新高考物理一轮复习考点巩固练习专题28人造卫星宇宙速度（含解析）

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A．地球同步卫星的轨道可能通过地球两极上空
B．地球同步卫星的轨道只能在赤道上空
C．所有在轨运行的地球同步卫星距地面的高度都相同
D．所有在轨运行的地球同步卫星距地面的高度可以不相同
2.
[2022·广东省汕尾市质监]设想从山上水平抛出一块石头，如图所示．由于重力作用，石头会沿着弯曲的路径落到地上，并且石头的抛出速度越大，石头飞行的距离越远．由此推想，当石头抛出的速度足够大时，它将绕地球做圆周运动而不再落向地面，成为人造卫星．则这个足够大的速度是( )
A．v＝7.9 km/s B．v<7.9 km/s
C．v＝11.2 km/s D．v>11.2 km/s
3．[2022·浙江省联考]2021年4月29日11时23分，在海南文昌航天发射场用“长征”5B运载火箭将中国首个空间站核心舱“天和”号送入太空．中国空间站包括“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱3个舱段，整体呈“T”字构型，计划于2022年全部完成发射，“天和”核心舱是未来空间站的管理和控制中心．已知“天和”核心舱在轨运行时离地面的平均高度为h，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．实验舱在做匀速圆周运动的过程中，速度始终不变
B．“天和”核心舱所在轨道处的加速度大小为 eq \f(gR2,R＋h)
C．“天和”核心舱绕地球运行的周期T＝2π(1＋ eq \f(h,R)) eq \r(\f(R＋h,g))
D．要实现“问天”“梦天”实验舱从较低轨道与“天和”核心舱对接，需使实验舱减速变轨
4．[2022·江苏省淮安市调研]北斗卫星导航系统(BDS)是我国自主研发的继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统．该系统包括5颗地球同步卫星和30颗一般轨道卫星．关于其中的地球同步卫星，下列说法中正确的是( )
A．它运行的周期为24小时
B．它运行的线速度大于第一宇宙速度
C．它可以定点在淮安区文通塔的正上方
D．它到地面的距离比月球到地面的距离大
5．[2022·广东小潮州市质检]“祝融号”火星车的高度有185 cm，重量达到240 kg，设计寿命为3个火星月，相当于约92个地球日．“祝融号”火星车将在火星上开展地表成分、物质类型分布、地质结构以及火星气象环境等探测工作．已知火星直径约为地球的一半，火星质量约为地球质量的十分之一，则“祝融号”在火星上受到的重力大小最接近( )
A．240 N B．960 N
C．1 200 N D．2 400 N
6．[2022·四川省成都市考试]某星球和地球均可视为质量均匀分布的球体，该星球的密度是地球密度的2倍，它表面处的重力加速度是地面上重力加速度的4倍，则该星球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的( )
A． eq \f(1,2)倍 B．2 eq \r(2)倍
C．4倍 D．16倍
7．[2022·辽宁省月考]北京时间2021年7月29日12时01分，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号”丁运载火箭，成功将“天绘一号”04卫星发射升空．认为卫星入轨后绕地球做匀速圆周运动，已知引力常量为G，地球的质量为M，卫星运行的周期为T，则根据以上信息可求得( )
A．卫星的质量
B．地球表面的重力加速度大小
C．卫星的向心加速度大小
D．卫星离地的高度
8.
[2022·湖南省联考](多选)地球和月球在长期相互作用过程中，形成了“潮汐锁定”．月球总是一面正对地球，另一面背离地球，月球绕地球的运动可看成匀速圆周运动．以下说法正确的是( )
A．月球的公转周期与自转周期相同
B．地球对月球的引力大于月球对地球的引力
C．月球上远地端的向心加速度大于近地端的向心加速度
D．若测得月球公转的周期和半径可估测月球质量
9．[2022·浙江省考试]神舟十二号载人飞船于2021年6月17日9时22分发射，12分钟后货运飞船船箭分离，飞船进入预定轨道．此后，飞船绕地球飞行三圈，每绕飞半圈变轨一次，于当日15时54分采用自主快速交会对接模式，精准对接于天和核心舱前向端口，与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱组合体，这标志着中国人首次进入自己的空间站．为方便研究，核心舱近似看作在地球引力作用下做匀速圆周运动，已知核心舱圆轨道离地面高度约为400 km，地球半径约为6 400 km.则( )
A．三舱组合体的加速度比对接前的二舱组合体的加速度大
B．载人飞船的发射速度不大于第一宇宙速度，而空间站的运行速度大于8 km/s
C.空间站上宇航员24 h内看到日出次数一定少于18次
D．载人飞船对接前在高于“天和”核心舱的轨道上做圆周运动，则开始对接时发动机应向下方喷气
10.
