2022届高考物理一轮复习专题36人造卫星宇宙速度练习含解析

这是一份2022届高考物理一轮复习专题36人造卫星宇宙速度练习含解析，共7页。

A．a金>a地>a火 B．a火>a地>a金
C．v地>v火>v金D．v火>v地>v金
2．[2021·荆州中学测试](多选)气象卫星是用来拍摄云层照片，观测气象资料和测量气象数据的．我国先后自行成功研制和发射了“风云Ⅰ号”和“风云Ⅱ号”两颗气象卫星，“风云Ⅰ号”卫星轨道与赤道平面垂直并且通过两极，称为“极地圆轨道”，每12h巡视地球一周．“风云Ⅱ号”气象卫星轨道平面在赤道平面内，称为“地球同步轨道”，每24h巡视地球一周，则“风云Ⅰ号”卫星比“风云Ⅱ号”卫星( )
A.角速度小 B．线速度大
C．万有引力大D．向心加速度大
3．[2021·河北卷]“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日．假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日．已知一个火星日的时长约一个地球日，火星质量约为地球质量的eq \f(1,10)，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为( )
A．eq \r(3,4)B．eq \r(3,\f(1,4))
C．eq \r(3,\f(5,2))D．eq \r(3,\f(2,5))
4．[2021·云南玉溪一中月考]中国在2020年左右建成覆盖全球的北斗卫星导航系统．北斗卫星导航系统由静止轨道卫星(离地面高度约为36000km)、中圆地球轨道卫星(离地面高度约21000km)及其他轨道卫星组成．则( )
A．静止轨道卫星指相对地表静止，其可定位在北京正上空
B．中圆地球轨道卫星比地球同步卫星的运行速度更小
C．中圆地球轨道卫星运行周期大于24h
D．静止轨道卫星的发射速度大于第一宇宙速度
5．[2021·衡水中学调研](多选)使物体成为卫星的最小发射速度称为第一宇宙速度v1，而使物体脱离星球引力所需要的最小发射速度称为第二宇宙速度v2，v2与v1的关系是v2＝eq \r(2)v1，已知某星球半径是地球半径R的eq \f(1,3)，其表面的重力加速度是地球表面重力加速度g的eq \f(1,6)，地球的平均密度为ρ，不计其他星球的影响，则( )
A．该星球上的第一宇宙速度为eq \f(\r(3gR),3)
B．该星球上的第二宇宙速度为eq \f(\r(gR),3)
C．该星球的平均密度为eq \f(ρ,2)
D．该星球的质量为eq \f(8πR3ρ,81)
6．[2021·唐山市测试](多选)2018年2月12日13时03分，我国在西昌卫星发射中心成功发射第五、六颗“北斗三号”全球组网卫星，完成了农历鸡年中国航天的“收官之战”．北斗导航系统中，某颗卫星绕地球做圆周运动，其向心加速度大小为a，线速度大小为v，万有引力常数为G，由以上数据可知( )
A．该卫星轨道半径为eq \f(a,v2)B．该卫星角速度大小为eq \f(a,v)
C．该卫星的周期大小为eq \f(2πv,a)D．该卫星的质量为eq \f(v4,Ga)
7．[2021·湖南师大附中摸底]2017年11月5日19时45分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十四、二十五颗北斗导航卫星．北斗卫星导航系统(BeiDuNavigatinSatelliteSystem'BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统．北斗卫星导航系统空间段由35颗卫星组成，其中5颗是地球同步卫星．关于同步卫星绕地球运动的相关物理量，下列说法正确的是( )
A．角速度等于地球自转的角速度
B．向心加速度大于地球表面的重力加速度
C．线速度大于第一宇宙速度
D．运行周期一定大于月球绕地球运动的周期
8．2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”．已知月球的质量为M、半径为R，探测器的质量为m，引力常量为G，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的( )
A．周期为eq \r(\f(4π2r3,GM))B．动能为eq \f(GMm,2R)
C．角速度为eq \r(\f(Gm,r3))D．向心加速度为eq \f(GM,R2)
9．[2021·保定摸底](多选)某半径为R的星球上，两极点处的重力加速度为g，是赤道上重力加速度的n倍，下列说法中正确的是( )
A．星球自转周期为2πeq \r(\f(nR,（n－1）g))
B．星球自转周期为2πeq \r(\f(nR,g))
C.星球的第一宇宙速度v＝eq \r(gR)
D．星球的第一宇宙速度v＝eq \r(\f(gR,n))
10．[2021·江淮十校联考]理论研究表明地球上的物体速度达到第二宇宙速度11.2km/s时，物体就能脱离地球，又知第二宇宙速度是第一宇宙速度的eq \r(2)倍．现有某探测器完成了对某未知星球的探测任务悬停在该星球表面．通过探测到的数据得到该星球的有关参量：(1)其密度基本与地球密度一致．(2)其半径约为地球半径的2倍．若不考虑该星球自转的影响，欲使探测器脱离该星球，则探测器从该星球表面的起飞速度至少约为( )
A．7.9km/sB．11.2km/s
C．15.8km/sD．22.4km/s
11．[2021·南宁三中测试]科学家发现了一颗距离地球14光年的“另一个地球”沃尔夫，它是迄今为止在太阳系外发现的距离最近的宜居星球．沃尔夫的质量为地球的4倍，它围绕红矮星运行的周期为18天．设想从地球发射一颗科学探测卫星围绕沃尔夫表面运行．已知万有引力常量为G，天体的环绕运动可看作匀速圆周运动．则下列说法正确的是( )
