第25讲 人造卫星 宇宙速度（练习）（解析版）——备战2024年高考物理一轮复习全面攻略—高中物理

这是一份第25讲 人造卫星 宇宙速度（练习）（解析版）——备战2024年高考物理一轮复习全面攻略—高中物理，共25页。试卷主要包含了好题与新题，全面刷真题等内容，欢迎下载使用。
一、好题与新题
1．（2023·河南开封·统考一模）习近平总书记指出：“发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”如图所示，a是静止在地球赤道上的物体。b是在地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星。c是地球同步卫星，已知地球表面的重力加速度为g，下列关于a、b、c的说法正确的是（ ）

A．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度最大的是c
B．a、b、c做匀速圆周运动的速率最大的是a
C．b做匀速圆周运动的加速度等于g
D．a、b、c做匀速圆周运动的周期最小的是a
【答案】C
【详解】AC．为近地卫星
解得
由于的轨道半径约等于地球半径，则的加速度等于，且的向心加速度大于的向心加速度，同步卫星的周期和地球相同，则由
可知a的加速度小于c的加速度，故b的向心加速度最大等于，故A错误，C正确；
B．卫星绕地球做匀速圆周运动时，有
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因为的轨道半径小于的轨道半径，所以、的线速度大小关系为
对，根据
可知
故B错误；
D．为地球赤道上随地球自转的物体，则的周期等于地球自转周期，为地球同步卫星，则的周期等于地球自转周期，所以的周期等于的周期，根据
解得
可知的周期最小，故D错误。
故选C。
2．（2023·陕西·校联考模拟预测）北京时间2022年6月5日，搭载神舟十四号载人飞船的长征二号F遥十四运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约577秒之后，神舟十四号载人飞船成功进入预定轨道，神舟十四号载人飞船采用自主快速交会对接模式，经过6次自主交轨成功对接于天和核心舱径向端口，天和核心舱在距地面约390km的近圆轨道上飞行，已知引力常量为，地球半径。则下列说法正确的是（ ）

A．天和核心舱绕地球运行的速度大于第一宇宙速度
B．为了实现对接，载人飞船应该到达天和核心舱轨道，再点火加速追上天和核心舱
C．若已知天和核心舱的运行周期，则可以求出地球的密度
D．载人飞船进入预定轨道后，飞船内的航天员在空间站内受到的合外力为零
【答案】C
【详解】A．第一宇宙速度为围绕地球做圆周运动的最大速度，则天和核心舱绕地球运行的速度小于第一宇宙速度，故A错误；
B．若载人飞船与核心舱在同一轨道，载人飞船点火加速，则轨道半径会变大，不能追上同轨道上的核心舱，故B错误；
C．根据万有引力提供向心力有
解得
又有
则地球的密度为
由于地球半径和天和核心舱在距地面高度已知，则已知天和核心舱的运行周期，则可以求出地球的密度，故C正确；
D．航天员在飞船内受到的合外力提供向心力，不为零，故D错误。
故选C。
3．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考模拟预测）在国产科幻电影《流浪地球2》中，太空电梯是其重要的科幻元素，其结构主要由地面基座、缆绳、空间站、平衡锤、运载仓组成，如图所示。地面基座为缆绳的起始段，主要起到固定作用，空间站位于距离地表36000km的地球静止同步卫星轨道，并在距离地表90000km的尾端设置了平衡锤，空间站、平衡锤、地面基座之间由若干碳纳米缆绳垂直连接，运载仓可沿缆绳上下运动。已知空间站、平衡锤与地球自转保持同步，则（ ）

