第五章 第2节 宇宙速度与人造卫星(一)(宇宙速度，轨道参数)-【5星学霸·高考白题】2026年高考物理一轮复习

学霸高春白题物理 第2节 宇宙速度 (宇宙速度， ☑应用提优 考点全面，能力提升|限时：40min 1.(2024·四川成都二模)某航天 器以速率，绕地球在圆轨道上 运行，其轨道半径为地球半径 的两倍，如图所示.万有引力常 量为G,则以下说法正确的是 A.地球的第一宇宙速度大小为2 B.立于航天器内底板上的宇航员对底板的 压力为零 C.若在航天器所在的轨道上发射卫星，只有 当发射速度达到第二宇宙速度时才能使 卫星脱离地球引力的束缚 D.根据题干提供的信息可以求出地球的 密度 2.(2025·四川成都一模)已知高轨卫星03星 绕地球近似做圆周运动.卫星距离地面高度 为h,环绕周期为T,已知引力常量为G,地球 半径为R则下列说法正确的是 】 A.03星运行的线速度大于7.9km/s B03星运行的线速度大小为2 C.地球的质量为4m(R+h) GTR D.地球的密度为3n 3.(2025·云南玉溪期末)如图所示，“羲和号” 卫星绕地球可视为匀速圆周运动，轨道平面 与赤道平面垂直.卫星每天在相同时刻，沿相 同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地 球运行n圈(n>1).已知地球半径为R,自转 周期为T,地球表面重力加速度大小为g,则 “羲和号”卫星运行的 A.向心加速度大于地球静止卫星 072 与人造卫星（一） 九道参数) B.角速度小于地球静止卫星 C.线速度大于第一宇宙速度 D.轨道距地面高度为（了 地勃 ×30 (第3题) (第4题) 4.(2025·山东济南模拟)如图所示，P是纬度 为0的地球表面上一点，人造地球卫星A、B 均做匀速圆周运动，卫星B为地球赤道同步 卫星.若某时刻P、A、B与地心O在同一平面 内，其中O、P、A在一条直线上，且∠OAB= 90°，下列说法正确的是 () A.P点物体的向心加速度小于卫星A的向 心加速度 B.卫星A、B与P点均绕地心做匀速圆周 运动 C.卫星A、B的线速度之比为√cos0 D.卫星A、B的周期之比为cos20 5,(2024·海南海口质检)如 图所示，A、B为地球的两个 地琼 轨道共面的人造卫星，运行 方向相同，A为地球同步卫 星，A、B两卫星的轨道半径的比值为k,地球 自转周期为T。.某时刻A、B两卫星距离达到 最近，从该时刻起到A、B间距离最远所经历 的最短时间为 () To A. 令 T 2(R+1) √R-1 C. T D.- T。 2(√-1) +1 6.(2024·山东枣庄三模)如图甲是某国产科 幻大片中人类在地球同步静止轨道上建造的 空间站，人类通过地面和空间站之间的“太 空电梯”往返于天地之间.图乙是人乘坐“太 空电梯”时由于随地球自转而需要的向心加 速度a与其到地心距离r的关系图像，已知 「，为地球半径，2为地球同步卫星轨道半径， 下列说法正确的是 A.地球自转的角速度=- 2一T B.地球同步卫星的周期T=2π C.上升过程中电梯舱对人的支持力保持 不变 D.从空间站向舱外自由释放一物体，物体将 做自由落体运动 7.(2025·四川德阳一模)如图(a)所示，以地 球球心为坐标原点，建立xOy平面直角坐标 系，某人造卫星在xOy平面内绕地球做匀速 圆周运动，运动方向如图中标注，其圆周运动 轨迹与x轴交点为A.现从卫星经过A点开始 计时，将人造卫星所受地球的万有引力沿 x轴、y轴两个方向进行正交分解，得到沿 x轴、y轴两个方向的分力F,、F,其中F,随 卫星运动时间（变化F,-t图像如图(b)所 示，已知卫星质量为m,地球半径为R,地球 表面重力加速度大小为g,忽略地球自转，则 0.5m: ☒(a) 图(b) 第五章万有引力与航天学霸高春 A.