微练13 人造卫星 宇宙速度(作业课件)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习（粤教版2019）

高考复习顶层设计·物理 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 一、单项选择题 1.(2023·天津卷)运行周期为24 h的北斗卫星比运行周期为12 h的(　　) A.加速度大 B.角速度大 C.周期小 D.线速度小 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 答案　D 解析　根据万有引力提供向心力有F=G=m=mrω2=mr=ma,解得T=2π,v=,ω=,a=,因为北斗卫星周期大,故运行轨道半径大,则线速度小,角速度小,加速度小,D项正确。 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.(2024·嘉兴模拟)金星的半径是地球半径的95%,质量是地球质量的82%。已知地球的公转周期为T,地球的第一宇宙速度为v1,地球表面重力加速度为g,则(　　) A.金星的公转周期为T B.金星的第一宇宙速度为v1 C.金星表面重力加速度为g D.金星对地球引力是地球对金星引力的0.82倍 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据题意,设地球的半径为R,质量为M,则金星的半径为95%R,质量为82%M。由于题中没有金星与地球的公转半径或公转半径的比值,无法求出金星的公转周期,A项错误;由=m可知,地球的第一宇宙速度为v1=,则金星的第一宇宙速度为v==v1,B项正确;由=mg可知,地球表面重力加速度为g=,则金星表面重力加速度为g'==g=g,C项错误;金星对地球引力与地球对金星引力是一对相互作用力,大小相等,方向相反,D项错误。 答案　B 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 3.(2022·广东卷)“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一,且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是(　　) A.火星公转的线速度比地球的大 B.火星公转的角速度比地球的大 C.火星公转的半径比地球的小 D.火星公转的加速度比地球的小 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　由题知火星的公转周期大于地球的公转周期,根据开普勒第三定律,则火星的公转半径大于地球的公转半径,C项错误;根据G=m可得v=,结合C选项,可知火星的公转线速度小于地球的公转线速度,A项错误;根据G=mω2r得ω=,可知火星公转的角速度小于地球公转的角速度,B项错误;根据G=ma可得a=,可知火星公转的加速度小于地球公转的加速度,故D项正确。 答案　D 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 4.理论上利用三颗赤道上空位置适当的人造卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯。已知地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,现用三颗卫星来实现上述目的。则卫星绕地球转动周期的最小值为(　　) A.2π B.4π C.2π D.4π 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　设地球半径为R,画出仅用三颗卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯时卫星的最小轨道半径示意图,如图所示。由图中几何关系可得,卫星的最小轨道半径r=2R,则G=mr,由G=mg,解得T=4π,B项正确。 答案　B 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 5.(2023·湖北卷)2022年12月8日,地球恰好运行到火星和太阳之间,且三者几乎排成一条直线,此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动,火星与地球的公转轨道半径之比约为3∶2,如图所示。根据以上信息可以得出(　　) A.火星与地球绕太阳运动的周期之比约为27∶8 B.当火星与地球相距最远时,两者的相对速度最大 C.火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为9∶4 D.下一次“火星冲日”将出现在2023年12月8日之前 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　火星和地球均绕太阳运动,由于火星与地球的轨道半径之比约为3∶2,根据开普勒第三定律有=,可得==,A项错误;火星和地球绕太阳做匀速圆周运动,速度大小均不变,当火星与地球相距最远时,由于两者的速度方向相反,故此时两者相对速度最大,B项正确;在星球表面根据万有引力定律有G=mg,由于不知道火星和地 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 球的质量比,故无法得出火星和地球表面的自由落体加速度大小之比, C项错误;火星和地球绕太阳匀速圆周运动,有ω火=,ω地=,要发生下一次火星冲日则有t=2π,得t=>T地,下一次“火星冲日”将出现在2023年12月8日之后,D项错误。 答案　B 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 6.(2023·辽宁卷)在地球上观察,月球和太阳的角直径(直径对应的张角)近似相等,如图所示。若月球绕地球运动的周期为T1,地球绕太阳运动的周期为T2,地球半径是月球半径的k倍,则地球与太阳的平均密度之比约为(　　) A.k3 B.k3 C. D. 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　设地球半径为R,月球半径为r1,月球和地球之间的距离为l1;太阳半径为r2,太阳和地球之间的距离为l2。由月球围绕地球的运动规律得G=ml1,地球的密度ρ地=,联立解得ρ地=;同理由地球围绕太阳的运动规律得ρ阳=。已知R=kr1,设张角为α,由几何关系得tan==,联立解得=,D项正确。 答案　D 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 7.(2023·浙江6月卷)木星的卫星中,木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为1∶2∶4。木卫三周期为T,公转轨道半径是月球绕地球轨道半径r的n倍。月球绕地球公转周期为T0,则(　　) A.木卫一轨道半径为r B.木卫二轨道半径为r C.周期T与T0之比为 D.木星质量与地球质量之比为n3 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据题意可得,木卫3的轨道半径为r3=nr。