A．平衡锤的加速度小于空间站的加速度
B．平衡锤的线速度小于空间站的线速度
C．平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力
D．若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，平衡锤将坠落地面
【答案】C
【详解】AB．平衡锤和空间站的角速度相等，根据，可知平衡锤的加速度大于空间站的加速度；根据可知平衡锤的线速度大于空间站的线速度，故AB错误；
C．平衡锤受拉力和万有引力共同作用提供向心力，所以平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力，故C正确；
D．若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，则平衡锤所受引力不足以提供向心力，平衡锤做离心运动，故D错误；
故选C。
4．（2022·浙江绍兴·统考一模）2022年11月12日，天舟5号货运飞船搭载“澳科一号”小卫星与中国空间站成功对接。航天员可以直接通过梦天实验舱货物气闸舱发射小卫星，它专门用于检测空间站周围环境的变化情况。下列说法正确的是（ ）
A．发射小卫星的速度必须大于
B．发射后的小卫星绕空间站做匀速圆周运动
C．小卫星和空间站可以在同一轨道以相同周期运行
D．小卫星发射后调整到空间站正上方一定高度，并与空间站保持相对静止
【答案】C
【详解】A．第一宇宙速度是地球上的最小发射速度，最大近地环绕速度，若要不脱离地球引力的束缚，发射速度可介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间，即
但梦天实验舱货物气闸舱发射小卫星属于在轨发射卫星，该小卫星在发射之前本身就具有与实验舱相同的环绕速度，为满足不同的任务要求，应具有不同的发射速度，因此可知发射小卫星的速度不必大于，故A错误；
B．发射后的小卫星仍受地球引力的束缚，其中心天体仍然是地球，因此发射后的小卫星环绕地球运动，故B错误；
CD．根据万有引力充当向心力有
解得
，
可知，小卫星与空间站在同一轨道上运行时，其周期相同，但若将小卫星发射后调整到空间站正上方一定高度，则小卫星的轨道半径将大于空间站的轨道半径，可知小卫星的线速度将小于空间站的线速度，因此小卫星不能与空间站保持相对静止，故C正确，D错误。
故选C。
5．（2023·四川成都·石室中学校考模拟预测）北京时间2023年5月10日21时22分，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射，发射取得圆满成功。北京时间5月11日5时16分，天舟六号货运飞船与空间站组合体完成交会对接。下列说法正确的是（ ）
A．天舟六号从低轨向高轨完成对接，需要加速
B．天舟六号的发射速度必须大于第二宇宙速度
C．天舟六号在不同的绕地轨道运行时，其与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等
D．天舟六号与空间站组合体对接后（空间站组合体所在轨道不变），空间站组合体的向心加速度变大
【答案】A
【详解】A．天舟六号从低轨向高轨完成对接，需要点火加速，故A正确；
B．根据地球宇宙速度的定义，可知天舟六号的发射速度必须大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，故B错误；
C．由开普勒第二定律可知，当天舟六号在同一绕地轨道运行时，其与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等，故C错误；
D．根据
可得
由于对空间站组合体的轨道半径不变，所以向心加速度不变，故D错误。
故选A。
6．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考三模）2023年5月我国“神舟十六号”载人飞船发射成功，预计在轨5个月。航空总局飞船控制中心记录了一幅卫星运行轨迹图，如图所示，它记录了“神舟十六号”飞船在地球表面垂直投影的位置变化；图中表示在一段时间内飞船绕地球圆周飞行四圈，依次飞经中国、太平洋、大西洋地区的四次轨迹①、②、③、④，图中分别标出了各地点的经纬度（如：在轨迹①通过赤道时的经度为西经157.5°，绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时经度为180°），根据图中的信息可判断飞船运行周期为（ ）

A．70minB．80minC．90minD．100min
【答案】C
【详解】飞船每运行一周，地球自转角度为
180°-157.5°=22.5°
则神舟飞船运行的周期T为
故选C。
7．（2023·广东佛山·统考模拟预测）科幻电影《流浪地球2》中的“太空电梯”给观众带来了强烈的视觉冲击，标志我国科幻电影工业能力的进步。如图所示，“太空电梯”由地面基站、缆绳、箱体、同步轨道上的空间站、配重组成，缆绳相对地面静止，箱体可以沿缆绳将人和货物从地面运送到空间站。下列说法正确的是（ ）