[2022·辽宁省沈阳市模拟]如图所示，A为静止在赤道上的物体，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星．A、B、C三物体质量相同，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，向心力大小分别为FA、FB、FC，线速度大小分别为vA、vB、vC，周期分别为TA、TB、TC，则( )
A．aB>aC>aA B．FA＝FB>FC
C．vA>vB>vC D．TB>TA＝TC
11．[2022·北京大附中期末]如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )
A．甲的向心加速度比乙的大
B．甲的运行周期比乙的大
C．甲的角速度比乙的大
D．甲的线速度比乙的大
12．[2022·广东省期中]2021年9月20日，“天舟三号”货运飞船成功发射，并与空间站“天和”核心舱顺利对接．中国空间站“天和”核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的 eq \f(1,16).已知地球表面重力加速度大小为g(忽略地球自转)，地球的半径为R，则核心舱飞行的周期为( )
A． eq \f(17π,32) eq \r(\f(17R,g)) B． eq \f(π,32) eq \r(\f(17R,g))
C． eq \f(7π,16) eq \r(\f(17R,g))D． eq \f(17π,16) eq \r(\f(17R,g))
专题28 人造卫星 宇宙速度
1．BC 地球卫星相对地面静止，其轨道只能在赤道上空，不可能通过地球两极上空，A错误，B正确；所有在轨运行的地球同步卫星运行的角速度都相同，根据G eq \f(Mm,r2)＝mω2r可知，所有在轨运行的地球同步卫星轨道半径都相同，即距地面的高度相同，C正确，D错误．
2．A 要想使物体绕地球运动而成为人造卫星，不再落回地面，则物体的速度必须要达到第一宇宙速度，即v＝7.9 km/s，A正确．
3．C 实验舱在做匀速圆周运动的过程中，速度方向在改变，A错误；根据牛顿第二定律得G eq \f(Mm,R2)＝mg，G eq \f(Mm,（R＋h）2)＝ma，解得a＝ eq \f(gR2,（R＋h）2)，B错误；实验舱做匀速圆周运动，有G eq \f(Mm,（R＋h）2)＝m eq \f(4π2,T2)(R＋h)，结合上面的关系式解得T＝2π(1＋ eq \f(h,R)) eq \r(\f(R＋h,g))，C正确；要实现“问天”“梦天”实验舱从较低轨道与“天和”核心舱对接，需使实验舱加速变轨，D错误．
4．A 同步卫星和地球相对静止，与地球自转具有相同的转动周期，T＝24 h，A正确；第一宇宙速度是卫星做圆周运动的最大环绕速度，同步卫星的速度一定小于第一宇宙速度，B错误；同步卫星的轨道一定在赤道上空，不能在淮安区文通塔上空，C错误；根据开普勒第三定律可知，同步卫星周期小，它到地面的距离比月球到地面的距离小，D错误．
5．B 物体在星球表面所受万有引力和重力近似相等，则有G eq \f(Mm,R2)＝mg，解得星球表面的重力加速度g＝G eq \f(M,R2)，所以火星与地球表面重力加速度之比为 eq \f(g火,g地)＝ eq \f(M火R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(地)) ,M地R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(火)) )＝ eq \f(22,10)＝ eq \f(2,5)，“祝融号”火星车在火星上与地球上的质量相等，“祝融号”火星车在火星上受到的重力大小约为G＝mg火＝ eq \f(2,5)mg地＝960 N，B正确．
