2025新課改-高中物理-必修第2冊（16講）10 A宇宙速度與人造地球衛(wèi)星 基礎(chǔ)版

2025新課改-高中物理-必修第2冊（16講）10A宇宙速度與人造地球衛(wèi)星基礎(chǔ)版宇宙速度與人造地球衛(wèi)星知識點：宇宙航行一、宇宙速度1.牛頓的設(shè)想如圖所示，把物體從高山上水平拋出，如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星.圖2.第一宇宙速度的推導(1)已知地球質(zhì)量m地和半徑R，物體繞地球的運動可視為勻速圓周運動，萬有引力提供物體運動所需的向心力，即eq\f(Gmm地,R2)＝meq\f(v2,R)，可得v＝eq\r(\f(Gm地,R)).(2)已知地面附近的重力加速度g和地球半徑R，由mg＝meq\f(v2,R)得：v＝eq\r(gR).(3)三個宇宙速度及含義數(shù)值意義第一宇宙速度7.9km/s物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度第二宇宙速度11.2km/s在地面附近發(fā)射飛行器使物體克服地球引力，永遠離開地球的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度16.7km/s在地面附近發(fā)射飛行器使物體掙脫太陽引力束縛，飛到太陽系外的最小地面發(fā)射速度二、人造地球衛(wèi)星1.1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功.1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”發(fā)射成功.為我國航天事業(yè)作出特殊貢獻的科學家錢學森被譽為“中國航天之父”.2.地球同步衛(wèi)星的特點地球同步衛(wèi)星位于赤道上方高度約36000km處，因相對地面靜止，也稱靜止衛(wèi)星.地球同步衛(wèi)星與地球以相同的角速度轉(zhuǎn)動，周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同.三、載人航天與太空探索1.1961年蘇聯(lián)宇航員加加林進入東方一號載人飛船，鑄就了人類首次進入太空的豐碑.2.1969年，美國阿波羅11號飛船發(fā)射升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕.3.2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空，截止到2017年底，我國已經(jīng)將11名航天員送入太空，包括兩名女航天員.4.2013年6月，神舟十號分別完成與天宮一號空間站的手動和自動交會對接；2016年10月19日，神舟十一號完成與天宮二號空間站的自動交會對接.2017年4月20日，我國發(fā)射了貨運飛船天舟一號，入軌后與天宮二號空間站進行自動交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接及多項實驗.技巧點撥一、三個宇宙速度1.第一宇宙速度(1)兩個表達式思路一：萬有引力提供向心力，由Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(\f(GM,R))思路二：重力提供向心力，由mg＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(gR)(2)含義①近地衛(wèi)星的圓軌道運行速度，大小為7.9km/s，也是衛(wèi)星圓軌道的最大運行速度.②人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，需要更多能量.2.第二宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠克服地球的引力，永遠離開地球所需的最小發(fā)射速度，其大小為11.2km/s.當發(fā)射速度7.9km/s<v0<11.2km/s時，物體繞地球運行的軌跡是橢圓，且在軌道不同點速度大小一般不同.3.第三宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小發(fā)射速度，其大小為16.7km/s.二、人造地球衛(wèi)星1.人造地球衛(wèi)星(1)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步軌道)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任意角度，如圖所示.圖(2)因為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心.2.近地衛(wèi)星(1)v1＝7.9km/s；T＝eq\f(2πR,v1)≈85min.(2)7.9km/s和85min分別是人造地球衛(wèi)星做勻速圓周運動的最大線速度和最小周期.3.同步衛(wèi)星(1)“同步”的含義就是和地面保持相對靜止，所以其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期.(2)特點①定周期：所有同步衛(wèi)星周期均為T＝24h.②定軌道：同步衛(wèi)星軌道必須在地球赤道的正上方，運轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致，即由西向東.③定高度：由Geq\f(mM,R＋h2)＝meq\f(4π2,T2)(R＋h)可得，同步衛(wèi)星離地面高度為h＝eq\r(3,\f(GMT2,4π2))－R≈3.58×104km≈6R.④定速度：由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此線速度、角速度大小均不變.⑤定加速度：由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此向心加速度大小也不變.三、同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體的比較同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體的比較1.