2020版高考物理一輪復習專題14天體運動與人造衛(wèi)星限時訓練（含解析）.docx

專題14 天體運動與人造衛(wèi)星 (限時：45min)一、選擇題（共22小題）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角速度小于地球自轉角速度 B線速度小于第一宇宙速度C周期小于地球自轉周期 D向心加速度小于地面的重力加速度【答案】BCD【解析】“天舟一號”在距地面約380 km的圓軌道上飛行時，由Gm2r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，即大于地球自轉的角速度，A項錯誤；由于第一宇宙速度是最大環(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可知，“天舟一號”的周期小于地球自轉周期，C項正確；由Gmg，Gma可知，向心加速度a小于地球表面的重力加速度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，于2018年4月2日8時15分墜入大氣層后燒毀。如圖所示，設天宮一號原來在圓軌道上飛行，到達P點時轉移到較低的橢圓軌道上(未進入大氣層)，則天宮一號()A在P點減速進入軌道 B在軌道上運行的周期大于在軌道上運行的周期C在軌道上的加速度大于在軌道上的加速度 D在軌道上的機械能大于在軌道上的機械能【答案】ABD【解析】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入軌道，故A正確；根據(jù)開普勒行星運動第三定律：，可知軌道半徑大于軌道的半長軸，所以在軌道上運行的周期大于在軌道上運行的周期，故B正確；根據(jù)萬有引力提供向心力：Gma，解得：aG，可知在軌道上的加速度小于在軌道上的加速度，其在P點時加速度大小相等，故C錯誤；由于在P點需減速進入軌道，故天宮一號在軌道上的機械能大于在軌道上的機械能，故D正確。3(2019綿陽質檢)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)()ARBR CR DR【答案】A【解析】根據(jù)衛(wèi)星在其軌道上滿足Gmg，且在地球表面滿足Gmg，又因為gg，解得r2R；則某一時刻該衛(wèi)星觀測到地面赤道的弧度數(shù)為，則觀測到地面赤道最大弧長為R，A正確。4(2018濟寧模擬)我國首顆量子科學實驗衛(wèi)星于2016年8月16日1點40分成功發(fā)射。量子衛(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通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。假設量子衛(wèi)星軌道在赤道平面，如圖所示。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點是地球赤道上一點，由此可知()A同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運行周期之比為 B同步衛(wèi)星與P點的速度之比為 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點的速度之比為 【答案】【解析】由開普勒第三定律得，又由題意知r量mR，r同nR，所以 ，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)vr，所以有，故B錯誤；根據(jù)Gm，得v ，所以 ，故C錯誤；綜合B、C兩項的分析，有v同nvP， ， 得 ，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，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由于氣體阻力做負功，地球引力做正功，機械能保持不變D衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小【答案】BD【解析】由于空氣阻力做負功，衛(wèi)星軌道半徑變小，由Gm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 B“嫦娥四號”繞月運行的速度為 C月球的平均密度為 D“嫦娥四號”必須減速運動才能返回地球【答案】AC【解析】由Gmgm得，月球第一宇宙速度為，A選項正確；由Gmg，Gm得，v，B選項錯誤；由Gm2r和MR3得，C選項正確；“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。7“嫦娥一號”探月衛(wèi)星沿地月轉移軌道飛向月球，在距離月球表面200 km的P點進行第一次“剎車制動”后被月球俘獲，進入橢圓軌道繞月飛行。然后衛(wèi)星在P點又經(jīng)過兩次“剎車制動”，最終在距月球表面200 km的圓形軌道上繞月球做勻速圓周運動，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TTTB不考慮衛(wèi)星質量的變化，衛(wèi)星在三個軌道上的機械能EEEC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【答案】C【解析】軌道、軌道、軌道三個軌道的半長軸關系為RRR，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系為：TTT，選項A錯誤；不考慮衛(wèi)星質量的變化，衛(wèi)星在三個軌道上的機械能關系為：EEE，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武漢調研)引力波的發(fā)現(xiàn)證實了愛因斯坦100年前所做的預測。1974年發(fā)現(xiàn)了脈沖雙星間的距離在減小就已間接地證明了引力波的存在。如果將該雙星系統(tǒng)簡化為理想的圓周運動模型，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逐漸減小【答案】A【解析】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)Gm1r12m2r22，得m1r1m2r2，知軌道半徑比等于質量之反比，雙星間的距離減小，則雙星的軌道半徑都變小，根據(jù)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)Gm1a1m2a2知，L變小，則兩星的向心加速度均增大，故C錯誤；根據(jù)Gm1，解得v1 ，由于L平方的減小比r1的減小量大，則線速度增大，故D錯誤。9我國建立在北緯43的內蒙古赤峰草原天文觀測站在金鴿牧場揭牌并投入使用，該天文觀測站應用了先進的天文望遠鏡?，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(已知地球質量為M，地球自轉的周期為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 (n1,2,3，)的全部軌道都可以D滿足軌道半徑r (n1,2,3，)的部分軌道【答案】D【解析】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線所確定的平面共面，故B錯誤。衛(wèi)星的周期可能為T，n1,2,3，根據(jù)Gmr，解得r (n1,2,3，)，滿足這個表達式的部分軌道即可，故C錯誤，D正確。10國務院批復，自2016年起將4月24日設立為“中國航天日”。1970年4月24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上運行，其軌道近地點高度約為440 km，遠地點高度約為2 060 km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空35 786 km的地球同步軌道上。設東方紅一號在遠地點的加速度為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的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關系為()Aa2a1a3 Ba3a2a1 Ca3a1a2 Da1a2a3【答案】D【解析】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，在遠地點時有Gm1a1，即a1，對于東方紅二號，有Gm2a2，即a2，由于h2h1，故a1a2，東方紅二號衛(wèi)星與地球自轉的角速度相等，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)a2r，故a2a3，所以a1a2a3，選項D正確，選項A、B、C錯誤。