2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第4章 第5課時(shí) 衛(wèi)星與航天課時(shí)作業(yè)（含解析）

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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第4章 第5課時(shí) 衛(wèi)星與航天課時(shí)作業(yè)（含解析） 一、單項(xiàng)選擇題 1．據(jù)媒體報(bào)道，“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星環(huán)月工作軌道為圓軌道，軌道高度200 km，運(yùn)行周期127分鐘．若還知道引力常量和月球平均半徑，僅利用以上條件不能求出的是(　　) A．月球表面的重力加速度 B．月球?qū)πl(wèi)星的吸引力 C．衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速度 D．衛(wèi)星繞月運(yùn)行的加速度 【答案】B 【解析】設(shè)月球質(zhì)量為M，平均半徑為R，月球表面的重力加速度為g，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，周期為T，離月球表面的高度為h，月球?qū)πl(wèi)星的吸引力完全提供向心力，由萬(wàn)有引力定律知 G＝m· ① G＝mg ② 由①②可得g

2、＝，故選項(xiàng)A可求；因衛(wèi)星的質(zhì)量未知，故不能求出月球?qū)πl(wèi)星的吸引力，故選項(xiàng)B不可求；衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速度v＝，故選項(xiàng)C可求；衛(wèi)星繞月運(yùn)行的加速度a＝，故選項(xiàng)D可求． 2．據(jù)報(bào)道，“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”繞月飛行器的圓形軌道距月球表面分別約為200 km和100 km，運(yùn)行速率分別為v1和v2.那么，v1和v2的比值為(月球半徑取1 700 km)(　　) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”環(huán)繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)，由萬(wàn)有引力提供向心力，故有＝可得v＝ (M為月球質(zhì)量)，因?yàn)樗鼈兊能壍腊霃椒謩e為R1＝1 900 k

3、m、R2＝1 800 km，代入上式可得v1∶v2＝∶，即v1∶v2＝∶. 3．如圖1所示，A為靜止于地球赤道上的物體，B為繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，C為繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，P為B、C兩衛(wèi)星軌道的交點(diǎn)．已知A、B、C繞地心運(yùn)動(dòng)的周期相同，相對(duì)于地心，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖1 A．物體A和衛(wèi)星C具有相同大小的線速度 B．物體A和衛(wèi)星C具有相同大小的加速度 C．衛(wèi)星B在P點(diǎn)的加速度與衛(wèi)星C在該點(diǎn)的加速度一定相同 D．衛(wèi)星B在P點(diǎn)的線速度與衛(wèi)星C在該點(diǎn)的線速度一定相同 【答案】C 【解析】物體A和衛(wèi)星B、C周期相同，故物體A和衛(wèi)星C角速度相同，但半徑不同，根據(jù)v＝ωr可

4、知二者線速度不同，A項(xiàng)錯(cuò)；根據(jù)a＝rω2可知，物體A和衛(wèi)星C向心加速度不同，B項(xiàng)錯(cuò)；根據(jù)牛頓第二定律，衛(wèi)星B和C在P點(diǎn)的加速度a＝，故兩衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度相同，C項(xiàng)正確；衛(wèi)星C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力完全提供向心力，衛(wèi)星B軌道為橢圓，故萬(wàn)有引力與衛(wèi)星C所需向心力不相等，二者線速度一定不相等，D項(xiàng)錯(cuò)． 4．如圖2所示，天文學(xué)家觀測(cè)到某行星和地球在同一軌道平面內(nèi)繞太陽(yáng)做同向勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且行星的軌道半徑比地球的軌道半徑小，已知地球的運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T.地球和太陽(yáng)中心的連線與地球和行星的連線所夾的角叫做地球?qū)υ撔行堑挠^察視角(簡(jiǎn)稱視角)．已知該行星的最大視角為θ，當(dāng)行星處于最大視角處時(shí)，是地球上的天文愛(ài)

5、好者觀察該行星的最佳時(shí)期．則行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω行與地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω地的比值為(　　) 圖2 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】當(dāng)行星處于最大視角處時(shí)，地球和行星的連線與行星和太陽(yáng)的連線垂直，三者連線構(gòu)成直角三角形，有sin θ＝，據(jù)G＝mω2r，得＝＝，選項(xiàng)C正確． 5．全球定位系統(tǒng)(GPS)有24顆衛(wèi)星分布在繞地球的6個(gè)軌道上運(yùn)行，距地面的高度都為2萬(wàn)千米．已知地球同步衛(wèi)星離地面的高度為3.6萬(wàn)千米，地球半徑約為6 400 km，則全球定位系統(tǒng)的這些衛(wèi)星的運(yùn)行速度約為(　　) A．3.1 km/s B．3.9 km/s C．7.9

6、 km/s D．11.2 km/s 【答案】B 【解析】由萬(wàn)有引力定律得，G＝m，GM＝rv2，即v1＝v2，v2＝7.9 km/s，r2＝6 400 km，代入數(shù)值得，v1≈3.9 km/s. 二、雙項(xiàng)選擇題 6．質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為r，線速度為v，加速度a，周期為T，動(dòng)能為Ek.下列關(guān)系正確的是(　　) A．v∝ B．a(chǎn)∝ C．T2∝r3 D．Ek∝ 【答案】CD 【解析】本題考查人造衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，意在考查學(xué)生靈活應(yīng)用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)解決問(wèn)題的能力． 設(shè)地球的質(zhì)量為M，質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，