该人造卫星圆周运动轨迹半径为2R B.图(b)中1=T 22R C.任何时刻均满足 +=8 m D,该人造卫星的速度大小与地球第一宇宙 速度大小之比为1：2 8. 甲是地球赤道上的一 个物体，乙是“神舟十两 号”宇宙飞船（周期约 90min),丙是地球的 同步卫星，它们运行的轨道示意图如图所示， 它们都绕地心做匀速圆周运动.下列有关说 法中正确的是 () A.它们运动的线速度大小关系是w<wz<单 B.它们运动的向心加速度大小关系是a< u乙<up C.已知甲运动的周期T=24h,可计算出地 球的密度p= 3π GT D.已知乙运动的周期Tz及轨道半径rz,可 4m72 计算出地球质量M= CT (2024·四川泸州三模)“日心说”以太阳为 参考系，金星和地球运动的轨迹可以视为共 面的同心圆.观测得每隔1.6年金星离地球最 近一次，则下列判断正确的是 () A.在8年内太阳、地球、金星有5次在一条 直线上 B.在8年内太阳、地球、金星有10次在一条 直线上 C.地球和金星绕太阳公转的周期之比为 8:5 D.地球和金星绕太阳公转的半径之比为 1 5 073疗可用子·子放B正确，C根超向6证造度。 2行12 ,可得 =16,故C错误：D.根据=”，可得：2 “了，根据扇形面积公 式S= 2=2,A、B两颗卫星的轨道半径在单位时间内扫过的 面积之比为。1 Z,故D错误放选AB 第2节字宙速度与人遣卫星（一） (宇宙速度、轨道参数) 1.B解析：A,设地球半径为R,航天器以速率，绕地球在圆轨道上运 行，则GMm C(2R)m2R,在地球表面附近，有cM 2 ”2二m1.解得地球 的第一宇宙速度大小为1=20，故A错误：B.万有引力提供向心 力，宇航员处于完全失重状态，立于航天器内底板上的宇航员对底 板的压力为零，故B正确：C.第二宇宙速度是地球上发射的卫星脱 离地球引力的束鲫，飞离地球所需的最小速度，根据能量守恒，在就 天器所在的轨道上发射卫星，能使卫星脱离地球引力束鄉的最小发 射速度小于第二宇宙速度，故C错误：D.根据万有引力提供向心力 Mm 。2 (2Rm2R,地球的密度为p= M M 3w2 3R32行CR2,地球半径 不知，故无法求出地球的密度，故D错误故选B. 2C解桥：人根据万有引力提供向心力有：m,轨道越高，： GM 速度越小，解得03星的线速度大小为二√R+而，小于第一字宙 速度79km/s,A错误；B.根据线速度的定义可知，03星的线速度 大小为。=2(，B错误：C.根据万有引力是供向心力有 T (R+h)m尺(R+h),解得地球的质量为M=4产(R+h) GMm 42 ,C正 确：D.地球的体积为V=4 3TR,所以地球的密度为P=P= 3π(R+h) -,D错误故选C GTR 3A解折：AB,由题意可知“装和号卫是的周两为T:(a>1), 小于地球静止卫基的周期，所以“袭和号”卫星的轨道半径小于地球 静止卫星的轨道半径，根据牛额第二定律得G=m,所以“羲和 号”卫星向心加速度大于地球静止卫星，根据角速度与周期的关系 式@一平，所以~装和号~卫星角速度大于地球静止卫层的角速度， 故A正确，B错误：C.第一宇宙速度又叫最大环绕速度，也是近地 人造卫星的线速度，所以“羲和号”卫星的线速度一定小于第一宇宙 速度，C错误：D.设羲和号”卫星距离地面高度为，则GWm (h+R)2 ，又有0，我立得4：松 4m2n2 m 4m22-R,故 D错误枚选A 4.A解析：A.∠OAB=90°，所以OB大于OA.即卫星B做匀速圆周运 动的半径大于卫星A做匀速圆周运动的半径，由万有引力提供向心 GM 力得=nw,可得如√学可知<0，又p,所以 2 wp<u4,由rp<rA,a=wr,可得ap<aA,故A正确：B.