物理必修 第二册4 宇宙航行课时练习

这是一份物理必修 第二册4 宇宙航行课时练习，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第七章　万有引力与宇宙航行专题强化练8　同步卫星的运动规律一、选择题1.(2020河北唐山十一中高二上期中,)(多选)“天链一号”是中国第一颗地球同步轨道数据中继卫星,主要用于为中国神舟载人飞船及后续载人航天器提供数据中继和测控服务。关于“天链一号”卫星,下列说法正确的是(　　)A.卫星相对地面静止B.卫星的运行速度大于7.9 km/sC.卫星绕地球运行的周期比月球绕地球运行的周期小D.卫星绕地球运行的周期比月球绕地球运行的周期大2.(2020四川绵阳实验高级中学高三模拟,)a是静止在地球赤道上的物体,b是探测卫星,c是地球同步卫星,它们在同一平面内沿不同的轨道绕地心做匀速圆周运动,且绕行方向相同(图示逆时针方向)。若某一时刻,它们正好运行到同一条直线上,如图所示,则再经过6小时,关于a、b和c三者位置的图示可能正确的是(　　) 3.(2020北京首都师范大学附属中学高一下期末,)2020年2月15日,北斗导航系统第41颗卫星(地球同步卫星,离地高度约36 000 km)、第49颗卫星(倾斜地球同步轨道卫星)、第50、51颗卫星(中圆地球轨道卫星,离地高度约20 000 km)已完成在轨测试,正式入网工作,推进了我国2020年建成覆盖全球的北斗卫星导航系统计划顺利实施。下列说法正确的是(　　) A.中圆地球轨道卫星的周期大于24小时B.地球同步卫星的发射速度小于第一宇宙速度C.倾斜地球同步轨道卫星不会静止在北京上空D.中圆地球轨道卫星比地球同步卫星的线速度小4.(2020吉林东北师大附中高一下期中,)(多选)地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的7倍,地球半径R=6 400 km,地球大气层的厚度约为地球半径的一半。研究表明,并不是所有行星都能有同步卫星,如果行星自转太快,就可能不会有同步卫星,而且卫星不能在大气层内飞行。根据上述条件,在地球质量和半径都不变的前提下,下列哪些情况中地球不会有同步卫星(重力加速度取g=10 m/s2)(　　)A.大气层厚度不变,地球自转周期减小到1小时B.大气层厚度不变,地球自转周期减小到3小时C.大气层厚度增加到6.6倍地球半径,地球自转周期不变D.大气层厚度增加到1.5倍地球半径,地球自转周期减小到3小时二、非选择题5.(2020山东烟台高二上期中,)如图所示,甲、乙两颗卫星在和地球赤道共面的轨道上分别绕地球做匀速圆周运动,二者绕行方向相同,甲为地球同步卫星,乙为近地轨道卫星。科学家经过观测发现,每隔时间t两颗卫星相距最近一次。已知引力常量为G,地球自转周期为T0。求:(1)乙卫星运动的周期;(2)地球的平均密度。 6.(2020河北石家庄元氏一中高一期中,)土星是太阳系中最大的行星,也是一个气态巨行星,图示为绕土星飞行的飞行器近距离拍摄的土星表面的气体涡旋。假设飞行器绕土星做匀速圆周运动,距离土星表面高度为h。土星可视为球体,已知土星质量为M,半径为R,引力常量为G。求:(1)土星表面的重力加速度g;(2)飞行器的运行速度v;(3)若土星的自转周期为T,求土星同步卫星距土星表面的高度H。  
答案全解全析1.AC　“天链一号”是地球同步卫星,相对地面静止,选项A正确。靠近地球表面绕地球做匀速圆周运动的卫星的速度是7.9 km/s;由G=m得v=,由于“天链一号”的轨道半径大于地球半径,则“天链一号”卫星的运行速度小于7.9 km/s,故B错误。“天链一号”卫星绕地球运行的周期比月球绕地球运行的周期小,选项C正确,D错误。2.D　地球同步卫星与地球保持相对静止,所以物体a、卫星c的角速度相同,c始终在a的正上方;卫星c的轨道半径比b的大,根据G=mω2r知,c的角速度小于b的角速度,经过6 h,b转过的角度最大,故D正确。3.C　卫星绕地球转动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律可得G=mr,则T=2π,由公式可知,轨道半径越小,卫星的周期越小,因中圆地球轨道卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径,地球同步卫星的周期为24小时,所以中圆地球轨道卫星的周期小于24小时,选项A错误;第一宇宙速度是卫星的地面最小发射速度,地球同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度,选项B错误;倾斜地球同步轨道卫星运行的轨道平面和地球同步卫星运行的轨道平面有一夹角,相对地球上的物体来说是运动的,它不会静止在北京上空,选项C正确;卫星绕地球转动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律可得G=m,则v=,由公式可知,轨道半径越小,卫星的线速度越大,中圆地球轨道卫星的轨道半径比地球同步卫星的轨道半径小,故其线速度大,选项D错误。4.ACD　根据万有引力提供卫星做圆周运动所需的向心力,有G=mr,解得卫星的周期T=2π;由于地球同步卫星的轨道半径r=7R,则有T=2π=·2π=24 h。若大气层厚度不变,卫星的最小轨道半径rmin=R+=R,其对应的地球同步卫星的最小周期为Tmin=2π=·2π=2.4 h,所以大气层厚度不变,若地球存在同步卫星,则地球自转的周期最小为2.4小时,故A符合题意,B不符合题意。大气层厚度增加到6.6倍地球半径,即地球卫星的轨道半径最小为r'=R+6.6R=7.6R>7R,可知若地球自转周期不变,则地球不会有同步卫星,故C符合题意。大气层厚度增加到1.5倍地球半径,此时地球同步卫星的轨道半径最小为r″=R+1.5R=2.5R,其对应的地球同步卫星的最小周期为T″=2π=·2π=5 h,所以大气层厚度增加到1.5倍地球半径,若地球存在同步卫星,则地球自转的周期最小为5小时,故D符合题意。5.答案　(1)　(2)解析　(1)由于甲卫星为地球同步卫星,故其周期为T0,设乙卫星的周期为T,由题意可得t-t=2π,解得T=。(2)对近地卫星,有G=mR,且M=πR3ρ,联立各式解得ρ==。6.答案　(1)　(2)　(3)-R解析　(1)在土星表面,物体的重力等于所受的万有引力,有mg=可得g=(2)由万有引力提供飞行器绕土星做匀速圆周运动的向心力,有=可得v=(3)土星同步卫星绕土星做匀速圆周运动的周期等于土星的自转周期,根据万有引力提供向心力,有=m(R+H)解得H=-R