7、萬(wàn)有引力提供向心力，由G＝m＝ma＝m()2r，解得v＝、a＝、T2＝r3，且Ek＝mv2＝，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C、D正確． 7．(xx·新課標(biāo)全國(guó)卷)目前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn)轉(zhuǎn)，其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓，且軌道半徑逐漸變?。粜l(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過(guò)程中，只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用，則下列判斷正確的是(　　) A．衛(wèi)星的動(dòng)能逐漸減小 B．由于地球引力做正功，引力勢(shì)能一定減小 C．由于氣體阻力做負(fù)功，地球引力做正功，機(jī)械能保持不變 D．衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢(shì)能的減小 【答案】BD 【解析】由于空氣阻力做負(fù)功，衛(wèi)星軌道半徑變小，地球引力做

8、正功，引力勢(shì)能一定減小，動(dòng)能增大，機(jī)械能減小，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B正確．根據(jù)動(dòng)能定理，衛(wèi)星動(dòng)能增大，衛(wèi)星克服阻力做的功小于地球引力做的正功，而地球引力做的正功等于引力勢(shì)能的減小，所以衛(wèi)星克服阻力做的功小于引力勢(shì)能的減小，選項(xiàng)D正確． 8．(xx·惠州三模)已知地球半徑為R，質(zhì)量為M，自轉(zhuǎn)角速度為ω，地球表面重力加速度為g，萬(wàn)有引力常量為G，地球同步衛(wèi)星與地心間的距離為r，則(　　) A.地面赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的線速度為ωR B．地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度為 C．地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為ωR D．地球近地衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為 【答案】AD 【解析】由線速度與角

9、速度的關(guān)系可知v地面＝ωR，A正確；由萬(wàn)有引力定律G＝m＝mωr，結(jié)合黃金代換GM＝gR2，同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度v＝＝，B錯(cuò)誤；近地衛(wèi)星的線速度v′＝，D正確，C錯(cuò)誤． 9．(xx·深圳調(diào)研)若地球自轉(zhuǎn)在逐漸變快，地球的質(zhì)量與半徑不變，則未來(lái)發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與現(xiàn)在的相比(　　) A．離地面高度變小 B．角速度變小 C．線速度變小 D．向心加速度變大 【答案】AD 【解析】地球自轉(zhuǎn)在逐漸變快，地球的自轉(zhuǎn)周期在減小，所以未來(lái)人類發(fā)射的衛(wèi)星周期也將減小，根據(jù)萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力可知：G＝m＝m＝mrω2＝ma.T＝2π，衛(wèi)星周期減小，所以離地面高度變小，故A正確；ω＝，離地面高度變小，角

10、速度增大，故B錯(cuò)誤；v＝，離地面高度變小，線速度增大，故C錯(cuò)誤；a＝，離地面高度變小，向心加速度變大，故D正確. 三、非選擇題 10．已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，萬(wàn)有引力常量為G，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響． (1)求衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的第一宇宙速度v1； (2)若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)且運(yùn)行周期為T，求衛(wèi)星運(yùn)行半徑r； (3)由題目所給條件，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N估算地球平均密度的方法，并推導(dǎo)出密度表達(dá)式． 【答案】(1)　(2)　(3)ρ＝ 【解析】(1)設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球的質(zhì)量為M 衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)滿足 G＝mg ① 第一宇宙速度是指衛(wèi)星在

11、地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力等于它受到的萬(wàn)有引力 G＝m ② ①式代入②式，得v1＝. (2)衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力為 G＝m()2r ③ 由①③式解得r＝. (3)設(shè)質(zhì)量為m0的小物體在地球表面附近所受重力為m0g，則G＝m0g 將地球看成是半徑為R的球體，其體積為V＝πR3 地球的平均密度為ρ＝＝. 11．月球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間與月球繞地球運(yùn)行一周的時(shí)間相等，都為T0.我國(guó)的“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星于2007年11月7日成功進(jìn)入繞月運(yùn)行的“極月圓軌道”，這一圓形軌道通過(guò)月球兩極上空，距月面的高度為h.若月球質(zhì)量為m月，月球半徑為R，引力常量為G.

12、 (1)求“嫦娥一號(hào)”繞月運(yùn)行的周期； (2)在月球自轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，“嫦娥一號(hào)”將繞月運(yùn)行多少圈？ (3)“嫦娥一號(hào)”攜帶了一臺(tái)CCD攝像機(jī)(攝像機(jī)拍攝不受光照影響)，隨著衛(wèi)星的飛行，攝像機(jī)將對(duì)月球表面進(jìn)行連續(xù)拍攝．要求在月球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，將月面各處全部拍攝下來(lái)，攝像機(jī)拍攝時(shí)拍攝到的月球表面寬度至少是多少？ 【答案】(1)2π (2) (3) 【解析】(1)“嫦娥一號(hào)”軌道半徑 r＝R＋h， 由G＝mr 可得“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星繞月周期 T＝2π. (2)在月球自轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，“嫦娥一號(hào)”將繞月運(yùn)行的圈數(shù) n＝＝. (3)攝像機(jī)只要將月球的“赤道”拍攝全，便能將月面各處全部拍攝下來(lái)；衛(wèi)星繞月球轉(zhuǎn)一周可對(duì)月球“赤道”拍攝兩次，所以攝像機(jī)拍攝時(shí)拍攝到的月球表面寬度至少為 s＝＝.