2022高考物理一轮复习课时专练 课时跟踪检测(十四)　天体运动与人造卫星

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课时跟踪检测(十四)　天体运动与人造卫星1．2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。该系统共有35颗卫星，比GPS导航系统多5颗，多出的5颗是相对地面静止的高轨道卫星(简称“静卫”)，这5颗“静卫”的(　　)A．周期不相等B．角速度大小均相等C．轨道可能不在赤道平面内D．线速度大小均介于7.9 km/s和11.2 km/s之间解析：选B　5颗“静卫”是相对地面静止即周期与地球的自转周期相等，则周期相等，由公式＝m·r得r3＝，则轨道半径相等，由公式＝mω2r，得ω＝ ，所以角速度大小均相等，故A错误，B正确；同步轨道卫星轨道只能在赤道上空，则“静卫”的轨道必须是在赤道上空，故C错误；7.9 km/s是地球卫星的最大速度，所以“静卫”的线速度小于7.9 km/s，故D错误。2．(2020·全国卷Ⅱ)若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是(　　)A. 　　　　　　　　B. C.     D. 解析：选A　根据万有引力定律有G＝m，又因M＝ρ·，解得T＝ ，A项正确，B、C、D项错误。3．据报道，我国在2020年到2022年期间计划将会发射三颗“人造月亮”。“人造月亮”是一种携带大型空间反射镜的人造空间照明卫星，将部署在距离地球表面500 km以内的轨道上运行，这三颗“人造月亮”工作起来将会为我国减少数亿元的夜晚照明电费开支，其亮度是月球亮度的8倍，可为城市提供夜间照明，这一计划将首先从成都开始。假设“人造月亮”绕地球做匀速圆周运动，其在轨道上运动时，下列说法正确的是(　　)A．“人造月亮”的线速度大于第一宇宙速度B．“人造月亮”绕地球运行的周期小于月球绕地球运行的周期C．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度D．地球对“人造月亮”的吸引力一定大于地球对月球的吸引力解析：选B　v＝7.9 km/s为第一宇宙速度，是最大的运行速度，所有卫星的运行速度都小于或等于7.9 km/s，所以“人造月亮”的运行速度一定小于第一宇宙速度，故A错误；根据＝mr可得T＝ ，由于“人造月亮”绕地球做圆周运动的半径小于月球绕地球运行的半径，所以“人造月亮”绕地球运行周期小于月球绕地球运行的周期，故B正确；根据＝mg，可得g＝，由于“人造月亮”绕地球做圆周运动的半径大于地球半径，所以“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故C错误；根据万有引力定律F＝可知，不能确定地球对“人造月亮”的吸引力与地球对月球的吸引力的大小，故D错误。4.如图所示，A、B为地球的两颗卫星，它们绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径满足rA<rB，v、a、T、Ek分别表示它们的环绕速度大小，向心加速度大小、周期和动能，下列判断正确的是(　　)A．vA<vB    B．aA<aBC．TA<TB    D．EkA<EkB解析：选C　设卫星的质量为m，轨道半径为r，地球质量为M。卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，有G＝mrω2＝mr＝m＝ma，解得v＝，T＝2π，ω＝，a＝，则根据题意有rA＜rB，可得vA＞vB，aA＞aB，TA＜TB，故A、B错误，C正确；由于二者的质量关系是未知的，则不能比较它们的动能大小，故D错误。5．(多选)(2020·江苏高考)甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有(　　)A．由v＝可知，甲的速度是乙的倍B．由a＝ω2r可知，甲的向心加速度是乙的2倍C．由F＝可知，甲的向心力是乙的D．由＝k可知，甲的周期是乙的2倍解析：选CD　两卫星均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍，由＝可得v＝ ，则乙的速度是甲的倍，选项A错误；由ma＝可得a＝，则乙的向心加速度是甲的4倍，选项B错误；由F＝结合两人造卫星质量相等，可知甲的向心力是乙的，选项C正确；两卫星均绕地球做圆周运动，且甲的轨道半径是乙的2倍，结合开普勒第三定律可知，甲的周期是乙的2倍，选项D正确。6．我国实施空间科学战略性先导科技专项计划，已经发射了“悟空”“墨子”“慧眼”等系列的科技研究卫星，2019年8月31日又成功发射一颗微重力技术实验卫星。