6．B 由G eq \f(Mm,R2)＝mg和M＝ρ× eq \f(4,3)πR3，解得星球表面的重力加速度g＝ eq \f(4,3)GρπR，可知该星球的半径是地球半径的2倍．第一宇宙速度v＝ eq \r(\f(GM,R))＝ eq \r(\f(4,3)GρπR2)，可知，星球的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的2 eq \r(2)倍，B正确．
7．C 由万有引力提供向心力得G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(4π2,T2)r，解得轨道半径r＝ eq \r(3,\f(GMT2,4π2))，由于卫星的质量被消去，所以无法求出卫星的质量，A错误；由地球的半径未知，所以无法求出卫星离地的高度和地球表面的重力加速度，B、D错误；卫星的向心加速度a＝ eq \f(4π2,T2)r，将r＝ eq \r(3,\f(GMT2,4π2))代入上式即可求得向心加速度大小，C正确．
8．AC “潮汐锁定”月球总是一面正对地球，另一面背离地球，分析可知，月球的公转周期与自转周期相同，故A正确；根据牛顿第三定律，可知地球对月球的引力等于月球对地球的引力，故B错误；由于月球总是一面正对地球，所以月球上远地端与近地端角速度相同，根据公式a＝ω2r可知，半径大向心加速度大，即月球上远地端的向心加速度大于近地端的向心加速度，故C正确；若测得月球公转的周期和半径不可估测月球质量，故D错误．
9．C 根据G eq \f(Mm,r2)＝ma可得a＝G eq \f(M,r2)可知，三舱组合体与对接前的二舱组合体的轨道半径相同，则加速度大小相同，A错误；第一宇宙速度是最小的发射速度，也是最大的环绕速度，则载人飞船的发射速度大于第一宇宙速度，而空间站的运行速度小于第一宇宙速度7.9 km/s，B错误；根据G eq \f(Mm,（R＋h）2)＝m eq \f(4π2,T2)(R＋h)，其中GM＝gR2，解得T＝ eq \f(2π（R＋h）,R) eq \r(\f(R＋h,g))，代入数据解得T≈92 min，则空间站上宇航员24 h内看到日出次数等于 eq \f(24×60,92)次≈16次，则空间站上宇航员24 h内看到日出次数一定少于18次，C正确；若对接前在高于“天和”核心舱的轨道上做圆周运动，则开始对接时发动机应向前方喷气减速做向心运动，才能实现对接，D错误．
10．A 卫星B、C均由万有引力提供向心力，有F＝ eq \f(GMm,r2)＝ma，且rBaC，FB>FC；A、C的角速度相同，由F＝mω2r，a＝ω2r，rAaA，FC>FA，综上所述有aB>aC>aA，FB>FC>FA，A正确，B错误；B、C均由万有引力提供向心力，有 eq \f(GMm,r2)＝ eq \f(mv2,r)，且rBvC；A、C的角速度相同，由v＝ωr，且rAvA，C错误；A、C角速度相同，则周期相同，即TA＝TC；B、C均为地球的卫星，根据开普勒第三定律可知TB11．B 卫星运动的向心力由万有引力提供，有G eq \f(Mm,r2)＝ma，解得a＝G eq \f(M,r2)，可知甲的向心加速度小于乙的向心加速度，A错误；根据G eq \f(Mm,r2)＝m eq \f(4π2,T2)r，解得T＝2π eq \r(\f(r3,GM))，由于甲的中心天体质量小于乙的中心天体质量，故甲的周期大于乙的周期，B正确；根据G eq \f(Mm,r2)＝mω2r解得ω＝ eq \r(\f(GM,r3))，可判断甲的角速度小于乙的角速度，C错误；根据G eq \f(Mm,r2)＝ eq \f(mv2,r)得v＝ eq \r(\f(GM,r))，可判断甲的线速度小于乙的线速度，D错误．
12．A 在地球表面上万有引力等于重力，则有G eq \f(Mm,R2)＝mg，对核心舱有G eq \f(Mm′,R′2)＝m′ eq \f(4π2,T2)R′，且R′＝R＋ eq \f(1,16)R，
解得T＝ eq \f(17π,32) eq \r(\f(17R,g))，A正确．