根据万有引力提供向心力G=mR,可得R=,木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为1∶2∶4,可得木卫一轨道半径为r1=,木卫二轨道半径为r2=,A、B两项错误;木卫三围绕的中心天体是木星,月球围绕的 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 中心天体是地球,根据题意无法求出周期T与T0之比,C项错误;根据万有引力提供向心力,分别有G=m卫3nr,G=m月r,联立可得=n3,D项正确。 答案　D 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 二、多项选择题 8.(2024·合肥模拟)2023年6月4日6时33分,“神舟十五号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,三名航天员安全返回,我国的空间站仍在距地面400 km的轨道飞行。我国的空间站与同步卫星相比较,下列说法正确的是(　　) A.空间站的速度大于同步卫星的速度 B.空间站的运行周期大于同步卫星的周期 C.空间站所受地球引力小于同步卫星所受地球引力 D.空间站的加速度大于同步卫星的加速度 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据万有引力提供向心力有F==ma=m=mr,可得v=,T=2π,a=,空间站的轨道半径较小,所以空间站的速度大于同步卫星的速度,空间站的周期小于同步卫星的周期,空间站的加速度大于同步卫星的加速度,A、B两项错误,D项正确;空间站与卫星的质量未知,无法比较万有引力大小,C项错误。 答案　AD 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 9.据介绍,北斗系统由中圆地球轨道卫星、地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星三种卫星组成,其中中圆地球轨道卫星距地高度大约 2.4万千米,地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星距地高度都是大约为3.6万千米,这三种卫星的轨道均为圆形。下列说法正确的是(　　) A.发射地球静止轨道卫星的速度应大于7.9 km/s小于11.2 km/s B.倾斜地球同步轨道卫星可以相对静止于某个城市的正上空 C.地球静止轨道卫星的环绕速度大小等于倾斜地球同步轨道卫星的环绕速度大小 D.中圆地球轨道卫星的发射速度大于倾斜地球同步轨道卫星的发射 速 度 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　7.9 km/s是地球卫星发射的最小速度,11.2 m/s是发射挣脱地球引力控制的航天器的最小速度,而地球静止轨道卫星仍然围绕地球做匀速圆周运动,所以地球静止轨道卫星的发射速度应大于7.9 km/s而小于11.2 km/s,A项正确;倾斜地球同步轨道卫星运动的周期与地球自转周期相同,但转动方向不相同,故不可能相对静止于某个城市的正上空,故B项错误;根据G=m,可得卫星的环绕速度大小为v=,由于地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星距地高度相同,即它们的轨 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 道半径相同,所以可知地球静止轨道卫星的环绕速度大小等于倾斜地球同步轨道卫星的环绕速度大小,C项正确;由题知,中圆地球轨道卫星的轨道半径小于倾斜地球同步轨道卫星的轨道半径,若二者质量相等,根据功能关系可知,卫星的轨道半径越大,则所需的发射速度就越大,即中圆地球轨道卫星的发射速度小于倾斜地球同步轨道卫星的发射速度,D项错误。 答案　AC 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 10.(2024·保定模拟)某行星的半径与地球的半径之比为k,密度与地球的密度相同,则该行星与地球(　　) A.表面的重力加速度大小的比值为 B.表面的重力加速度大小的比值为k C.第一宇宙速度的比值为 D.第一宇宙速度的比值为k 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　星球表面物体所受重力等于星球对物体的引力,即G=mg,又M=ρV=πR3ρ,解得g==πGRρ,πG为定值,可知当行星的半径与地球的半径之比为k,密度相同时,表面的重力加速度大小的比值为k,A项错误,B项正确;第一宇宙速度为近地卫星的环绕速度,即G=m,解得v==R,可知当行星的半径与地球的半径之比为k,密度相同时,第一宇宙速度的比值为k,C项错误,D项正确。 答案　BD 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 11.如图所示,卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行。a是极地轨道卫星,在地球两极上空约1 000 km处运行;b是低轨道卫星,距地球表面高度与a相等;c是地球同步卫星,则(　　) A. a卫星的加速度比c卫星大 B. a、b卫星所受到的地球的万有引力大小相等 C.三颗卫星半径的三次方与周期的二次方比值都不相等 D. a卫星的周期比c卫星小 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,根据G= ma可得加速度a=G,a卫星的轨道半径小于c卫星的轨道半径,则a卫星的加速度大于c卫星的加速度,A项正确;根据万有引力公式F=G, a、b卫星的质量未知,故无法比较万有引力的大小,B项错误;根据开普勒第三定律=k可知三颗卫星半径的三次方与周期的二次方比值都相等,C项错误;由开普勒第三定律,a卫星的轨道半径小于c卫星的轨道半径,则a卫星的周期小于c卫星的周期,D项正确。 答案　AD 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 12.(2022·辽宁卷)如图所示,行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地球上容易测得地球—水星连线与地球—太阳连线夹角α,地球—金星连线与地球—太阳连线夹角β,两角最大值分别为αm、βm则(　　) A.水星的公转周期比金星的大 B.水星的公转向心加速度比金星的大 C.水星与金星公转轨道半径之比为sin αm∶sin βm D.水星与金星的公转线速度之比为∶ 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据万有引力提供向心力有G=mR=ma,解得T=2π, a=,水星的公转半径比金星小,可知水星的公转周期比金星小,水星的公转向心加速度比金星的大,故A项错误,B项正确;设水星的公转半径为R水,地球的公转半径为R地,当α角最大时有sin αm=;同理可知有 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 sin βm=,所以水星与金星的公转半径之比为R水∶R金=sin αm∶sin βm,故C项正确;根据G=m,解得v=,结合前面的分析可得v水∶v金= ∶,D项错误。 答案　BC 微练(十三)　人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 本部分内容讲解结束 $$