同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星都是萬有引力提供向心力，即都滿足eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r＝man.由上式比較各運動量的大小關(guān)系，即r越大，v、ω、an越小，T越大.2.同步衛(wèi)星和赤道上物體都做周期和角速度相同的圓周運動.因此要通過v＝ωr，an＝ω2r比較兩者的線速度和向心加速度的大小.例題精練1．（2021?肥東縣校級模擬）2021年4月29日，“天和核心艙”成功進入預定軌道，標志著中國空間站在軌組裝建造全面展開。未來空間站軌道高度約400km，運行軌道近似圓周，已知地球表面的重力加速度g＝10m/s2，地球半徑約為R＝6.4×103km.假設(shè)空間站在赤道上空，則在空間站繞地球運行一周的過程中，宇航員看不到太陽的時間約為（）A．24h B．12h C．45min D．5min2．（2021?和平區(qū)校級二模）2018年4月，中國首個空間實驗室“天宮一號”墜入大氣層焚毀?！疤鞂m一號”是中國首個“目標飛行器”，其主要目的在于和神舟飛船（稱“追蹤飛行器”）配合完成交會對接飛行測試，為建設(shè)空間站積累經(jīng)驗。其在軌工作1630天，失聯(lián)759天，在地球引力下軌道高度不斷衰減，最終于4月2日早晨8點15分墜入大氣層焚毀。據(jù)報道，該次墜落沒有造成任何危險。“天宮一號”空間實驗室于2011年9月在酒泉發(fā)射升空，設(shè)計壽命兩年軌道平均高度約為350km。作為中國空間站的前身，在役期間，“天宮一號”先后與神舟八號、九號、十號飛船配合完成六次交會對接任務(wù)，共計接待6名航天員，完成多項科學實驗。設(shè)“天宮一號”飛行器的軌道半徑為r，地球表面重力加速度為g，地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)周期為T，對于“天宮一號”在服役運行過程中，下列說法正確的是（）A．根據(jù)題中數(shù)據(jù)，可求出地球的質(zhì)量，地球質(zhì)量也可表達為 B．進行對接時，“神舟八號”飛船需要從自身所處的低軌道減速才能與處于高軌道的“天宮一號”完成對接 C．“天宮一號”飛行器運動的周期是 D．“天宮一號”的航天員在一天內(nèi)可以看到日出的次數(shù)是隨堂練習1．（2021?江蘇模擬）2020年12月6日，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，并將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中．這是我國首次實現(xiàn)月球軌道交會對接．如圖，上升器進入環(huán)月飛行軌道開始，通過遠程導引和近程自主控制，軌道器和返回器組合體逐步靠近上升器，以抱抓的方式捕獲上升器，5時42分，完成交會對接，并將樣本轉(zhuǎn)移至軌道器中后，上升器圓滿完成使命與軌道器分離．為避免成為太空垃圾，影響國際社會后續(xù)月球探測任務(wù)，上升器受控離軌落月．已知地球的半徑為R，地球表面的重力加速度為g，軌道器軌道半徑為r，月球質(zhì)量大約是地球的，月球半徑大約是地球的．下列有關(guān)說法中正確的是（）A．月球的第一宇宙速度約為1.68km/s B．軌道器與地心的連線在單位時間內(nèi)掃過的面積為 C．搭載月壤的上升器離開月球時一直是完全失重狀態(tài) D．返回艙取月壤后，重新在月球上起飛的過程中，機械能守恒2．（2021?海淀區(qū)校級三模）“天和一號”是中國載人航天工程中第一個空間站核心艙，已于2021年4月29日在海南文昌由長征五號B運載火箭發(fā)射升空，這是中國空間站建造的重要起點。入軌后，“天和一號”的航天員將在天內(nèi)多次看到日出日落的神奇現(xiàn)象。則下列關(guān)于“天和一號”在軌飛行時的描述正確的是（）A．離地面的高度大于地球同步衛(wèi)星的高度 B．運行的向心加速度小于軌道所在處的引力加速度 C．運行速度小于第一宇宙速度 D．航天員可以利用天平測量物體的質(zhì)量3．（2021?浙江模擬）2020年人類面臨前所未有的巨大挑戰(zhàn)，在超難模式下，中國航天不斷創(chuàng)造奇跡。其中嫦娥五號完美完成中國航天史上最復雜任務(wù)后于2020年12月17日成功返回，最終收獲1731克樣本。圖中橢圓軌道Ⅰ、100公里環(huán)月軌道Ⅱ及月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅲ分別為嫦娥五號從月球返回地面過程中所經(jīng)過的三個軌道示意圖，下列關(guān)于嫦娥五號從月球返回過程中有關(guān)說法正確的是（）A．在軌道Ⅱ上運行時的周期小于軌道上運行時的周期 B．在軌道Ⅰ運行時的加速度大小始終大于軌道Ⅱ上時的加速度大小 C．在N點時嫦娥五號經(jīng)過點火加速才能從Ⅱ軌道進入Ⅲ軌道返回 D．在地月轉(zhuǎn)移軌道上飛行的過程中可能存在不受萬有引力的瞬間4．（2021?姜堰區(qū)模擬）2021年5月15日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器在火星表面預選著落區(qū)著落，邁出了我國星際探測征程的重要一步。后續(xù)，祝融號火星車將開展巡視探測。已知火星直徑約為地球直徑的50%，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的10%，近地衛(wèi)星的周期約1.5小時，下列說法正確的是（）A．“天問一號”在火星表面圓軌道上的環(huán)繞周期大于1小時 B．“天問一號”的發(fā)射速度大于7.9km/s小于11.2km/s C．“天問一號”在火星表面圓軌道上的繞行速度大于7.9km/s D．火星表面的重力加速度大于9.8m/s2綜合練習一．選擇題（共15小題）1．（2021?臨川區(qū)校級三模）2020年7月23日，中國“天問一號”探測器發(fā)射升空，開啟了火星探測之旅。已知火星的直徑約為地球的一半，質(zhì)量約為地球的，自轉(zhuǎn)軸傾角、自轉(zhuǎn)周期與地球很接近，但公轉(zhuǎn)周期是地球的兩倍。由以上信息判斷下列說法正確的是（）A．火星的表面重力加速度約為地球的0.8倍 B．