2023版高考物理總復(fù)習之加練半小時-第五章-微專題33-人造衛(wèi)星-宇宙速度

微專題33人造衛(wèi)星宇宙速度1．由v＝eq\r(\f(GM,r))得出的速度是衛(wèi)星在圓形軌道上勻速運行時的速度，而發(fā)射航天器的發(fā)射速度要符合三個宇宙速度.2.做圓周運動的衛(wèi)星的向心力由地球?qū)λ娜f有引力提供，并指向它們軌道的圓心——地心.3.在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體不是衛(wèi)星，它隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力由萬有引力和地面支持力的合力提供．1.2021年6月17日我國神舟十二號載人飛船入軌后，按照預(yù)定程序，與在同一軌道上運行的“天和”核心艙交會對接，航天員將進駐“天和”核心艙．交會對接后神舟十二號飛船與“天和”核心艙的組合體軌道不變，將對接前飛船與對接后的組合體對比，下面說法正確的是()A．組合體的環(huán)繞速度大于神舟十二號飛船的環(huán)繞速度B．組合體的環(huán)繞周期大于神舟十二號飛船的環(huán)繞周期C．組合體的向心加速度大于神舟十二號飛船的向心加速度D．組合體所需的向心力大于神舟十二號飛船所需的向心力答案D解析由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝meq\f(4π2,T2)r，可得v＝eq\r(\f(GM,r))，T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，可見v、T與質(zhì)量m無關(guān)，二者的環(huán)繞速度與周期相同，故A、B錯誤；由eq\f(GMm,r2)＝ma可得a＝eq\f(GM,r2)，可知向心加速度與質(zhì)量m無關(guān)，二者的向心加速度相同，故C錯誤；向心力為F＝eq\f(GMm,r2)，組合體的質(zhì)量大于神舟十二號飛船的質(zhì)量，則組合體所需的向心力大于神舟十二號飛船所需的向心力，故D正確．2．在太陽系中，八大行星按照離太陽的距離從近到遠，它們依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星．八大行星自轉(zhuǎn)方向多數(shù)也和公轉(zhuǎn)方向一致．只有金星和天王星兩個例外．若把八大行星的運動軌道都理想化為圓，根據(jù)上述信息，可以得出的是()A．八大行星受到太陽的引力從大到小依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星B．八大行星繞太陽做勻速圓周運動的加速度從大到小依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星C．八大行星繞太陽做勻速圓周運動的周期從大到小依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星D．八大行星表面的重力加速度(不考慮自轉(zhuǎn)影響)從大到小依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星答案B解析由于題述信息沒有給出八大行星的質(zhì)量、半徑關(guān)系，不能得出它們受到太陽的引力大小關(guān)系及行星自身表面重力加速度的大小關(guān)系，A、D錯誤；由Geq\f(Mm,r2)＝ma解得a＝Geq\f(M,r2)，由此可知八大行星繞太陽做勻速圓周運動的加速度從大到小依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，B正確；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r解得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，由此可知八大行星繞太陽做勻速圓周運動的周期從小到大依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，C錯誤．3．“高分四號”衛(wèi)星是我國首顆地球同步軌道高分辨率光學成像衛(wèi)星，也是目前世界上空間分辨率最高，幅寬最大的地球同步軌道遙感衛(wèi)星，它的發(fā)射和應(yīng)用使我國天基對地遙感觀測能力顯著提升．關(guān)于“高分四號”，下列說法正確的是()A．“高分四號”衛(wèi)星距地球如果更近一些，分辨率更高，且仍能保持與地球自轉(zhuǎn)同步B．“高分四號”衛(wèi)星繞地球做圓周運動的線速度小于地球的第一宇宙速度7.9km/sC．“高分四號”衛(wèi)星的向心加速度小于靜止在赤道上物體的向心加速度D．“高分四號”衛(wèi)星所需的向心力與其他同步衛(wèi)星所需的向心力大小相等答案B解析所有同步衛(wèi)星都具有相同的周期、相同的離地高度和相同的速率，“高分四號”衛(wèi)星距地球更近一些，不能保持與地球自轉(zhuǎn)同步，A錯誤；根據(jù)萬有引力提供向心力有eq\f(GMm,r2)＝eq\f(mv2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，因為第一宇宙速度對應(yīng)的軌道半徑為地球的半徑，“高分四號”衛(wèi)星的軌道半徑比地球半徑大，所以其繞地球做圓周運動的線速度小于第一宇宙速度7.9km/s，B正確；根據(jù)向心加速度a＝eq\f(4π2r,T2)，“高分四號”衛(wèi)星與靜止在赤道上的物體具有相同的周期，所以“高分四號”衛(wèi)星的向心加速度大于靜止在赤道上物體的向心加速度，C錯誤；F＝eq\f(GMm,r2)，由于“高分四號”衛(wèi)星與其他同步衛(wèi)星的質(zhì)量有可能不同，地球?qū)λ鼈兊囊?