A．从地球发射该探测卫星的速度应该小于第三宇宙速度
B．根据沃尔夫围绕红矮星运行的运动周期可求出红矮星的密度
C．若已知围绕沃尔夫表面运行的探测卫星的周期和地球的质量，可近似求沃尔夫半径
D．沃尔夫绕红矮星公转和地球绕太阳公转的轨道半径的三次方之比等于eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(18,365)))eq \s\up12(2)
12．[2021·银川一中](多选)假设若干年后，地球的半径变小了，但地球的质量不变、自转周期不变，则相对于现在( )
A.地球表面的重力加速度变小了
B．卫星的最小发射速度变小了
C．地球同步卫星的高度变大了
D．地球同步卫星绕地球做圆周运动的线速度大小不变
13．(多选)同步卫星与地心的距离为r，运行速度为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则下列各式正确的是( )
A.eq \f(a1,a2)＝eq \f(r,R)B．eq \f(a1,a2)＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(r,R)))eq \s\up12(2)
C．eq \f(v1,v2)＝eq \f(r,R)D．eq \f(v1,v2)＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(R,r)))eq \s\up6(\f(1,2))
14．[2021·江西红色六校联盟模拟]地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)所受的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为ω2；地球同步卫星所受的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3；地球表面重力加速度为g，第一宇宙速度为v，假设三者质量相等，则( )
A．F1＝F2>F3B．a1＝a2＝g>a3C.v1＝v2＝v>v3D．ω1＝ω3<ω2
15．[2020·全国卷Ⅰ]火星的质量约为地球质量的1/10，半径约为地球半径的1/2，则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为( )
A．0.2B．0.4
C．2.0D．2.5
16．[2021·西安中学模拟](多选)如图所示，太阳系各行星可近似看成在同一平面内沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动．设天王星公转周期为T1，公转半径为R1；地球公转周期为T2，公转半径为R2.不计两行星之间的引力作用，万有引力常量为G，当地球和天王星运行到太阳两侧，且三者排成一条直线时，下列说法正确的是( )
A．太阳的质量为eq \f(4π2R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,GT eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) )
B．天王星公转速度大于地球公转速度
C．地球与天王星相距最近至少需经历eq \f(T1T2,2（T1－T2）)
D．天王星公转的向心加速度与地球公转的向心加速度之比为eq \f(R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) )
17．[2021·石家庄质检]如图所示，a、b、c、d为四颗地球卫星，a静止在地球赤道表面还未发射，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星．若b、c、d的运动均可看作匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A．a的向心加速度小于a所在处的重力加速度
B．在相同时间内b、c、d转过的弧长相等
C．c在4小时内转过的圆心角为eq \f(π,6)
D．d的运动周期可能为20小时
18．[2021·全国甲卷]2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m．已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为( )
A．6×105mB．6×106m
C．6×107mD．6×108m
专题36 人造卫星、宇宙速度
1．A 本题考查万有引力定律和匀速圆周运动，体现了物理模型建构、科学推理等核心素养．
行星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即Geq \f(Mm,R2)＝ma向＝meq \f(v2,R)，解得a向＝Geq \f(M,R2)，v＝eq \r(\f(GM,R))，由于R金a地>a火，v金>v地>v火，选项A正确．
2．BD
3．D 由万有引力提供向心力有Geq \f(Mm,r2)＝meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)))eq \s\up12(2)r，解得r＝eq \r(3,\f(GMT2,4π2))，所以飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值eq \f(r1,r2)＝eq \r(3,\f(M1T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,M2T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ))＝eq \r(3,\f(0.1×22,1))＝eq \r(3,\f(2,5)).故A、B、C错误，D正确．
