2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天 第34講 人造衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律分析加練半小時(shí) 教科版.docx

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第34講 人造衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律分析 [方法點(diǎn)撥]　(1)由v＝得出的速度是衛(wèi)星在圓形軌道上運(yùn)行時(shí)的速度，而發(fā)射航天器的發(fā)射速度要符合三個(gè)宇宙速度．(2)做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的向心力由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力提供，并指向它們軌道的圓心——地心．(3)在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體不是衛(wèi)星，它隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力由萬(wàn)有引力和地面支持力的合力提供． 1．(2017江西鷹潭一模)我國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星于2016年8月16日1點(diǎn)40分成功發(fā)射．量子衛(wèi)星成功運(yùn)行后，我國(guó)將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系．假設(shè)量子衛(wèi)星軌道在赤道平面，如圖1所示．已知量子衛(wèi)星的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，圖中P點(diǎn)是地球赤道上一點(diǎn)，由此可知(　　) 圖1 A．同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為 B．同步衛(wèi)星與P點(diǎn)的速度之比為 C．量子衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的速度之比為 D．量子衛(wèi)星與P點(diǎn)的速度之比為 2．(2017山東日照一模)2016年11月22日，我國(guó)成功發(fā)射了天鏈一號(hào)04星．天鏈一號(hào)04星是我國(guó)發(fā)射的第4顆地球同步衛(wèi)星，它與天鏈一號(hào)02星、03星實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)運(yùn)行，為我國(guó)神舟飛船、空間實(shí)驗(yàn)室天宮二號(hào)提供數(shù)據(jù)中繼與測(cè)控服務(wù)．如圖2所示，1是天宮二號(hào)繞地球穩(wěn)定運(yùn)行的軌道，2是天鏈一號(hào)繞地球穩(wěn)定運(yùn)行的軌道．下列說法正確的是(　　) 圖2 A．天鏈一號(hào)04星的最小發(fā)射速度是11.2km/s B．天鏈一號(hào)04星的運(yùn)行速度小于天宮二號(hào)的運(yùn)行速度 C．為了便于測(cè)控，天鏈一號(hào)04星相對(duì)于地面靜止于北京飛控中心的正上方 D．由于技術(shù)進(jìn)步，天鏈一號(hào)04星的運(yùn)行速度可能大于天鏈一號(hào)02星的運(yùn)行速度 3．(多選)(2017黑龍江大慶一模)如圖3所示，a為放在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，b為處于地面附近近地軌道上的衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，若a、b、c、d的質(zhì)量相同，地球表面附近的重力加速度為g.則下列說法正確的是(　　) 圖3 A．a(chǎn)和b的向心加速度都等于重力加速度g B．b的角速度最大 C．c距離地面的高度不是一確定值 D．d是三顆衛(wèi)星中動(dòng)能最小，機(jī)械能最大的 4．(2017福建漳州聯(lián)考)同步衛(wèi)星離地面距離為h，運(yùn)行速率為v1，加速度為a1，地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R.則(　　) A.＝ B.＝ C.＝ D.＝ 5．(2018安徽省“皖南八?！钡诙温?lián)考)一顆在赤道上空做勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)行的人造衛(wèi)星，其軌道半徑上對(duì)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(shí)刻該衛(wèi)星觀測(cè)到地面赤道最大弧長(zhǎng)為(已知地球半徑為R)(　　) A.πRB.πRC.πRD.πR 6．(多選)(2017廣東廣州測(cè)試一)已知地球半徑R＝6390km、自轉(zhuǎn)周期T＝24h、表面重力加速度g＝9.8m/s2，電磁波在空氣中的傳播速度c＝3108 m/s，不考慮大氣層對(duì)電磁波的影響．要利用同一軌道上數(shù)量最少的衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)將電磁波信號(hào)由地球赤道圓直徑的一端傳播到該直徑的另一端的目的，則(　　) A．需要的衛(wèi)星數(shù)量最少為2顆 B．信號(hào)傳播的時(shí)間至少為8.5210－2s C．衛(wèi)星運(yùn)行的最大向心加速度為4.9m/s2 D．衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的周期至少為24h 7．