若微重力技术实验卫星和地球同步卫星均绕地球做匀速圆周运动时，微重力技术实验卫星的轨道高度比地球同步卫星低，下列说法中正确的是(　　)A.该实验卫星的周期大于地球同步卫星的周期B．该实验卫星的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C．该实验卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度D．该实验卫星的角速度小于地球同步卫星的角速度解析：选B　万有引力提供向心力，又G＝mr＝m＝mω2r＝ma，解得v＝ ，T＝2π ，ω＝，a＝。实验卫星的轨道半径小于同步卫星的轨道半径。由T＝2π 可知，轨道半径小的周期小，故A错误；由a＝可知，轨道半径小的加速度大，故B正确；由v＝ 可知，该实验卫星的线速度大于地球同步卫星的速度，故C错误；由ω＝ 可知，该实验卫星的角速度大于地球同步卫星的角速度，故D正确。7．(2020·浙江7月选考)火星探测任务“天问一号”的标识如图所示。若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3∶2，则火星与地球绕太阳运动的(　　)A．轨道周长之比为2∶3B．线速度大小之比为∶C．角速度大小之比为2∶3D．向心加速度大小之比为9∶4解析：选C　火星与地球轨道周长之比等于公转轨道半径之比，A项错误；火星和地球绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由G＝ma，G＝m，G＝mω2r，解得a＝，v＝ ，ω＝，所以火星与地球线速度大小之比为∶，角速度大小之比为2∶3，向心加速度大小之比为4∶9，B、D项错误，C项正确。8．2022年左右我国将建成载人空间站，轨道高度距地面约400 km，在轨运营10年以上，它将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地。设该空间站绕地球做匀速圆周运动，其运动周期为T，轨道半径为r，引力常量为G，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，下列说法正确的是(　　)A．地球的质量为M＝B．空间站的线速度大小为v＝C．空间站的向心加速度为a＝RD．空间站的运行周期大于地球自转周期解析：选A　由万有引力提供空间站做圆周运动所需的向心力得G＝mr，可得M＝，故A正确；由于在地表，g＝，空间站的向心加速度a＝＝＝r，可得v＝故B、C错误；因为空间站轨道半径小于同步卫星轨道半径，根据开普勒第三定律可知，空间站的运行周期小于地球自转周期，故D错误。9．冥王星是太阳系中围绕太阳旋转的天体。它的赤道直径为2 298 km、表面积约为1 700万平方千米、质量为1.473×1022 kg、平均密度为2.32 g/cm3、表面重力加速度为0.655 m/s2、自转周期为6天9小时17.6分、逃逸速度(即第二宇宙速度)为1.23 km/s，假设其绕太阳的运动可以按圆周运动处理。依据这些信息下列判断中正确的是(　　)A．冥王星的自转周期比地球的自转周期小B．冥王星的公转线速度一定比地球的公转线速度大C．不能估算出太阳的质量D．冥王星上的物体至少应获得1.23 km/s的速度才能成为冥王星的卫星解析：选C　冥王星的自转周期为6天9小时17.6分，地球的自转周期为24小时，因此，冥王星的自转周期比地球的自转周期大，A错误；由于冥王星的公转加速度、线速度、角速度、周期、轨道半径等不知道，所以，无法判断冥王星的公转线速度和地球的公转线速度的大小关系，无法估算出太阳的质量，因此，B错误，C正确；冥王星上的物体获得1.23 km/s的速度时已经脱离冥王星束缚了，D错误。10.据报道，我国将于2020年发射火星探测器。假设图示三个轨道是探测器绕火星飞行的轨道，其中轨道Ⅰ、Ⅲ均为圆形轨道，轨道Ⅱ为椭圆形轨道，三个轨道在同一平面内，轨道Ⅱ与轨道Ⅰ相切于P点，与轨道Ⅲ相切于Q点，不计探测器在变轨过程中的质量变化，则下列说法正确的是(　　)A．探测器在轨道Ⅱ的任何位置都具有相同速度B．探测器在轨道Ⅲ的任何位置都具有相同加速度C．不论在轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ运行，探测器在P点的动量都相同D．不论在轨道Ⅱ还是轨道Ⅲ运行，探测器在Q点的加速度都相同解析：选D　根据开普勒第二定律可知，探测器在轨道Ⅱ上运动时，在距离地球较近的点速度较大，较远的点速度较小，选项A错误；探测器在轨道Ⅲ的任何位置都具有相同大小的加速度，但是方向不同，选项B错误；探测器从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ要在P点加速，则探测器在轨道Ⅰ上P点的动量小于在轨道Ⅱ上P点的动量，选项C错误；不论在轨道Ⅱ还是轨道Ⅲ运行，探测器在Q点时受到火星的万有引力相同，则加速度相同，选项D正确。