火星的第一宇宙速度約為3.7km/s C．火星公轉(zhuǎn)軌道的半長軸約為地球的2倍 D．火星的同步衛(wèi)星軌道半徑約為地球的2．（2021?梅州模擬）2020年10月1日，天問一號在太空傳回“自拍照”為祖國母親慶生，讓五星紅旗飄揚于太空，據(jù)公開資料顯示，天問一號是我國首個火星探測器，其傳回照片的時候離地球表面高度約等于4倍地球半徑，預計于2021年6月登陸離太陽更遠的目的地火星。根據(jù)以上信息判斷，下列說法正確的是（）A．“自拍”時天問一號所受地球引力約為在地球表面時所受引力的十六分之一 B．天問一號發(fā)射時的速度需大于第三宇宙速度 C．火星的公轉(zhuǎn)速度比地球公轉(zhuǎn)速度大 D．火星的公轉(zhuǎn)周期比地球公轉(zhuǎn)周期大3．（2021?河北模擬）無線通信早已進入大眾的日常生活，可是海上或深山中由于無法建立基站而通信困難，利用三顆對稱分布的地球同步衛(wèi)星，基本上可使地球上除兩極附近外的任意兩點之間實現(xiàn)實時通信。正常情況下地球同步衛(wèi)星的軌道距地球表面的高度為地球半徑的5.6倍，若降低通信衛(wèi)星的高度，只要任意兩顆衛(wèi)星之間的連線不通過地球而直接連接就能實現(xiàn)實時通信，即通信衛(wèi)星距地面的高度等于地球半徑時，通信衛(wèi)星的周期最小，?。?.55，則通信衛(wèi)星的最小周期約為（）A．1h B．4h C．8h D．16h4．（2021?河南模擬）宇宙星辰浩瀚璀璨，中國航天風正帆懸。我國于2020年7月23日成功發(fā)射的“天問一號”火星探測器經(jīng)過多次變軌，預計將于2021年5月份在火星著陸。如圖所示，為“天問一號”火星探測器經(jīng)過多次變軌后登陸火星的軌跡圖，軌道I為圓形軌道，軌道Ⅱ為橢圓軌道，兩軌道相切于P點，下列說法正確的是（）A．“天問一號”在軌道Ⅰ運動的周期小于在軌道Ⅱ運動的周期 B．若已知“天問一號”在軌道Ⅰ運動的半徑、運動周期和引力常量，可算出火星的密度 C．“天問一號”減速下降登陸火星的過程中處于超重狀態(tài) D．“天問一號”在軌道Ⅰ上P點運行的速度一定小于在軌道Ⅱ上P點運行的速度5．（2021?南充模擬）2020年6月23日，我國北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，該衛(wèi)星A最終在地球同步軌道運行。另一顆相同質(zhì)量的衛(wèi)星B也繞地球做圓周運動，A的軌道半徑是B的4倍。下列說法正確的是（）A．由v＝可知，A的線速度是B的2倍 B．由a＝ω2r可知，A的向心加速度是B的4倍 C．由F＝G可知，A的向心力是B的16倍 D．由＝k可知，A的周期是B的8倍6．（2021?鼓樓區(qū)校級模擬）北京時間4月29日，長征五號B遙二運載火箭搭載中國空間站天和核心艙從海南文昌航天發(fā)射場升空并成功入軌．此次發(fā)射成功不僅標志著中國載人航天工程“三步走”成功邁出第三步，也宣告中國開啟空間站任務(wù)的新時代．天和核心艙目前運行在距離地面約400km～450km、傾角約42°的近地軌道。下列說法正確的是（）A．天和核心艙每天只能經(jīng)過赤道正上方兩次 B．僅憑文中數(shù)據(jù)和萬有引力常量G，就可以大致估算出地球質(zhì)量 C．將天和核心艙的軌道近似看成圓，其加速度一定大于地球赤道上某建筑的加速度 D．將天和核心艙的軌道近似看成橢圓，其在近地點時的機械能大于遠地點時的機械能7．（2021?海淀區(qū)模擬）衛(wèi)星繞地球做圓周運動，由于衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動，通常情況下在地球上的人們利用天文望遠鏡將有機會觀察到衛(wèi)星的各個表面。由于月球的自轉(zhuǎn)角速度和繞地球公轉(zhuǎn)的角速度大小相等，地球上的人們將無法觀察到月球的背面。如圖甲所示，當月球繞地球公轉(zhuǎn)一定角度時（比如90°），月球也恰好自轉(zhuǎn)相同的角度（90°），所以月球朝向地球的一面始終是相同的，這種現(xiàn)象叫做“潮汐鎖定”。潮汐鎖定現(xiàn)象可簡略的解釋為：由于萬有引力與距離的平方成反比，月球上相同的質(zhì)量在靠近地球的一側(cè)受到的引力略大于背離地球的一側(cè)，因而月球?qū)焕L，產(chǎn)生輕微形變，如圖乙所示（圖中已把形變效果放大），引力“等效的作用點”也將會偏離O點，而變?yōu)楦拷厍蛞粋?cè)的O′點；如圖丙所示，若月球的自轉(zhuǎn)比公轉(zhuǎn)快，地球?qū)υ虑虻娜f有引力將會阻礙月球自轉(zhuǎn)，這個過程也會導致月球內(nèi)部巖石的彎折、擠壓和摩擦等，因而月球的自轉(zhuǎn)角速度會變慢，直到月球自轉(zhuǎn)角速度和繞地球公轉(zhuǎn)的角速度大小相等為止。結(jié)合以上信息，下列說法中錯誤的是（）A．如果月亮只有公轉(zhuǎn)而沒有自轉(zhuǎn)，地球上的人們將可能觀察到月球的背面 B．月球內(nèi)部巖石的彎折、擠壓和摩擦會產(chǎn)生熱能，月球的自轉(zhuǎn)動能將會減少 C．若月球的自轉(zhuǎn)比公轉(zhuǎn)慢，地球?qū)υ虑虻娜f有引力將會加速月球的自轉(zhuǎn) D．地球的自轉(zhuǎn)周期將不會受到地月間萬有引力的影響，因而地球的自轉(zhuǎn)周期不變8．（2021?聊城二模）2020年7月31日，北斗閃耀，澤沐八方。北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（如圖甲所示）建成暨開通儀式在北京舉行。如圖乙所示為55顆衛(wèi)星繞地球在不同軌道上運動的lgT﹣lgr圖像，其中T為衛(wèi)星的周期，r為衛(wèi)星的軌道半徑，1和2對應(yīng)其中的兩顆衛(wèi)星。已知引力常量為G，下列說法正確的是（）A．地球的半徑為x0 B．地球質(zhì)量為 C．衛(wèi)星1和2運動的線速度大小之比為10x2：10x1 D．衛(wèi)星1和2向心加速度大小之比為10x2：10x19．（2021?南通四模）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10．（2021?