如圖4所示，質(zhì)量分別為m和2m的甲、乙兩顆衛(wèi)星以相等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)，不考慮其他天體的影響，則兩顆衛(wèi)星(　　) 圖4 A．所受的萬(wàn)有引力大小之比為1∶2 B．運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小之比為1∶2 C．動(dòng)能之比為1∶2 D．運(yùn)動(dòng)的角速度大小之比為1∶2 答案精析 1．D　[根據(jù)G＝mr，得T＝，由題意知r量＝mR，r同＝nR，所以＝＝＝，故A錯(cuò)誤；P為地球赤道上一點(diǎn)，P點(diǎn)角速度等于同步衛(wèi)星的角速度，根據(jù)v＝ωr，所以有＝＝＝，故B錯(cuò)誤；根據(jù)G＝m，得v＝，所以＝＝＝，故C錯(cuò)誤；v同＝nvP，＝＝，得＝，故D正確．] 2．B　[由于第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大速度，同時(shí)又是最小的發(fā)射速度，可知衛(wèi)星的發(fā)射速度大于第一宇宙速度7.9 km/s.若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于第二宇宙速度11.2km/s，則衛(wèi)星會(huì)脫離地球束縛，所以衛(wèi)星的發(fā)射速度要介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間，故A錯(cuò)誤；由萬(wàn)有引力提供向心力得：＝可得：v＝，可知軌道半徑比較大的天鏈一號(hào)04星的運(yùn)行速度小于天宮二號(hào)的運(yùn)行速度，故B正確；天鏈一號(hào)04星位于赤道正上方，不可能位于北京飛控中心的正上方，故C錯(cuò)誤；根據(jù)題意，天鏈一號(hào)04星與天鏈一號(hào)02星，軌道半徑相同，所以天鏈一號(hào)04星與天鏈一號(hào)02星具有相同的速度，故D錯(cuò)誤．] 3．BD　[地球同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，角速度相同，則知a與c的角速度相同，根據(jù)a＝ω2r知，c的向心加速度大于a的向心加速度．由牛頓第二定律得：G＝ma，解得：a＝，衛(wèi)星的軌道半徑越大，向心加速度越小，則同步衛(wèi)星c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度約為g，故知a的向心加速度小于重力加速度g，故A錯(cuò)誤；萬(wàn)有引力提供向心力，由牛頓第二定律得：G＝mω2r，解得：ω＝，由于rb＜rc＜rd，則ωb＞ωc＞ωd，a與c的角速度相等，則b的角速度最大，故B正確；c是同步衛(wèi)星，同步衛(wèi)星相對(duì)地面靜止，c的軌道半徑是一定的，c距離地面的高度是一確定值，故C錯(cuò)誤；衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，由牛頓第二定律得：G＝m，衛(wèi)星的動(dòng)能：Ek＝，三顆衛(wèi)星中d的軌道半徑最大，則d的動(dòng)能最小，若要使衛(wèi)星的軌道半徑增大，必須對(duì)其做功，則d的機(jī)械能最大，故D正確．] 4．D　[　因?yàn)榈厍蛲叫l(wèi)星的周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期，所以地球同步衛(wèi)星與地球赤道上物體的角速度相等，根據(jù)a＝ω2r得：＝，B、C錯(cuò)誤；根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力有G＝m，解得v＝，則：＝，A錯(cuò)誤，D正確．] 5．A 6．ABC　[由幾何關(guān)系可知，過圓的直徑兩端的切線是平行的，所以1顆衛(wèi)星不可能完成將電磁波信號(hào)由地球赤道圓直徑的一端傳播到該直徑的另一端的目的，但兩顆或兩顆以上的衛(wèi)星接力傳播可以實(shí)現(xiàn)，所以需要的衛(wèi)星的最小數(shù)目為2顆，故A正確； 使用2顆衛(wèi)星傳播時(shí)，可能有兩種情況，如圖所示． 通過圖中的比較可知，軌道上有三顆衛(wèi)星時(shí)，將電磁波信號(hào)由地球赤道圓直徑的一端傳播到該直徑的另一端的路程更長(zhǎng)，則軌道上有三顆衛(wèi)星時(shí)，將電磁波信號(hào)由地球赤道圓直徑的一端傳播到該直徑的另一端所需的時(shí)間長(zhǎng)．由幾何關(guān)系可知，在圖乙中，信號(hào)由A→1→2→B的路程的長(zhǎng)度為4R，則信號(hào)傳播的時(shí)間：t＝＝s＝8.5210－2s，故B正確； 由圖乙可知，該衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的軌道半徑：r＝R，衛(wèi)星的向心加速度：a＝＝，而地球表面的重力加速度：g＝， 所以：a＝g＝9.8m/s2＝4.9 m/s2，故C正確； 地球同步衛(wèi)星的周期為24h，而該衛(wèi)星的半徑r＝R<6.6R＝r同步，由T＝2π可知軌道半徑越小，運(yùn)行周期越小，故該衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于24h，故D錯(cuò)誤．] 7．B　[由萬(wàn)有引力定律，衛(wèi)星甲所受的萬(wàn)有引力F甲＝G，衛(wèi)星乙所受的萬(wàn)有引力F乙＝G＝4G，即它們所受的萬(wàn)有引力大小之比為1∶4，A錯(cuò)誤；由G＝ma甲，4G＝2ma乙，可知它們運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小之比為1∶2，B正確；由G＝m可知，衛(wèi)星甲的動(dòng)能為mv＝，同理，衛(wèi)星乙的動(dòng)能為2mv＝，動(dòng)能之比為1∶4，C錯(cuò)誤；由v＝ωr可知，它們運(yùn)動(dòng)的角速度大小之比為ω1∶ω2＝v1∶v2＝∶＝1∶，D錯(cuò)誤．]