高考物理模擬題練習(xí) 專題5.15 衛(wèi)星運(yùn)動的物理量比較問題（基礎(chǔ)篇）（解析版）

這是一份高考物理模擬題練習(xí) 專題5.15 衛(wèi)星運(yùn)動的物理量比較問題（基礎(chǔ)篇）（解析版），共8頁。試卷主要包含了15衛(wèi)星運(yùn)動的物理量比較問題等內(nèi)容，歡迎下載使用。
2020年高考物理100考點(diǎn)最新模擬題千題精練（必修部分）第五部分  萬有引力定律和航天專題5.15衛(wèi)星運(yùn)動的物理量比較問題（基礎(chǔ)篇）一．選擇題1.（2019年1月湖北黃岡調(diào)研）據(jù)報道，2020年我國首顆“人造月亮”將完成從發(fā)射、入軌、展開到照明的整體系統(tǒng)演示驗(yàn)證?！叭嗽煸铝痢笔且环N攜帶大型空間反射鏡的人造空間照明衛(wèi)星，將部署在距離地球500km以內(nèi)的低地球軌道上，其亮度是月球亮度的8倍，可為城市提供夜間照明。假設(shè)“人造月亮”繞地球做勻速圓周運(yùn)動，則“人造月亮”在軌道上運(yùn)動時（    ）A．“人造月亮”的線速度等于第一宇宙速度B．“人造月亮”的角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度C．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度D．“人造月亮”的公轉(zhuǎn)周期大于月球繞地球運(yùn)行的周期【參考答案】B【名師解析】根據(jù)第一宇宙速度的意義可知，繞地球表面運(yùn)行的衛(wèi)星的線速度等于第一宇宙速度，由G=m可得v=，“人造月亮” 在距離地球500km以內(nèi)的低地球軌道上運(yùn)動，r>R,，其“人造月亮”的線速度小于第一宇宙速度，選項A錯誤；由G=mrω2可得ω=。由于“人造月亮”繞地球運(yùn)動的軌道半徑r遠(yuǎn)小于月球繞地球運(yùn)動的軌道半徑，所以“人造月亮”的角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度，選項B正確；由G=ma和G=mg可知，“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度，選項C錯誤；由G=mr()2可得T=2π。由于“人造月亮”繞地球運(yùn)動的軌道半徑r遠(yuǎn)小于月球繞地球運(yùn)動的軌道半徑，所以“人造月亮”繞地球運(yùn)動的周期小于月球繞地球運(yùn)行的周期，選項D錯誤。【名師點(diǎn)評】本題以即將發(fā)射的“人造月亮”為情景，意在考查靈活運(yùn)用萬有引力提供向心力分析解決問題的能力。解答衛(wèi)星相關(guān)問題時，若涉及線速度，其向心力可用公式F= m；若涉及角速度，其向心力可用公式F= mrω2；若涉及周期，其向心力可用公式F= mr()2。 2.(2016·河南開封高三質(zhì)檢)如圖所示，A是地球的同步衛(wèi)星，B是位于赤道平面內(nèi)的近地衛(wèi)星，C為地面赤道上的物體，已知地球半徑為R，同步衛(wèi)星離地面的高度為h，則(　　)A．A、B加速度的大小之比為()2B．A、C加速度的大小之比為1＋C．A、B、C速度的大小關(guān)系為vA＞vB＞vCD．要將B衛(wèi)星轉(zhuǎn)移到A衛(wèi)星的軌道上運(yùn)行至少需要對B衛(wèi)星進(jìn)行兩次加速【參考答案】BD【名師解析】根據(jù)萬有引力提供向心力可知G＝ma，得aA＝G，aB＝G，故＝()2，選項A錯誤；A、C角速度相同，根據(jù)a＝ω2r得aA＝ω2(R＋h)，aC＝ω2R，故＝1＋，選項B正確；根據(jù)G＝m得v＝，可知軌道半徑越大線速度越小，所以vB＞vA，又A、C角速度相同，根據(jù)v＝ωr可知vA＞vC，故vB＞vA＞vC，選項C錯誤；要將B衛(wèi)星轉(zhuǎn)移到A衛(wèi)星的軌道上，先要加速到橢圓軌道上，再由橢圓軌道加速到A衛(wèi)星的軌道上，選項D正確。3．(多選)發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3，軌道1和2相切于Q點(diǎn)，軌道2和3相切于P點(diǎn)，設(shè)衛(wèi)星在軌道1和軌道3正常運(yùn)行的速度和加速度分別為v1、v3和a1、a3，在軌道2經(jīng)過P點(diǎn)時的速度和加速度為v2和a2，且當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時周期分別為T1、T2、T3，以下說法正確的是(　　)A．