沙坪壩區(qū)校級模擬）如圖所示，北斗導航系統(tǒng)中兩顆繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星1號和衛(wèi)星2號，其軌道半徑分別為r1、r2，且r1：r2＝3：4，不計兩衛(wèi)星間的引力作用和其他星體的影響，則衛(wèi)星1號和2號分別與地球的連線在單位時間內(nèi)掃過的面積之比為（）A．：2 B．2： C．3：4 D．4：311．（2021?寶雞模擬）2020年10月12日和26日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心分別將“高分十三號”和“天啟星座06”兩顆地球衛(wèi)星成功送入預定軌道?！案叻质枴笔且活w高軌道光學遙感衛(wèi)星，“天啟星座06”是一顆低軌道衛(wèi)星，若兩衛(wèi)星均繞地球做勻速圓周運動，則由以上信息可知（）A．“高分十三號”繞地球運動的周期小于“天啟星座06”的周期 B．“高分十三號”繞地球運動的動能小于“天啟星座06”的動能 C．“高分十三號”繞地球運動的加速度小于“天啟星座06”的加速度 D．“高分十三號”繞地球運動的角速度大于“天啟星座06”的角速度12．（2021?寶雞模擬）2020年6月23日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導航衛(wèi)星，暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星，至此北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署比原計劃提前半年完成該衛(wèi)星為地球同步衛(wèi)星，關(guān)于這顆衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A．它可以繞地球自轉(zhuǎn)軸上任意一點轉(zhuǎn)動，但軌道半徑是一定的 B．它可以在地面上任一點的正上方但離地心的距離是一定的 C．它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同值 D．它只能在赤道的正上方，且離地心的距離是一定的13．（2021?沙坪壩區(qū)校級模擬）2021年2月24日，中國首次火星探測任務(wù)—天問一號探測器成功實施第三次近火制動，進入火星停泊軌道。探測器將在停泊軌道上運行約3個月進行科學探測，為5月至6月著陸火星做好準備。如圖所示，停泊軌道的近地點為P，遠地點為Q。下列說法正確的是（）A．探測器在P點的動能小于在Q點的動能 B．探測器周期大于近火衛(wèi)星周期 C．探測器在P點的加速度等于在Q點的加速度 D．探測器機械能小于近火衛(wèi)星機械能14．（2021?泰安模擬）宇航員駕駛宇宙飛船繞一星球做勻速圓周運動，測得飛船線速度大小的二次方與軌道半徑的倒數(shù)的關(guān)系圖像如圖中實線所示，該圖線（直線）的斜率為k，圖中r0（該星球的半徑）為已知量。引力常量為G，下列說法正確的是（）A．該星球的密度為 B．該星球自轉(zhuǎn)的周期為 C．該星球表面的重力加速度大小為 D．該星球的第一宇宙速度為15．（2021?重慶模擬）某行星因為自轉(zhuǎn)的原因，物體在該行星兩極的重力大小是其在赤道處重力大小的n倍（n＞1）。若該行星可視為質(zhì)量分布均勻的球體，且其自轉(zhuǎn)軸在其兩極連線上，已知該行星赤道正上方的近地衛(wèi)星角速度大小為ω0，則該行星自轉(zhuǎn)的角速度大小為（）A． B． C． D．二．多選題（共15小題）16．（2021?湖南模擬）隨著地球氣候變暖的加劇，某物理興趣小組設(shè)想通過模擬衛(wèi)星變軌的方法，將地球加速變軌到火星的繞日運轉(zhuǎn)軌道，借此移居的計劃給地球“降溫”.經(jīng)查閱資料，他們發(fā)現(xiàn)火星的繞日半徑是地球繞日半徑的倍，而火星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的，假設(shè)太陽的質(zhì)量為M，地球的質(zhì)量為m，地日距離為r，如圖所示，計劃將地球從自身軌道Ⅰ，經(jīng)橢圓軌道Ⅱ進入火星軌道Ⅲ，A、B為兩軌道的切點，則下列說法正確的是（）A．移居前，地球和火星受到太陽的萬有引力之比為4：81 B．如果成功轉(zhuǎn)移地球軌道，地球的一年將變成3π C．假設(shè)距太陽r處，地球產(chǎn)生的引力勢能為Ep＝﹣，則地球在移居計劃前后需通過外力給地球做的功為 D．若移居成功，為了更好地監(jiān)視火星的運動狀態(tài)，興趣小組設(shè)想在火星軌道的外側(cè)安置一顆人造衛(wèi)星，使其僅在火星和太陽的引力作用下實現(xiàn)與火星做同步繞太陽的圓周運動，若衛(wèi)星與太陽的距離為L，則太陽和火星的質(zhì)量之比為17．（2021?遼寧模擬）2018年6月14日11時06分，探月工程嫦娥四號任務(wù)“鵲橋”中繼星成為世界首顆成功進入地月拉格朗日L2點的Halo使命軌道的衛(wèi)星，為地月信息聯(lián)通搭建“天橋”。如圖所示，該L2點位于地球與月球連線的延長線上，“鵲橋”位于該點，在幾乎不消耗燃料的情況下與月球同步繞地球做圓周運動．已知地球、月球和“鵲橋”的質(zhì)量分別為Me、Mm、m，地球和月球之間的平均距離為R，L2點離月球的距離為x，不計“鵲橋”對月球的影響，則（）A．“鵲橋”的線速度大于月球的線速度 B．“鵲橋”的向心加速度小于月球的向心加速度 C．x滿足 D．x滿足18．（2021?菏澤二模）攔截衛(wèi)星，是指用于攻擊敵方衛(wèi)星的人造衛(wèi)星。具有變軌能力，裝備有跟蹤識別裝置和殺傷武器。攔截衛(wèi)星接近攻擊目標衛(wèi)星的方式有三種：一是送入長橢圓軌道后，以極高速度接近并到達目標附近區(qū)域，如攔截衛(wèi)星甲；二是送入與目標衛(wèi)星相同的軌道，在目標衛(wèi)星附近攻擊目標，如攔截衛(wèi)星乙；三是由低軌道直接加速，以直接上升方式接近目標衛(wèi)星，如攔截衛(wèi)星丙。下列說法正確的是（）A．攔截衛(wèi)星甲接近目標時，可以起爆炸藥裝置擊毀間諜衛(wèi)星 B．攔截衛(wèi)星乙可以向前加速沖撞攻擊間諜衛(wèi)星 C．攔截衛(wèi)星丙可以向前加速沖撞攻擊間諜衛(wèi)星 D．攔截衛(wèi)星甲遠離地球時，機械能增加19．（2021?