卫星A、B绕地 心做匀速圆周运动，P点运动的圆轨迹与地轴线垂直，圆心在图中 0点正上方，故B错误：C.由万有引力提供向心力得G_四，可 2 得=入又二三c@,可得卫星A,B的线速度之比为=一 √二故C错误：由万有引力提候向心力鹅学 TA 一学霸高考·白 4m2 4mp ,可得T=√CM,可得卫星小，B的周期之比 T =√cos0,故D错误故选A 5.C解折：由开普粉第三定律得二-户，设两卫星至少经过时间：距 TT 离最远，即B比A多转半圈，乙2又由4是地球同 步卫星知T,=T,且=k,联立解得 ,故选C 2(√-1) 6.B解析：A.根据a=2r可知a-r图像中，其斜率为角速度的平 方，A错误：B.由于a2=2r2,解得0= 巴，故其周期T=2π 2,B正确：C.缓慢上升过程中，电梯舱和人的角速度相同。 根据a=,可知，加速度增大，根据牛顿第二定律可知，F万有力 F支特力=ma,支持力会变小，C错误；D.太空中处于失重状态，从空 间站向舱外自由释放一物体，该物体不会做自由落体运动，D错误 故选B 7.B解析：物体在地而受万有引力等于重力，该人造卫星在A点时， 所受万有引力为Q5mg,根据万有引力公式P心=mg,习 GMm=0.5mg 解得r=√2R,故A错误：B.物体在地面受万有引力等于重力 GMm T 2 =m5,据图(b)中可知为半个周期=2，根据万有引力提 =2m, R=2A 22R gR 22R,故B正确：C.卫星轨道为 圆，F、F,的合力即为万有引力，等于0时刻的F,据图可知 v原a,所以，√（侣侣-a,故c错畏： D.该人造卫星的速度大小与地球第一宇宙速度大小之比为1：√迈， 地球第一-学省建皮觉受谈工里少 R ,又r=√2R,解得该 人造卫星的速度大小与地球第一宇宙速度大小之比为1：迈，故 D错误故选B. 8D解析AB,根据万有引力提供向心力有三m二=m4产三m☑ GM 得√一，T=2m√a=一，同步卫星丙的周期为24h,大于 乙的周期.则丙的轨道半径大于乙的轨道半径根据线速度、加速度 与物道半径的关系，知偶<2，a丙<az·又因为甲与丙的角速度相 等，根据p=r,知<啊，根据a=w2r,知a甲<a丙，放AB错误；C.因 为甲不是卫星，它的周期与贴近地球表面的卫星做匀速圆周运动的 周期不同根据甲的周期无法求出地球的密度，故C错误：D.对于 乙，根超兰m 2,得地球质量M之，故D正 2 \Tu CT% 确.故选D. 9.B解析：AB.已知金星绕太阳的轨道半径较小，由于每隔1.6年金 是离地球最近一次，即每隔1.6年金星比地球多转1圈，则每隔 0.8年金星比地球多转半圈，即每隔0.8年太阳、地球、金星在一条直 线上，则在8年内太阳、地球、金星有10次在一条直线上，故A错 误，B正确：CD.设金星的公转周期为T1,地球的公转周期为T2,则 有2m2m TT t=2π，又有t=1.6年，T2=1年，解得T2:T1=13:8, 由万有号引力提供向心力有=m 4m2 ,解得= GMT ,则地球 2 ,故CD错 题·物理·28一 误故选B 第3节宇宙速度与人造卫星（二》 (卫星变轨、双星和多星系统) a 1。A解析：A.根据开普物第三定律有入=，由题知圆的半径与稀圆 的半长轴相等，则卫星2的周期与卫星1的周期相等，故A正确： B.根据牛顿第二定律有ma=G ,则有a=G C名可知在C点时. 加速度相同，故B错误：C.以地球球心为圆心，并过A点画出圆轨 道3，如图所示，由图可知卫星从轨道3到卫星2的椭圆轨道要在A 点点火加速，做离心运动，则卫星在轨道3的速度小于卫星2在椭 圆轨道A点的速度，由cM 号可得√ ,可知原圆轨道 上卫足的速度小于轨道3上卫足的速度，可知卫足1经过C点的速 度小于卫星2在A点的速度，故C错误：D.