A．地面基站可以选址建在佛山
B．箱体在上升过程中受到地球的引力越来越小
C．配重的线速度小于同步空间站的线速度
D．若同步空间站和配重间的绳断开，配重将靠近地球
【答案】B
【详解】A．根据题意可知，缆绳相对地面静止，则整个同步轨道一定在赤道正上方，所以地面基站不可能选址建在佛山，故A错误；
B．箱体在上升过程中受到地球的引力为
万有引力随着箱体与地球距离的增加而减小，故B正确；
C．根据“太空电梯”结构，由公式可知，配重和同步空间站的角速度相同，空间站的环绕半径小于配重的环绕半径，所以配重的线速度大于同步空间站的线速度，故C错误；
D．根据题意可知，配重在万有引力和缆绳拉力合力作用下做圆周运动，若同步空间站和配重间的绳断开，拉力消失，配重与地球之间的万有引力小于配重做圆周运动的向心力，配重会做离心运动，故D错误。
故选B。
8．（2024·山西大同·统考模拟预测）2023年春节，《流浪地球2》震撼登场，影片中的太空电梯给人留下了深刻的印象。设想在赤道上建造垂直于水平面的“太空电梯”（如图），宇航员就可以通过电梯直通太空站。设r为宇航员到地心的距离，R为地球半径，下列说法正确的是（ ）

A．搭乘电梯上升的过程中，宇航员的线速度增大
B．在r = R处，宇航员的线速度约为7.9km/s
C．随着r的增大，宇航员感受到的“重力”也在增大
D．宇航员乘坐电梯上升的过程中，始终处于完全失重状态
【答案】A
【详解】A．宇航员线速度，宇航员随地球自转角速度不变，电梯上升，增大，所以增大，故A正确；
B．时，宇航员刚好在地面上，除了地球对他的引力之外还受到地面对他的支持力，故在处的线速度小于第一宇宙速度，故B错误；
C．由于处在赤道上，物体的重力与万有引力相等，即，随着的增大，重力越来越小，故C错误；
D．宇航员乘坐电梯上升的过程中不只受到地球引力作用，还受到电梯表面对宇航员的支持力，所以不是始终处于完全失重的状态，只有上升到同步轨道高度时才会处于完全失重状态，故D错误。
故选A。
9．（2023·天津和平·耀华中学校考二模）（多选）“格物致知，叩问苍穹”，星空浩瀚无比，中国人对宇宙的探索永无止境。2023年4月24日是第八个中过航天日，主场活动在安徽省合肥市举行，其中的航天科普系列展览活动中展出了神舟十五号载人飞船成功对接空间站组合体的画面。神舟十五号与空间站组合体完成对接后在轨道上运行可视为匀速圆周运动，已知它们的轨道距地面的高度h，地球半径R，引力常量G，地球表面重力加速度g，下列说法正确的是（ ）

A．对接后组合体做匀速圆周运动的周期小于24小时
B．根据题中所给条件，可以计算出地球的平均密度
C．对接后组合体做匀速圆周运动的向心加速度小于赤道上物体随地球自转的向心加速度
D．在组合体的实验舱内由静止释放一个小球，可以根据小球的下落高度和时间计算所在轨道处的重力加速度
【答案】AB
【详解】A．根据万有引力提供向心力，得
解得
因为对接后组合体离地高度小于同步卫星高度，所以做匀速圆周运动的周期小于24小时，故A正确；
B．根据万有引力提供重力，得
解得
地球体积为
则地球的密度为
所以根据题中所给条件，可以计算出地球的平均密度，故B正确；
C．根据万有引力提供向心力，得
解得
因为对接后组合体离地高度小于同步卫星高度，所以对接后组合体做匀速圆周运动的向心加速度大于同步卫星向心加速度，又
可知赤道上物体随地球自转的向心加速度小于同步卫星向心加速度，因此对接后组合体做匀速圆周运动的向心加速度大于赤道上物体随地球自转的向心加速度，故C错误；
D．在组合体的实验舱内由静止释放一个小球，小球不会自由落体，因为万有引力全部用来提供向心力，故D错误。
故选AB。
10．（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考一模）（多选）有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则（ ）
A．在相同时间内a转过的弧长最长
B．b的向心加速度近似等于重力加速度g
C．c在6h内转过的圆心角是
D．d的运动周期有可能是25h
【答案】BCD
【详解】A．因a在地球上，c为地球同步卫星，所以a、c角速度相同，由
可知c的线速度比a的线速度大，在相同时间的c转过弧长一定比a大，故A错误；
B．b为近地轨道卫星，根据牛顿第二定律定律可得
解得
可知b的向心加速度近似等于地球表面重力加速度g，故B正确；
C． c为地球同步卫星，24h内转过的角度为，则6h内转过的角度为，故C正确；
D．由开普勒第三定律
可知卫星的半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期24h，则d的运动周期可能是25h，故D正确。
故选BCD。
11．（2023·新疆阿勒泰·统考三模）A、B两颗卫星均在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动，已知卫星A的周期为，某时刻两卫星相距最近，至少再经过时间时，它们再一次相距最近。若卫星A、B的轨道半径分别为，且，则的值最接近（ ）
A．6.0B．6.3C．6.6D．6.9
【答案】C
【详解】某时刻两卫星相距最近，至少再经过时间时，它们再一次相距最近，有
解得
则
故选C。
12．（2023·广东汕头·金山中学校考三模）与地球同步轨道卫星（图中卫星1）不同，大气环境监测卫星（图中卫星2）是轨道平面与赤道平面夹角接近90°的卫星，一天内环绕地球飞14圈，运行轨道均视为圆。下列说法中正确的是（ ）