v1>v2>v3　　   B．v1>v3>v2          C．a1>a2>a3      D．T1<T2<T3【參考答案】BD【名師解析】　衛(wèi)星在軌道1運(yùn)行速度大于衛(wèi)星在軌道3運(yùn)行速度，在軌道2經(jīng)過P點(diǎn)時的速度v2小于v3，選項A錯誤，B正確．衛(wèi)星在軌道1和軌道3正常運(yùn)行加速度a1>a3，在軌道2經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度a2＝a3，選項C錯誤．根據(jù)開普勒第三定律，衛(wèi)星在軌道1、2、3上正常運(yùn)行時周期T1<T2<T3，選項D正確．4．如圖所示是在同一軌道平面上的三顆不同的人造地球衛(wèi)星，關(guān)于各物理量的關(guān)系，下列說法正確的是(　　)A．線速度vA<vB<vC B．萬有引力FA>FB>FCC．角速度：ωA>ωB>ωC D．向心加速度aA<aB<aC【參考答案】C【名師解析】因?yàn)樾l(wèi)星的質(zhì)量大小關(guān)系不知，所以衛(wèi)星的萬有引力大小關(guān)系無法判斷，B錯誤；衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動，有G＝m＝mrω2＝ma向，得v＝ ，ω＝，a向＝，由于rA<rB<rC，則vA>vB>vC，ωA>ωB>ωC，aA>aB>aC，故A、D錯誤，C正確．5．(2019·天津六校聯(lián)考)如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)動的3顆衛(wèi)星，下列說法正確的是(　　)A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度C．c加速可追上同一軌道上的b，b減速可等候同一軌道上的cD．a衛(wèi)星由于某種原因，軌道半徑緩慢減小，則其機(jī)械能逐漸增大【參考答案】B【名師解析】衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動，萬有引力提供向心力G＝m，得v＝ ，b、c的軌道半徑相等，故b、c的線速度大小相等但小于a的線速度，A錯誤．根據(jù)萬有引力提供向心力G＝ma，得a＝，由此可知，軌道半徑越小，加速度越大，故a的向心加速度大于b、c的向心加速度，B正確．c加速，萬有引力不夠提供向心力，做離心運(yùn)動，離開原軌道，所以不會與同軌道上的衛(wèi)星相遇，C錯誤．衛(wèi)星由于某種原因，軌道半徑緩慢減小，萬有引力以外的力做負(fù)功，機(jī)械能減小，D錯誤．6．(2019·湖南邵陽月考)兩顆人造衛(wèi)星繞地球逆時針運(yùn)動，衛(wèi)星1、衛(wèi)星2分別沿圓軌道、橢圓軌道運(yùn)動，圓的半徑與橢圓的半長軸相等，兩軌道相交于A、B兩點(diǎn)，某時刻兩衛(wèi)星與地球在同一直線上，如圖所示，下列說法中正確的是(　　)A．兩衛(wèi)星在圖示位置的速度v2＝v1                            B．兩衛(wèi)星在A處的加速度大小相等C．兩顆衛(wèi)星在A或B點(diǎn)處可能相遇              D．兩衛(wèi)星永遠(yuǎn)不可能相遇【參考答案】BD【名師解析】v2為橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)速度，速度最小，v1表示做勻速圓周運(yùn)動的速度，v1>v2，故A錯誤；兩個軌道上的衛(wèi)星運(yùn)動到A點(diǎn)時，所受的萬有引力產(chǎn)生加速度a＝GM/r2，加速度相同．故B正確；橢圓的半長軸與圓軌道的半徑相同，根據(jù)開普勒第三定律知，兩顆衛(wèi)星的運(yùn)動周期相等，則不會相遇，故D正確，C錯誤．7.(2017·江蘇卷，6)(多選)“天舟一號”貨運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)角速度                B.