据前面分析，在椭圆轨 道上运行的卫星2在A点适当减速，即可在半径为R的低轨道绕地 球运行，故D错误故选A 卫星1. 卫星2 2.C解析：A根据开普勒第二定律可知，由A向B运动过程中速度 变小，故A错误：B.在B点变轨时，即由大椭圆轨道变轨到极轨，运 动方向改变90°，既要点火减速，也需要改变速度方向，所以不是只 需沿其运动方向点火喷气，故B错误：C.根据开普勒第三定律可 知，大椭圆轨道的半长轴大于极轨的半长轴，所以在大椭圆轨道的 周期大于极轨的周期，故C正确：D,若在B点有一圆轨道，则圆轨 道B点速度大于椭圆轨道B点速度，而圆轨道上的运行速度小于第 一宇宙速度，所以在大椭圆轨道经过B点的速度小于火星的第一宇 宙速度，故D错误，故选C 3.B解析：A.鹊桥二号离开火箭时速度要大于第一宇宙速度小于第 二宇宙速度，才能进人环月轨道，A错误：B.由开普勒第三定律 下k,可知鹊桥二号在捕获轨道上运行的周期大于在环月轨道上 运行的周期，B正确：C.在P点要由辅获轨道变轨到环月轨道，做近 心运动，必须降低速度，经过P点时，需要点火诚速，C错误：D.根 据万有引力提供向心力知G如，解得。=以则经过A点时加 速度比经过B点时小，D错误故选B. 4.D解析：A.探测器在霍曼转移轨道由M点到P点运动过程中，万 有引力对其做负功，其动能减小，速度越来越小，故A错误；B.根据 6学可得√ CM ,即探测器在地球轨道上的线速度为 CM ,同理，可得探测器在火星轨道上的线速度大小‘= √尺，则探测器在地球轨道上的线速度与在火星轨道上的线速度 CM ，放B错误；C.探测器运行中在霜曼转移执道上过P 之此为7 点与在火是轨道上过P点时，根据c架m,可得a兴则探测 GM 器运行中在霍曼转移轨道上P点的加速度与在火星轨道上P点的 加速度相等，故C错误：D.探测器在霍曼转移轨道上与在火星轨道 自分行生”联立可得探测 上运行时，根据开普勒第三定律有R,。 器在霍曼转移轨道上的运行周期与在火显轨道的运行周期之比为 会-景/厥故DE确故选n 5.C解析：A.万有引力提供向心力，双星系统周期相同，有F列= 4π2 m.4行，=m。,又有那。=38m,m。=34m,联立解得r=, 一学霸高考·白 ,故A错误：B.根据万有引力定律可得F到=G, 19 *户s 324,故B错误，C.万有引力提供向心力，有G 93347Gm2 m。m6 *)2 2 2 G( 解得，= Gmyr 17 34Gm (*)736W, Cm,。194Gm,双星速率之和为和=，+，“√ V(r+n)36V 34Gm,故 C正确：D.万有引力提供向心力，双星系统角速度相同，有 +万=m,2,G G mams m。m6 (r*)2 =mw2,联立解得0= Cm,+m_?4Gm,故D错误故选C √(*n)月36N, 6.B解析：根据题意，设AB=CD=a,由几何关系可知，图甲中对角线 上两颗星的距离为1=√2a, 图甲中某颗星受力情况如图所示 F 甲 由万有引力公式F.G可得F,Gm (v2a)2 则每颗星所受合力为P1=√2丽+，-2,2+1)Gm2 2a2 由合力提供向心力有F1=m 4m2 立a,解得刀 2ma√(4+2)Gm 根据题意，图乙中三角形顶点上的星受力情况如图所示 F tE. 由几何关系可知，图乙中三角形的边长：2= 2w5 h60 30,三角形 的顶点与中心的距离为：巧=了， 2 由万有引力定律可得：R,=6 hccm 每颗星所受合力大小为： F2=2F3eos30°+F4, 由合力提供向心力有：F2=m 4n2 35, 联立解得：，30√(3+5)Gm' 4 3 故 33,故选B. T22W2+4 7,BD解析：AB.由题图可知观测记录该双星系统的亮度变化的周期 约为严=615，则该双星系统的运转周期约为T=2T=1230, 故A错误，B正确： ·物理·29一