4．D 静止轨道卫星，即地球同步卫星，其轨道平面在赤道平面，故不可能定位在北京正上空，A错误；由题述知，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，根据万有引力提供向心力可得Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)解得v＝eq \r(\f(GM,r))，可知中圆地球轨道卫星比同步卫星运行速度更大，B错误；根据Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(4π2,T2)r，解得T＝2πeq \r(\f(r3,GM))，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，故中圆地球轨道卫星的运行周期小于地球同步卫星的运行周期，即T中<24h，C错误；第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，故静止轨道卫星的发射速度大于第一宇宙速度，D正确．
5．BC
6．BC 由万有引力定律可得Geq \f(Mm,r2)＝ma＝meq \f(v2,r)＝mvω＝mveq \f(2π,T)，解得半径r＝eq \f(v2,a)，角速度ω＝eq \f(a,v)，周期T＝eq \f(2πv,a)，无法求卫星质量，故BC正确，AD错误．
7．A 同步卫星与地球自转同步，周期相同，角速度相同，A正确；在地球表面eq \f(GM,R2)＝g，在同步轨道上eq \f(GM,r2)＝a，g>a，B错误；由eq \f(GMm,r2)＝eq \f(mv2,r)得v＝eq \r(\f(GM,r))，r大v小，同步卫星的线速度小于第一宇宙速度，C错误；同步卫星的周期为24h，月球的周期为30天，故D错误．
8．A 本题为天体运动中的人造卫星运动问题，考查了考生应用万有引力定律和圆周运动知识进行分析推理的能力．物理核心素养中的模型建构、运动与相互作用观念等要素在本题中均有体现．题目以嫦娥四号探测器的发射与运行为背景，厚植着深深的爱国情怀．
探测器围绕月球做匀速圆周运动，月球对探测器的引力充当向心力，则Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)＝mω2r＝meq \f(4π2,T2)r＝ma向，解得a向＝Geq \f(M,r2)，T＝2πeq \r(\f(r3,GM))，ω＝eq \r(\f(GM,r3))，Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(GMm,2r)，故A项正确．
9．AC 在两极处有mg＝eq \f(GMm,R2)，在赤道上有eq \f(GMm,R2)＝eq \f(g,n)m＋meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)))2R，解得T＝2πeq \r(\f(nR,（n－1）g))，A正确，B错误；星球的第一宇宙速度为物体近地飞行时的速度由mg＝eq \f(mv2,R)，得v＝eq \r(gR)，C正确，D错误．
10．D 11.C 12.CD 13.AD 14.D
15．B 设物体的质量为m，地球的质量为M地，地球半径为R地，地球对该物体的引力大小为F地，火星的质量为M火，火星半径为R火，火星对该物体的引力大小为F火．根据万有引力定律得F地＝eq \f(GM地m,R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(地)) )，F火＝eq \f(GM火m,R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(火)) )，根据题意知，R地＝2R火，M地＝10M火，联立解得eq \f(F火,F地)＝0.4，故B正确，A、C、D项错误．
16．CD 17.A
18．C 设火星的半径为R1、表面的重力加速度为g1，质量为m1的物体绕火星表面飞行的周期为T1，则有m1eq \f(4π2,T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) )R1＝m1g1，设椭圆停泊轨道与火星表面的最近、最远距离分别为h1、h2，停泊轨道周期为T2，根据开普勒第三定律有eq \f(R eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1)) ,T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) )＝eq \f(（\f(h1＋2R1＋h2,2)）3,T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) )，代入数据解得h2＝eq \r(3,\f(2g1R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) T eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,π2))－2R1－h1≈6×107m，故选项A、B、D错误，选项C正确．