充當向心力)大小也可能不同，所需向心力大小不能判斷，D錯誤．4．有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動，b處于地面附近的軌道上正常運動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖，則有()A．c在4個小時內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是eq\f(π,3)B．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度gC．線速度大小關(guān)系為va>vb>vc>vdD．d的運動周期有可能是20小時答案A解析c是同步衛(wèi)星，運動周期為24h，因此在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角θ＝eq\f(2π,24)×4＝eq\f(π,3)，A正確；由于衛(wèi)星a還未發(fā)射，與同步衛(wèi)星具有相同角速度，根據(jù)an＝rω2可知，a的向心加速度小于同步衛(wèi)星的向心加速度，衛(wèi)星c是地球同步衛(wèi)星，有Geq\f(Mm,R＋h2)＝mac，衛(wèi)星b是近地軌道衛(wèi)星，因此有Geq\f(Mm,R2)＝mg＝mab，由以上計算分析可知，衛(wèi)星b的向心加速度大于衛(wèi)星c的向心加速度，也大于衛(wèi)星a的向心加速度，因此衛(wèi)星a的向心加速度小于重力加速度g，故B錯誤；由于a、c的角速度相等，根據(jù)v＝ωr可知va<vc，故C錯誤；根據(jù)eq\f(GMm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r，得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，可知軌道半徑越大，運動周期越長，c是同步衛(wèi)星，運動周期為24h，因此d的運動周期大于24h，D錯誤．5.2021年4月29日，我國天宮空間站的“天和”核心艙發(fā)射成功，核心艙的運行軌道距地面高度為340～450km，則核心艙()A．運行速度大于第一宇宙速度B．發(fā)射速度大于第一宇宙速度C．運行周期大于地球自轉(zhuǎn)周期D．運行加速度大于地面的重力加速度答案B解析根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)解得v＝eq\r(\f(GM,r))，核心艙的運行軌道距地面高度為340～450km，即軌道半徑大于地球半徑，運行速度小于第一宇宙速度，A錯誤；物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度叫作第一宇宙速度，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度等于7.9km/s，飛行器恰好做勻速圓周運動．而發(fā)射軌道越高，克服地球引力做功越大，需要的初動能也越大，故發(fā)射速度大于第一宇宙速度，B正確；根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r解得T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，核心艙的運行軌道距地面高度為340～450km，即軌道半徑小于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑，運行周期小于地球同步衛(wèi)星，而同步衛(wèi)星的周期和地球自轉(zhuǎn)周期相等，則核心艙運行周期小于地球自轉(zhuǎn)周期，C錯誤；根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝ma解得a＝eq\f(GM,r2)時，對地面上的物體有Geq\f(Mm,R2)＝mg，解得g＝eq\f(GM,R2)，核心艙的運行軌道距地面高度為340～450km，即軌道半徑大于地球半徑，運行加速度小于地面的重力加速度，D錯誤．6．(2022·江西南昌市高三月考)我國首個獨立火星探測器“天問一號”已于2021年5月15日成功著陸火星表面，對我國持續(xù)推進深空探測、提升國家軟實力和國際影響力具有重要意義．假設(shè)火星是質(zhì)量分布均勻的球體，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為G，則()A．火星密度為eq\f(3π,GT2)B．火星的第一宇宙速度為eq\f(2πR,T)C．火星赤道表面的重力加速度為eq\f(4π2R,T2)D．