安徽模擬）2021年2月5日20時，“天問一號”探測器發(fā)動機點火工作，順利完成地火轉(zhuǎn)移段第四次軌道中途修正，以確保按計劃實施火星捕獲。若“天問一號”被火星捕獲后，經(jīng)過多次調(diào)整，進入預設(shè)的環(huán)火圓軌道做勻速圓周運動。如圖所示的橢圓軌道1、2為兩次調(diào)整軌道，A是兩橢圓軌道的近火點，B、C分別是橢圓軌道1、2的遠火點，若A、B間的距離為d1、A、C間的距離為d2；“天問一號”在軌道1、2上的運動周期分別為T1、T2；橢圓1、2的面積分別為S1、S2；“天問一號”在軌道1、2上的A點加速度分別為a1、a2。則（）A．T1＝T2 B．a(chǎn)1＝a2 C． D．20．（2021?南平二模）2020年11月24日，長征五號遙五運載火箭托舉嫦娥五號向著月球飛馳而去。12月17日，在闖過月面著陸、自動采樣、月面起飛、月軌交會對接、再入返回等多個難關(guān)后，歷經(jīng)重重考驗的嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，成功返回地面。如圖為“嫦娥五號”發(fā)射到達環(huán)月軌道的行程示意圖，下列說法正確的是（）A．在地月轉(zhuǎn)移軌道上無動力奔月時，動能不斷減小 B．接近環(huán)月軌道時，需要減速才能進入環(huán)月軌道 C．“嫦娥五號”在地月轉(zhuǎn)移軌道上運動的最大速度小于11.2km/s D．“嫦娥五號”在地球表面加速升空過程中地球引力越來越小，處于失重狀態(tài)21．（2021?江西模擬）2021年2月10日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”火星探測衛(wèi)星順利實施近火制動，完成火星捕獲，正式踏入環(huán)繞火星軌道．假設(shè)火星可視為半徑為R的均勻球體，探測衛(wèi)星沿橢圓軌道繞火星運動，如圖所示．橢圓軌道的“近火點”P離火星表面的距離為2R，“遠火點”Q離火星表面的距離為4R，萬有引力常量為G．下列說法正確的是（）A．若已知探測衛(wèi)星在橢圓軌道運行的周期為T，可以計算得出火星的質(zhì)量 B．若已知探測衛(wèi)星在橢圓軌道運行的周期為T，可以計算得出火星的第一宇宙速度 C．探測衛(wèi)星在“近火點”P和“遠火點”Q的速率之比為2：1 D．探測衛(wèi)星在“近火點”P和“遠火點”Q的加速度大小之比為25：922．（2021?張家口三模）一衛(wèi)星在赤道上空繞地球表面做勻速圓周運動，其運動周期T＝1.5h。某時刻該衛(wèi)星位于赤道上一建筑物的正上方，如圖所示。從衛(wèi)星第一次出現(xiàn)在建筑物的正上方開始計時，下列說法正確的是（）A．地球自轉(zhuǎn)角速度大于此衛(wèi)星的角速度 B．建筑物隨地球運動的線速度小于此衛(wèi)星運動的線速度 C．從計時開始經(jīng)過1.6h，此衛(wèi)星再次出現(xiàn)在該建筑物的正上方 D．從計時開始經(jīng)過1.5h，此衛(wèi)星再次出現(xiàn)在該建筑物的正上方23．（2021?市中區(qū)校級二模）2020年7月31日，北斗閃耀，澤沐八方。北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（如圖甲所示）建成暨開通儀式在北京舉行。如圖乙所示為55顆衛(wèi)星繞地球在不同軌道上運動的lgT﹣lgr圖像，其中T為衛(wèi)星的周期，r為衛(wèi)星的軌道半徑，1和2為其中的兩顆衛(wèi)星所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。已知引力常量為G，下列說法正確的是（）A．衛(wèi)星1的周期比衛(wèi)星2的周期小 B．衛(wèi)星1的周期比衛(wèi)星2的周期大 C．衛(wèi)星1和2向心加速度大小之比為 D．衛(wèi)星1和2向心加速度大小之比為24．（2021?濟南三模）2021年2月10日19時52分，中國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器實施近火捕獲制動，探測器順利進入近火點高度約400千米，周期約10個地球日的環(huán)火橢圓軌道，軌道如圖所示，“天問一號”成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星。已知火星的直徑約為地球直徑的一半，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的10%，自轉(zhuǎn)周期約為一個地球日，關(guān)于火星和天問一號的下列說法正確的是（）A．天問一號在近火點的速度比遠火點速度大 B．天問一號在遠火點的速度比火星的第一宇宙速度大 C．火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度 D．根據(jù)以上信息可以估算出火星的密度25．（2021?山東模擬）2007年10月24日第一顆月球探測衛(wèi)星“嫦娥一號”發(fā)射，2020年12月17日，“嫦娥五號”返回器攜帶月球樣品著陸地球，嫦娥工程完成階段性目標。嫦娥五號近月變軌過程可簡化如圖，從地球飛抵月球距離月球表面100km的P點制動變軌為橢圓軌道I，再次經(jīng)過P點時制動變軌為周期為118min的近月圓軌道II，軌道II的半徑r＝1840km，下列說法正確的是（）A．嫦娥五號在軌道II上運行的速度約為1.6km/s B．嫦娥五號在軌道I上Q點的速度大于在軌道II上的速度 C．嫦娥五號在軌道I上機械能大于在軌道II上的機械能 D．嫦娥五號在軌道I上P點和軌道II上P點的加速度相等26．（2021?重慶三模）2021年4月29日，我國空間站“天和核心艙”在海南文昌發(fā)射場成功發(fā)射。下一步，天和核心艙將按既定飛行程序，展開各項動作，開展在軌工作，并等待貨運飛船和載人飛船的到來。在全面完成空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證后，與問天實驗艙、夢天實驗艙實施交會對接，完成空間站三艙組合體在軌組裝建造。以下說法不正確的是（）A．“天和核心艙”的發(fā)射速度要大于第二宇宙速度 B．宇航員可以在空間站中用彈簧測力計測物體重力 C．只需知道空間站的公轉(zhuǎn)周期就可以算出地球的質(zhì)量 D．