線速度小于第一宇宙速度C.周期小于地球自轉(zhuǎn)周期                    D.向心加速度小于地面的重力加速度【參考答案】BCD【名師解析】　根據(jù)萬有引力提供向心力得G＝m(R＋h)ω2＝m＝m(R＋h)＝ma，解得v＝，ω＝，T＝，a＝，由題意可知，“天舟一號”的離地高度小于同步衛(wèi)星的離地高度，則“天舟一號”的角速度大于同步衛(wèi)星的角速度，也大于地球的自轉(zhuǎn)角速度，“天舟一號”的周期小于同步衛(wèi)星的周期，也小于地球的自轉(zhuǎn)周期，選項A錯誤，C正確；由第一宇宙速度v＝可知，“天舟一號”的線速度小于第一宇宙速度，選項B正確；由地面的重力加速度g＝可知，“天舟一號”的向心加速度小于地面的重力加速度，選項D正確。8.(多選)如圖2，同步衛(wèi)星與地心的距離為r，運(yùn)行速率為v1，向心加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2。第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列比值正確的是(　　)A.＝   B.＝()2         C.＝     D.＝【參考答案】AD【名師解析】　本題中涉及三個物體，其已知量排列如下地球同步衛(wèi)星：軌道半徑r，運(yùn)行速率v1，加速度a1地球赤道上的物體：軌道半徑R，隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度a2，近地衛(wèi)星：軌道半徑R，運(yùn)行速率v2對于衛(wèi)星，其共同特點(diǎn)是萬有引力提供向心力，有G＝m，故＝。故選項D正確；對于同步衛(wèi)星和地球赤道上的物體，其共同特點(diǎn)是角速度相等，有a＝ω2r，故＝。故選項A正確。9.(2018·山東微山一中期末)(多選)如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同，且小于c的質(zhì)量，則(　　)A.b所需向心力最大                             B.b、c周期相等，且大于a的周期C.b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度    D.b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度【參考答案】BD【名師解析】　根據(jù)F＝G，可知c所需的向心力大于b所需的向心力，選項A錯誤；由G＝ma＝m＝mr()2，可得a＝，v＝，T＝，可知b、c周期相等，且大于a的周期，選項B正確；b、c加速度相等，且小于a的加速度，選項C錯誤；b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度，選項D正確。10.(多選)如圖所示，兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓周運(yùn)動，用R、T、Ek、S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動能、與地心連線在單位時間內(nèi)掃過的面積。下列關(guān)系式正確的有(　　)A.TA>TB  　　 B.EkA>EkB             C.SA＝SB  　　D.＝【參考答案】AD【名師解析】　由＝＝mR和Ek＝mv2可得T＝2π，Ek＝，因RA>RB，則TA>TB，EkA<EkB，選項A正確，B錯誤；由開普勒定律可知，選項C錯誤，D正確。11. (2017·河南平頂山高三聯(lián)考) (多選)圖中的甲是地球赤道上的一個物體、乙是“神舟六號”宇宙飛船(周期約90分鐘)、丙是地球的同步衛(wèi)星，它們運(yùn)行的軌道示意圖如圖所示，它們都繞地心做勻速圓周運(yùn)動。下列有關(guān)說法正確的是(　　)A.它們運(yùn)動的向心加速度大小關(guān)系是a乙＞a丙＞a甲B.它們運(yùn)動的線速度大小關(guān)系是v乙＜v丙＜v甲C.已知甲運(yùn)動的周期T甲＝24 h，可計算出地球的密度ρ＝D.