11由中山大學發(fā)起的空間引力波探測工程“天琴計劃”于2015年啟動，對一個超緊湊雙白矮星系統(tǒng)產(chǎn)生的引力波進行探測。該計劃采用三顆相同的衛(wèi)星(SC1、SC2、SC3)構成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)射速度應大于第二宇宙速度【答案】A【解析】根據(jù)Gmr，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)星的運行周期，A正確；由Gma，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)射速度應大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，所以D錯誤。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?shù)厍蛭挥谔柡湍拘侵g且三者幾乎排成一條直線時，天文學稱之為“木星沖日”。木星與地球幾乎在同一平面內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。相關數(shù)據(jù)見下表。則()質量半徑與太陽間距離地球mRr木星約320m約11R約5rA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/sD下次“木星沖日”的時間大約在2019年9月份【答案】A【解析】根據(jù)g，則g地，g木2.6，則木星表面的重力加速度比地球表面的重力加速度大，選項A正確；根據(jù)a，則a地，a木，則木星的加速度比地球的加速度小，選項B錯誤；根據(jù)v 可知v地 7.9 km/s，v木 5.45.47.9 km/s，選項C錯誤；根據(jù)開普勒第三定律，地球公轉周期T地1年，木星公轉周期T木T地11.18年。設經(jīng)時間t，再次出現(xiàn)木星沖日，則有1t2t2，其中1，2，解得t1.1年，因此下一次木星沖日發(fā)生在 2019年6月，故D錯誤。13(多選)如圖所示，飛行器P繞某星球做勻速圓周運動，下列說法正確的是()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度D若測得周期和軌道半徑，則可得到星球的平均密度【答案】ABC【解析】根據(jù)開普勒第三定律k，可知軌道半徑越大，飛行器的周期越長，故A正確；設星球的質量為M，半徑為R，平均密度為，張角為，飛行器的質量為m，軌道半徑為r，周期為T。對于飛行器，根據(jù)萬有引力提供向心力得Gm，由幾何關系得Rrsin，由以上兩式可得張角越大，軌道半徑越小，速度越大，故B正確；又由Gmr，星球的平均密度，可知：若測得周期和張角，可得到星球的平均密度，故C正確；由Gmr可得M，可知若測得周期和軌道半徑，可得到星球的質量，但是星球的半徑未知，不能求出星球的平均密度，故D錯誤。14.(多選)軌道平面與赤道平面夾角為90的人造地球衛(wèi)星被稱為極地軌道衛(wèi)星，它運行時能到達南北極的上空，需要在全球范圍內進行觀測和應用的氣象衛(wèi)星、導航衛(wèi)星等都采用這種軌道。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運行到南緯45的正上方用時45分鐘，則()A該衛(wèi)星的運行速度一定小于7.9 km/sB該衛(wèi)星繞地球運行的周期與地球同步衛(wèi)星的周期之比為14C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14D該衛(wèi)星的加速度與地球同步衛(wèi)星的加速度之比為21【答案】AC【解析】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)星的線速度小于7.9 km/s，故A正確；由題意可知，衛(wèi)星的周期T45 min180 min3 h，而地球同步衛(wèi)星的周期是24 h，故它與地球同步衛(wèi)星的周期之比為18，故B錯誤；由萬有引力提供向心力，有Gm2r，解得r，該衛(wèi)星軌道半徑與地球同步衛(wèi)星軌道半徑之比 ，故C正確；由萬有引力提供向心力，有Gma，解得a，該衛(wèi)星加速度與地球同步衛(wèi)星加速度之比為2，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能保持相對靜止的點。如圖是日地系統(tǒng)的5個拉格朗日點(L1、L2、L3、L4、L5)，設想未來人類在這五個點上都建立了太空站。若不考慮其他天體對太空站的引力，下列說法正確的是()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【答案】BC【解析】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vR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a2R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點的太空站的質量關系未知，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。16(2019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7.9 km/s B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【答案】B【解析】在地球上發(fā)射衛(wèi)星的最小速度為7.9 km/s，A錯誤；由m2rmr可得： ，T ，“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。17(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() AGPS系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道半徑是地球同步衛(wèi)星半徑的倍BGPS系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道半徑是地球同步衛(wèi)星半徑的倍CGPS系統(tǒng)的衛(wèi)星線速度是地球同步衛(wèi)星線速度的倍DGPS系統(tǒng)的衛(wèi)星線速度是地球同步衛(wèi)星線速度的倍【答案】BD【解析】萬有引力是衛(wèi)星圍繞地球轉動的向心力，Gm()2r，衛(wèi)星運動的周期T2，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，A錯誤，B正確；，C錯誤，D正確。18如圖建筑是厄瓜多爾境內的“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0，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？() A B C D【答案】D【解析】用表示衛(wèi)星的角速度，用m、M分別表示衛(wèi)星及地球的質量，則有mr2，在地面上，有Gmg，聯(lián)立解得，衛(wèi)星高度低于同步衛(wèi)星高度，則0，用t表示所需時間，則t0t2，所以t，D正確。19.(多選)(2019廣西三校聯(lián)考)如圖所示，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() A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【答案】AC【解析】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mAA2rAmBB2rB，它們的軌道半徑與它們的質量成反比，選項C正確D錯誤。20(多選)(2019聊城模擬)如圖所示，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