11．(多选)两颗人造卫星绕地球逆时针运动，卫星1、卫星2分别沿圆轨道、椭圆轨道运动，圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点，某时刻两卫星与地球在同一直线上，如图所示，下列说法中正确的是(　　)A．两卫星在图示位置的速度v2＝v1B．两卫星在A处的加速度大小相等C．两颗卫星在A或B点处可能相遇D．两卫星永远不可能相遇解析：选BD　v2为卫星2在椭圆轨道的远地点的速度，速度小于对应圆轨道的环绕速度，v1表示做匀速圆周运动的速度，根据v＝可知，v1>v2，故A错误；两个轨道上的卫星运动到A点时，所受的万有引力产生加速度a＝，加速度相同，故B正确；椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，根据开普勒第三定律知，两颗卫星的运动周期相等，则不会相遇，故C错误，D正确。12．地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a1，地球的同步卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r，向心加速度为a2。已知引力常量为G，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，且地球近地卫星轨道处的重力加速度为g0，下列说法正确的是(　　)A．地球质量M＝B．地球质量M＝C．a1、a2、g、g0的关系是g0＝g>a2>a1D．加速度之比＝解析：选C　根据万有引力定律可得，对地球的同步卫星有G＝ma2，解得地球的质量M＝，故A、B错误；地球赤道上的物体和地球同步卫星的角速度相等，根据a＝ω2r知a1＜a2，对于地球近地卫星有G＝mg0，得g0＝，地球表面的物体G＝mg，得g＝＝g0，对于地球同步卫星，有G＝ma2，即得a2＝，因为 r＞R，所以a2＜g，综合得g0＝g＞a2＞a1，故C正确；地球赤道上的物体与地球同步卫星角速度相同，则根据a＝ω2r，地球赤道上的物体与地球同步卫星的向心加速度之比＝，故D错误。13.(多选)2020年7月21日将发生土星冲日现象，如图所示，土星冲日是指土星、地球和太阳几乎排列成一线，地球位于太阳与土星之间。此时土星被太阳照亮的一面完全朝向地球，所以明亮而易于观察。地球和土星绕太阳公转的方向相同，轨迹都可近似为圆，地球一年绕太阳一周，土星约29.5年绕太阳一周。则(　　)A.地球绕太阳运转的向心加速度大于土星绕太阳运转的向心加速度B．地球绕太阳运转的运行速度比土星绕太阳运转的运行速度小C．2019年没有出现土星冲日现象D．土星冲日现象下一次出现的时间是2021年解析：选AD　地球的公转周期比土星的公转周期小，由万有引力提供向心力有G＝mr，解得T＝ ，可知地球的公转轨道半径比土星的公转轨道半径小，又G＝ma，解得a＝∝可知行星的轨道半径越大，加速度越小，则土星的向心加速度小于地球的向心加速度，选项A正确；由万有引力提供向心力有G＝m，解得v＝ ，知土星的运行速度比地球的小，选项B错误；设T地＝1年，则T土＝29.5年，出现土星冲日现象则有(ω地－ω土)·t＝2π，得距下一次土星冲日所需时间t＝＝≈1.04年，选项C错误，选项D正确。14.假设宇宙中有两颗相距无限远的行星A和B，自身球体半径分别为RA和RB。两颗行星各自周围的卫星的轨道半径的三次方(r3)与运行公转周期的平方(T2)的关系如图所示；T0为卫星环绕各自行星表面运行的周期。则(　　)A．行星A的质量小于行星B的质量B．行星A的密度小于行星B的密度C．行星A的第一宇宙速度等于行星B的第一宇宙速度D．当两行星周围的卫星的运动轨道半径相同时，行星A的卫星的向心加速度大于行星B的卫星的向心加速度解析：选D　根据万有引力提供向心力，有＝mR，解得T＝ ，对于环绕行星A表面运行的卫星，有T0＝ ①，对于环绕行星B表面运行的卫星，有T0＝ ②，联立①②得＝③，由题图知，RA>RB，所以MA>MB，故A错误； A行星质量MA＝ρAπRA3，B行星的质量MB＝ρBπRB3，代入③解得ρA＝ρB，故B错误；行星的近地卫星的线速度即第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力，有＝m，解得v＝ ＝ R∝R，因为RA>RB，所以vA>vB，故C错误；根据＝ma知a＝，由于MA>MB，行星运动的轨道半径相等，则行星A的卫星的向心加速度大于行星B的卫星的向心加速度，故D正确。