已知乙運(yùn)動的周期T乙及軌道半徑r乙，可計算出地球質(zhì)量M＝【參考答案】AD【名師解析】　ω甲＝ω丙、r甲＜r丙，由a＝rω2、v＝ωr知，線速度v甲＜v丙，向心加速度a甲＜a丙；乙和丙都在地球的引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動，萬有引力提供向心力，a＝G，v＝，r乙＜r丙，有a乙＞a丙，v乙＞v丙，故選項A正確，B錯誤；對于甲物體，萬有引力的一個分力提供向心力，假設(shè)地球半徑為R，質(zhì)量為M，那么赤道上質(zhì)量為m的物體受到的萬有引力F＝，而物體做勻速圓周運(yùn)動的向心力公式F向＝。C項中告訴我們周期T甲，故有＞，可得＞，密度ρ＝＞，選項C錯誤；對于乙物體，萬有引力提供向心力，有＝，可得M＝，故選項D正確。12．(2017·四川省遂寧市高三二診)如圖所示，質(zhì)量相同的三顆衛(wèi)星a、b、c繞地球做勻速圓周運(yùn)動，其中b、c在地球的同步軌道上，a距離地球表面的高度為R，此時a、b恰好相距最近．已知地球質(zhì)量為M、半徑為R、地球自轉(zhuǎn)的角速度為ω.萬有引力常量為G，則(　　)A．發(fā)射衛(wèi)星b時速度要大于11.2 km/sB．衛(wèi)星a的機(jī)械能大于衛(wèi)星b的機(jī)械能C．衛(wèi)星a和b下一次相距最近還需經(jīng)過t＝D．若要衛(wèi)星c沿同步軌道與b實(shí)現(xiàn)對接，可讓衛(wèi)星c加速【參考答案】C【名師解析】.衛(wèi)星b繞地球做勻速圓周運(yùn)動，7.9 km/s是指在地球上發(fā)射的物體繞地球飛行作圓周運(yùn)動所需的最小初始速度，11.2 km/s是物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度．所以發(fā)射衛(wèi)星b時速度大于7.9 km/s，而小于11.2 km/s，故A錯誤；衛(wèi)星從低軌道到高軌道需要克服引力做較多的功，衛(wèi)星a、b質(zhì)量相同，所以衛(wèi)星b的機(jī)械能大于衛(wèi)星a的機(jī)械能，故B錯誤；b、c在地球的同步軌道上，所以衛(wèi)星b、c和地球具有相同的周期和角速度．由萬有引力提供向心力，即＝mω2r，解得ω＝，a距離地球表面的高度為R，所以衛(wèi)星a的角速度ωa＝，此時a、b恰好相距最近，到衛(wèi)星a和b下一次相距最近時滿足(ωa－ω)t＝2π，解得t＝，故C正確；讓衛(wèi)星c加速，所需的向心力增大，由于萬有引力小于所需的向心力，衛(wèi)星c會做離心運(yùn)動，離開原軌道，所以不能與b實(shí)現(xiàn)對接，故D錯誤． 13（2016湖南十三校聯(lián)考）為了測量某行星的質(zhì)量和半徑，宇航員記錄了登陸艙在該行星表面做圓周運(yùn)動的周期T，登陸艙在行星表面著陸后，用彈簧稱稱量一個質(zhì)量為m的砝碼讀數(shù)為N。已知引力常量為G。則下列計算中錯誤的是（   ）A．該行星的質(zhì)量為  B．該行星的半徑為 C．該行星的密度為                       D．在該行星的第一宇宙速度為【參考答案】B【命題立意】本題旨在考查萬有引力作用與衛(wèi)星的圓周運(yùn)動【名師解析】用彈簧稱稱量一個質(zhì)量為m的砝碼讀數(shù)為N， , 登陸艙在該行星表面做圓周運(yùn)動的周期T，,,解上二式得，  ,  ;行星的密度  ; 該行星的第一宇宙速度為【舉一反三】在這顆行星表面以v上拋一物體，經(jīng)多長時間落地？14．(2016·河北百校聯(lián)考)嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、著陸器等多個部分組成。探測器預(yù)計在2017年由長征五號運(yùn)載火箭在中國文昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，自動完成月面樣品采集，并從月球起飛，返回地球，帶回約2 kg月球樣品。某同學(xué)從網(wǎng)上得到一些信息，如表格中的數(shù)據(jù)所示，請根據(jù)題意，判斷地球和月球的密度之比為(　　)月球半徑R0月球表面處的重力加速度g0地球和月球的半徑之比＝4地球表面和月球表面的重力加速度之比＝6A.   B.   C．4   D．6【參考答案】B【名師解析】利用題給信息，對地球，有G＝mg，得M＝，又V＝πR3，得地球的密度ρ＝＝；對月球，有G＝mg0，得M0＝，又V0＝πR，得月球的密度ρ0＝＝，則地球的密度與月球的密度之比＝，故B正確。