)星的加速度之比為?2∶1 解析：選?AC 由于衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑，所以衛(wèi)星的線速度小于第一宇宙速度，即衛(wèi)星的線速度小 90° Mm ?2π? h，故它與地球同步衛(wèi)星的周期之比為?1∶8，故?B?錯誤；由萬有引力提供向心力，有?G?r2?＝mè?T??2r，解得?r＝ ??3??2＝1，故?C?正確；由萬有引力 3?GMT2 r ，該衛(wèi)星軌道半徑與地球同步衛(wèi)星軌道半徑之比 4π2 r 同步  ＝ 3???T

29、?? èT同步?  2＝ 3  è24???4 r同步2????4? Mm GM a 16 ??????????????????????????? 提供向心力，有?G?r2?＝ma，解得?a＝?r2?，該衛(wèi)星加速度與地球同步衛(wèi)星加速度之比為a ＝?r2?＝è1?2＝?1 同步  ，故 D?錯誤。 ( 15．多選)拉格朗日點是小天體在兩個大天體的引力作用下基本 點。如圖是日地系統(tǒng)的?5?個拉格朗日點(L1、L2、L3、L4、L5)，設(shè)想 上都建立了太空站。若不考慮其他天體對太空站的引力，下

30、列說法 A．位于?L1?點的太空站受力平衡 B．位于?L2?點的太空站的線速度大小大于地球的線速度大小 C．位于?L3?點的太空站的向心加速度大小大于位于?L1?點的太空站的向心加速度大小 能保持相對靜止的 未來人類在這五個點 正確的是(???) D．位于?L4?點的太空站受到的向心力大小等于位于?L5?點的太空站受到的向心力大小 解析：選?BC 由題意可知位于拉格朗日點的太空站與地球相對靜止，因此位于?L1?點的太空站環(huán)繞太陽做圓 周運動，則其所受合力不為零，受力不平衡，A?錯誤；由題意可知，太空站與地球繞太陽運行的角速度大小相等， 由?v＝ωR?可知位于?L2?點的太空站的線速度大小大于地球的線速度大小，B?正確；位于?L3?點和位于?L1?點的太空站 繞太陽運行的角速度大小相等，由?a＝ω2R?可知，位于?L3?點的太空站的向心加速度大小大于位于?L1?點的太空站的 向心加速度大小，C?正確；由于位于?L4?點和?L5?點的太空站的質(zhì)量關(guān)系未知，因此位于?L4?點和?L5?點的太空站所受 的向心力大小不能確定，D?錯誤。