A．卫星1的周期大于卫星2的周期B．卫星1与卫星2距离地面高度相同
C．卫星1的向心力大于卫星2的向心力D．卫星1的向心加速度大于卫星2的向心加速度
【答案】A
【详解】A．卫星1为地球同步卫星，周期为24h，卫星2一天内环绕地球飞14圈，故卫星1的周期大于卫星2的周期，故A正确；
B．根据万有引力提供向心力有
解得
所以卫星1的轨道半径大于卫星2的轨道半径，卫星1与卫星2距离地面高度不相同，故B错误；
C．根据万有引力公式
万有引力提供向心力，卫星质量未知，两者的向心力无法比较，故C错误；
D．根据万有引力提供向心力有
解得
卫星1的轨道半径大于卫星2的轨道半径，所以卫星1的向心加速度小于卫星2的向心加速度，故D错误。
故选A。
13．（2023·四川绵阳·四川省绵阳南山中学校考模拟预测）2023年4月14日我国首颗综合性太阳探测卫星“夸父一号”准实时观测部分数据完成了国内外无差别开放，实现了数据共享，体现了大国担当。如图所示，“夸父一号”卫星和另一颗卫星分别沿圆轨道、椭圆轨道绕地球逆时针运动，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，下列说法中正确的是（ ）

A．两卫星在图示位置的速度B．两卫星在A处的万有引力大小相等
C．两颗卫星在A或B点处可能相遇D．两颗卫星的运动周期不相等
【答案】A
【详解】A.为椭圆轨道的远地点，速度比较小，表示匀速圆周运动的速度，故
故A正确；
B.由于两卫星的质量未知，所以两卫星在A处的万有引力无法比较，故B错误；
CD.椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，根据开普勒第三定律可知，两卫星的运动周期相等，则不会相遇，故CD错误。
故选A。
14．（2023·湖北·模拟预测）嫦娥四号登月探测器的登陆地点位于月球背对地球一面的艾特肯盆地。由于月球被地球潮汐锁定，它只能永远以同一面朝向地球，因此嫦娥四号与地球上的测控中心之间的通信信号无法穿透月球，这就需要“鹊桥”中继卫星的帮助来实现数据传输，完成地面测控任务。如图所示，、为地月系统中的两个拉格朗日点，位于拉格朗日点上的卫星可以在几乎不消耗燃料的情况下与月球同步绕地球做匀速圆周运动，“鹊桥”中继卫星位于点上。结合以上信息，下列说法中正确的是（ ）

A．“鹊桥”中继卫星的发射速度
B．地球同步卫星轨道应位于月球与点之间
C．同一颗卫星位于点所在轨道时的动能大于位于点所在轨道时的动能
D．“鹊桥”中继卫星的向心加速度大于月球的向心加速度
【答案】D
【详解】A．第一宇宙速度为7.9km/s，第二宇宙速度为11.2km/s，“鹊桥”运行于地-月拉格朗日点，发射速度满足7.9km/s