載人飛船在較低軌道上加速后追上核心艙實施對接27．（2021?南開區(qū)校級模擬）導航系統(tǒng)是一種利用人造衛(wèi)星對物體進行定位測速的工具，目前世界上比較完善的導航系統(tǒng)有美國的GPS系統(tǒng)，中國的北斗系統(tǒng)，歐洲的伽利略導航系統(tǒng)以及俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，其中美國的GPS系統(tǒng)采用的是運行周期為12小時的人造衛(wèi)星，中國的北斗系統(tǒng)一部分采用了同步衛(wèi)星，現(xiàn)有一顆北斗同步衛(wèi)星A和一顆赤道平面上方的GPS衛(wèi)星B，某時刻兩者剛好均處在地面某點C的正上方，如圖所示，下列說法正確的是（）A．A的速度比B的小 B．若兩者質(zhì)量相等，則發(fā)射A需要更多的能量 C．此時刻B處在A、C連線的中點 D．從此時刻起，經(jīng)過12小時，兩者相距最遠28．（2021?福建模擬）2021年2月15日17時，天問一號火星探測器在“火星捕獲軌道”的遠火點成功實施平面機動，進入兩極上空的“環(huán)火星1軌道”，之后多次在近火點實施制動，進入運行周期為火星自轉(zhuǎn)周期2倍的“火星停泊軌道”。載荷的高分辨率相機、光譜儀等儀器將對預選著陸區(qū)地形地貌、沙塵天氣等進行詳查，為擇機著陸火星做好準備，則天問一號（）A．在“火星停泊軌道”的運行周期大于它在“環(huán)火星2軌道”的運行周期 B．在“火星停泊軌道”從近火點向遠火點運動過程機械能守恒 C．在“火星停泊軌道”每次經(jīng)過近火點時，都在火星上同一個位置的正上空 D．在“火星捕獲軌道“的遠火點要沿捕獲軌道的速度反方向點火進入“環(huán)火星1軌道”29．（2021春?鄭州期末）我國衛(wèi)星發(fā)射進入快車道，2021年將進行40余次航天發(fā)射。小明同學根據(jù)相關(guān)資料畫出了某次一箭多星發(fā)射的四顆衛(wèi)星Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的軌道示意圖，下列說法正確的是（）A．四顆衛(wèi)星受到地球的引力大小從大到小依次是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ B．四顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的角速度大小從大到小依次是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ C．四顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的周期從大到小依次是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ D．四顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的向心加速度從大到小依次是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ30．（2021?讓胡路區(qū)校級一模）2020年6月23日上午，北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射。北斗三號共有三種衛(wèi)星，中圓軌道衛(wèi)星、地球靜止軌道衛(wèi)星和傾斜同步軌道衛(wèi)星，中圓軌道衛(wèi)星的軌道半徑比地球靜止軌道衛(wèi)星的軌道半徑小，若將衛(wèi)星繞軌道運行近似看作勻速圓周運動，則中圓軌道衛(wèi)星比地球靜止軌道衛(wèi)星（）A．速度變化更快 B．速度變化更慢 C．與地心連線在單位時間內(nèi)掃過的面積更大 D．與地心連線在單位時間內(nèi)掃過的面積更小三．填空題（共10小題）31．（2021?思明區(qū)校級模擬）地球靜止同步衛(wèi)星A和軌道平面與赤道面重合做勻速圓周運動的衛(wèi)星B的軌道半徑之比為4：1，兩衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)方向相同。則A、B兩顆衛(wèi)星運行周期之比為；衛(wèi)星B每隔小時經(jīng)過衛(wèi)星A正下方。32．（2021春?運城期中）一人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，假如該衛(wèi)星變軌后仍做勻速圓周運動，速度減小為原來的，不考慮衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則變軌前后衛(wèi)星的軌道半徑之比為，向心加速度之比為，角速度之比為。33．（2021?奉賢區(qū)二模）某行星有甲、乙兩顆衛(wèi)星，設(shè)它們繞該行星運行的軌道均為圓形，甲的軌道半徑為R1，乙的軌道半徑為R2，R1＞R2，根據(jù)以上信息可知甲和乙的線速度之比為，甲的向心加速度乙的向心加速度（選填“大于”、“等于”或“小于”）。34．（2021?泉州模擬）我國“天宮二號”空間站已在軌運行四年多，設(shè)其離地面的高度不變，運行周期為T。已知地球半徑為R、質(zhì)量為M，引力常量為G，則“天宮二號”的運行速度7.9km/s（選填“大于”“等于”或“小于”），離地面的高度為。35．（2021春?石首市校級月考）有兩顆人造地球衛(wèi)星，質(zhì)量之比是m1：m2＝2：1，運行速度之比是v1：v2＝2：1①它們周期之比T1：T2＝；②所受向心力之比F1：F2＝。36．（2021春?朝陽區(qū)校級期中）有兩顆人造地球衛(wèi)星A和B，分別在不同的軌道上繞地球做勻速圓周運動，兩衛(wèi)星的軌道半徑分別為rA和rB，且rA＞rB，則兩衛(wèi)星的線速度關(guān)系為vAvB；兩衛(wèi)星的角速度關(guān)系為ωAωB、兩衛(wèi)星的周期關(guān)系為TATB．（填“＞”、“＜”或“＝”）37．（2020春?興慶區(qū)校級期中）我國先后發(fā)射的“風云一號”和“風云二號”氣象衛(wèi)星，運行軌道不同，前者采用“極地圓形軌道”，軌道平面與赤道平面垂直，通過地球兩極，每12小時巡視地球一周，每天只能對同一地區(qū)進行兩次觀測；后者采用“地球同步軌道”，軌道平面在赤道平面內(nèi)，能對同一地區(qū)進行連續(xù)觀測。