一個質(zhì)量為m的物體分別靜止在火星兩極和赤道時對地面的壓力的差值為eq\f(4π2mR,T2)答案D解析根據(jù)eq\f(GMm,R2)＝eq\f(4π2mR,T2)，M＝ρV可知求火星密度，需要知道繞火星運動的物體在周期和軌道半徑，故A錯誤；eq\f(2πR,T)為火星表面自轉(zhuǎn)線速度大小，不是火星第一宇宙速度，故B錯誤；eq\f(4π2R,T2)為火星赤道表面的向心加速度，不是重力加速度，故C錯誤；物體靜止在火星兩極時，對地面的壓力大小等于物體受到的萬有引力，即FN1＝F＝eq\f(GMm,R2)，在赤道時，物體跟著火星做勻速圓周運動，物體受到的萬有引力一部分提供物體的向心力，所以物體對赤道的壓力小于萬有引力，為FN2＝F－eq\f(4π2mR,T2)＝eq\f(GMm,R2)－eq\f(4π2mR,T2)，則FN1－FN2＝eq\f(4π2mR,T2)，故D正確．7．(多選)我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器于2020年7月23日成功發(fā)射，并于2021年5月15日實施降軌，軟著陸在火星表面．如圖所示為“天問一號”探測器發(fā)射過程的簡化示意圖，當?shù)厍蛭挥贏點、火星位于C點時發(fā)射探測器，探測器僅在太陽引力作用下經(jīng)橢圓軌道(霍曼轉(zhuǎn)移軌道)在遠日點B被火星捕獲．地球和火星繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運動，已知地球和火星的公轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)如表所示，下列說法正確的是(注：1.26eq\f(2,3)≈1.42)()行星與日距離(百萬千米)赤道半徑(km)公轉(zhuǎn)周期質(zhì)量(kg)公轉(zhuǎn)速度km/s地球r0＝149.66378365天M0＝6×102429.8火星1.52r03395687天0.11M024.1A.由地球發(fā)射火星探測器的發(fā)射速度應(yīng)大于11.2km/s小于16.7km/sB．探測器沿霍曼轉(zhuǎn)移軌道到達B點時的速度大于火星的運行速度C．探測器從A點沿霍曼轉(zhuǎn)移軌道到達B點所用的時間約為263天D．從地球上發(fā)射探測器時，地球、火星分別與太陽的連線之間的夾角約為44°答案AD解析從地球表面發(fā)射火星探測器，使探測器能擺脫地球束縛在太陽引力作用下沿橢圓軌道運行，其發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度11.2km/s，小于第三宇宙速度16.7km/s，A項正確；探測器沿橢圓軌道到達B點時，需要加速才會進入火星公轉(zhuǎn)軌道做勻速圓周運動，故探測器到達B點時的速度小于火星的運行速度，B項錯誤；探測器沿橢圓軌道運行時的半長軸a＝eq\f(r0＋1.52r0,2)＝1.26r0，根據(jù)開普勒第三定律得eq\f(r\o\al(03),3652)＝eq\f(1.26r03,T2)，解得T≈518天，從A點沿霍曼轉(zhuǎn)移軌道到達B點所用的時間約為259天，C項錯誤；火星繞太陽運動一周(360°)需要687天，這意味著在探測器沿霍曼轉(zhuǎn)移軌道運行的259天中，火星繞太陽轉(zhuǎn)過的角度為eq\f(360°,687)×259≈136°，則地球、火星分別與太陽的連線之間的夾角為180°－136°＝44°，D項正確．8.牛頓在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》中設(shè)想，物體拋出的速度很大時，就不會落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星．如圖所示，將物體從一座高山上的O點水平拋出，拋出速度一次比一次大，落地點一次比一次遠，設(shè)圖中A、B、C、D、E是從O點以不同的速度拋出的物體所對應(yīng)的運動軌道．已知B是圓形軌道，C、D是橢圓軌道，在軌道E上運動的物體將會克服地球的引力，永遠地離開地球．空氣阻力和地球自轉(zhuǎn)的影響不計，則下列說法正確的是()A．物體從O點拋出后，沿軌道A運動落到地面上，物體的運動不是平拋運動B．在軌道B上運動的物體，拋出時的速度大小為11.2km/sC．可以使軌道C、D上物體的運動軌道變?yōu)檫^O點的圓軌道D．在軌道E上運動的物體，拋出時的速度一定等于或大于16.7km/s答案C解析物體從O點拋出后，沿軌道A運動落到地面上，不考慮空氣阻力，物體只受重力作用，且水平拋出，所以物體的運動是平拋運動，故A錯誤；B是圓形軌道，繞地球做圓周運動，其拋出速度需要大于等于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度，故B錯誤；使軌道C、D上運動的物體在近地點減速，只要速度合適，就可以使物體的運動軌道變?yōu)檫^O點的圓軌道，故C正確；當物體拋出速度大于等于第二宇宙速度(11.2km/s)，物體會脫離地球，當物體拋出速度大于等于第三宇宙速度(16.7km/s)，物體會脫離太陽系，故D錯誤．9．(多選)下列關(guān)于三大宇宙速度的說法正確的是()A．第一宇宙速度v1＝7.9km/s，第二宇宙速度v2＝11.2km/s，則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1，小于v2B．美國發(fā)射的“鳳凰號”火星探測器，其發(fā)射速度大于第三宇宙速度C．第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運行的飛行器的最小發(fā)射速度D．第一宇宙速度(