兩種不同軌道的氣象衛(wèi)星在運行與觀測時，“風云一號”衛(wèi)星的軌道半徑（填“大于”、“小于”或“等于”）“風云二號”衛(wèi)星的軌道半徑，“風云一號”衛(wèi)星運行的向心加速度（填“大于”、“小于”或“等于”）“風云二號”衛(wèi)星運行的向心加速度。38．（2020秋?長安區(qū)校級期中）設(shè)人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，衛(wèi)星離地面越低，則衛(wèi)星的環(huán)繞速度越；周期越。（填“大”或“小”）39．（2020秋?大武口區(qū)校級月考）已知地球的質(zhì)量為M，平均半徑為R，引力常量為G，某衛(wèi)星在離地面高為h的圓形軌道上繞地球做勻速圓周運動。則高為h處的重力加速度大小為g＝，衛(wèi)星的速率大小v＝，衛(wèi)星的角速度大小為ω＝。40．（2020春?重慶期末）兩行星A和B是兩個均勻球體，行星A的衛(wèi)星a沿圓軌道運行的周期為Ta；行星B的衛(wèi)星b沿圓軌道運行的周期為Tb，設(shè)兩衛(wèi)星均為各自中心星體的近地衛(wèi)星，而且Ta：Tb＝1：4，行星A和行星B的半徑之比為RA：RB＝1：2，兩行星的質(zhì)量之比MA：MB＝則行星A和行星B的密度之比ρA：ρB＝，行星表面的重力加速度之比gA：gB＝。四．計算題（共2小題）41．（2021春?城關(guān)區(qū)校級期中）天宮一號和神舟八號分別于2011年9月29日和11月1日成功發(fā)射，并在空間完成交會對接，實現(xiàn)中國載人航天工程的一個新的跨越。天宮一號由長征運載火箭將其送入近地點為A，遠地點為B的橢圓軌道上，實施變軌后，進入預定圓軌道，其簡化的模擬軌道如圖所示。假設(shè)近地點A距地面高度為h，飛船在預定圓軌道上飛行n圈所用的時間為t，地球表面的重力加速度為g，地球半徑R，試求：（1）天宮一號在近地點A的加速度aA大?。唬?）天宮一號在預定圓軌道上飛行的速度v的大小。42．（2021春?城關(guān)區(qū)校級期中）一衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為r，引力常量為G。求：（1）若已知地球質(zhì)量為M，則衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的線速度v是多大？（2）若已知地球質(zhì)量為M，則衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的角速度ω是各多大？（3）若已知地球的半徑為R，地球表面的重力加速度為g，求地球的第一宇宙速度v1。宇宙速度與人造地球衛(wèi)星知識點：宇宙航行一、宇宙速度1.牛頓的設(shè)想如圖所示，把物體從高山上水平拋出，如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星.圖2.第一宇宙速度的推導(1)已知地球質(zhì)量m地和半徑R，物體繞地球的運動可視為勻速圓周運動，萬有引力提供物體運動所需的向心力，即eq\f(Gmm地,R2)＝meq\f(v2,R)，可得v＝eq\r(\f(Gm地,R)).(2)已知地面附近的重力加速度g和地球半徑R，由mg＝meq\f(v2,R)得：v＝eq\r(gR).(3)三個宇宙速度及含義數(shù)值意義第一宇宙速度7.9km/s物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度第二宇宙速度11.2km/s在地面附近發(fā)射飛行器使物體克服地球引力，永遠離開地球的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度16.7km/s在地面附近發(fā)射飛行器使物體掙脫太陽引力束縛，飛到太陽系外的最小地面發(fā)射速度二、人造地球衛(wèi)星1.1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功.1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”發(fā)射成功.為我國航天事業(yè)作出特殊貢獻的科學家錢學森被譽為“中國航天之父”.2.地球同步衛(wèi)星的特點地球同步衛(wèi)星位于赤道上方高度約36000km處，因相對地面靜止，也稱靜止衛(wèi)星.地球同步衛(wèi)星與地球以相同的角速度轉(zhuǎn)動，周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同.三、載人航天與太空探索1.1961年蘇聯(lián)宇航員加加林進入東方一號載人飛船，鑄就了人類首次進入太空的豐碑.2.1969年，美國阿波羅11號飛船發(fā)射升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕.3.2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空，截止到2017年底，我國已經(jīng)將11名航天員送入太空，包括兩名女航天員.4.2013年6月，神舟十號分別完成與天宮一號空間站的手動和自動交會對接；2016年10月19日，神舟十一號完成與天宮二號空間站的自動交會對接.2017年4月20日，我國發(fā)射了貨運飛船天舟一號，入軌后與天宮二號空間站進行自動交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接及多項實驗.技巧點撥一、三個宇宙速度1.第一宇宙速度(1)兩個表達式思路一：萬有引力提供向心力，由Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(\f(GM,R))思路二：重力提供向心力，由mg＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(gR)(2)含義①近地衛(wèi)星的圓軌道運行速度，大小為7.9km/s，也是衛(wèi)星圓軌道的最大運行速度.②人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，需要更多能量.2.第二宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠克服地球的引力，永遠離開地球所需的最小發(fā)射速度，其大小為11.2km/s.當發(fā)射速度7.9km/s<v0<11.2km/s時，物體繞地球運行的軌跡是橢圓，且在軌道不同點速度大小一般不同.3.第三宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小發(fā)射速度，其大小為16.7km/s.二、人造地球衛(wèi)星1.人造地球衛(wèi)星(1)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步軌道)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任意角度，如圖所示.圖(2)因為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心.2.近地衛(wèi)星(1)v1＝7.9km/s；T＝eq\f(2πR,v1)≈85min.(2)7.9km/s和85min分別是人造地球衛(wèi)星做勻速圓周運動的最大線速度和最小周期.3.同步衛(wèi)星(1)“同步”的含義就是和地面保持相對靜止，所以其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期.(2)特點①定周期：所有同步衛(wèi)星周期均為T＝24h.②定軌道：同步衛(wèi)星軌道必須在地球赤道的正上方，運轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致，即由西向東.③定高度：由Geq\f(mM,R＋h2)＝meq\f(4π2,T2)(R＋h)可得，同步衛(wèi)星離地面高度為h＝eq\r(3,\f(GMT2,4π2))－R≈3.58×104km≈6R.④定速度：由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此線速度、角速度大小均不變.⑤定加速度：由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此向心加速度大小也不變.三、同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體的比較同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體的比較1.同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星都是萬有引力提供向心力，即都滿足eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r＝man.由上式比較各運動量的大小關(guān)系，即r越大，v、ω、an越小，T越大.2.同步衛(wèi)星和赤道上物體都做周期和角速度相同的圓周運動.因此要通過v＝ωr，an＝ω2r比較兩者的線速度和向心加速度的大小.例題精練1．（2021?五華區(qū)校級模擬）2021年2月5日“天問一號”火星探測器順利完成地火轉(zhuǎn)移段第四次軌道中途修正，以確保按計劃實施火星捕獲。如圖所示，其過程簡化為探測器先進入繞火星圓軌道Ⅰ，經(jīng)過與其相切的繞火星橢圓軌道Ⅱ再轉(zhuǎn)移到繞火星圓軌道Ⅲ，A、B分別為橢圓軌道II上的近火點和遠火點，探測器在變軌過程中質(zhì)量視為不變，則下列說法正確的是（）A．探測器在軌道Ⅰ上的機械能大于在軌道Ⅱ上的機械能 B．探測器在軌道Ⅱ上的運行周期大于在軌道Ⅰ上的運行周期 C．探測器在軌道Ⅱ上B點的加速度小于在軌道Ⅰ上的加速度 D．探測器在軌道Ⅱ上A點時的速率小于在軌道Ⅲ上的速率2．（2021?5月份模擬）2020年12月17目凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品著陸地球，實現(xiàn)了中國首次月球無人采樣返回，助力月球成因和演化歷史等科學研究。如圖所示，嫦娥五號在月球表面采集完樣品后，先將其發(fā)射到月球表面的圓形軌道Ⅰ，到達軌道Ⅰ的A點時點火變軌進入橢圓軌道Ⅱ。已知月球半徑為R，月球表面重力加速度為g′，不考慮其他星球的影響，則下列說法正確的是（）A．嫦娥五號在月球表面的發(fā)射速度最小為 B．嫦娥五號在軌道Ⅰ上的運行周期大于軌道Ⅱ上的運行周期 C．嫦娥五號由軌道Ⅰ變到軌道Ⅱ時。需要在A點對嫦蛾五號點火使其減速 D．嫦娥五號在軌道Ⅱ上運行到A點時，月球?qū)︽隙鹞逄柕娜f有引力等于嫦娥五號運行所需向心力隨堂練習1．（2021?臨海市二模）2020年11月24日4時30分，長征五號遙五運載火箭在中國海南文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，飛行約2200秒后，順利將探月工程嫦娥五號探測器送入預定軌道，開啟中國首次地外天體采樣返回之旅。嫦娥五號飛行軌跡可以簡化為如圖所示，首先進入圓軌道Ⅰ，在P點進入橢圓軌道Ⅱ，到達遠地點Q后進入地月轉(zhuǎn)移軌道，到達月球附近后進入環(huán)月軌道Ⅱ。圓軌道Ⅰ的半徑為r1，周期為T1，橢圓軌道Ⅱ的半長軸為a，周期為T2，環(huán)月軌道Ⅱ的半徑為r3，周期為T3，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g。忽略地球自轉(zhuǎn)和太陽引力的影響。下列說法正確的是（）A． B．嫦娥五號在軌道Ⅰ運行速度等于 C．嫦娥五號在軌道Ⅰ的P點和橢圓軌道Ⅱ的P點加速度相同 D．嫦娥五號在橢圓軌道Ⅱ的Q點運行速度大于在圓軌道Ⅰ的運行速度2．（2021?河北模擬）無線通信早已進入大眾的日常生活，可是海上或深山中由于無法建立基站而通信困難，利用三顆對稱分布的地球同步衛(wèi)星，基本上可使地球上除兩極附近外的任意兩點之間實現(xiàn)實時通信。正常情況下地球同步衛(wèi)星的軌道距地球表面的高度為地球半徑的5.6倍，若降低通信衛(wèi)星的高度，只要任意兩顆衛(wèi)星之間的連線不通過地球而直接連接就能實現(xiàn)實時通信，即通信衛(wèi)星距地面的高度等于地球半徑時，通信衛(wèi)星的周期最小，?。?.55，則通信衛(wèi)星的最小周期約為（）A．1h B．4h C．8h D．16h3．（2021?河南模擬）宇宙星辰浩瀚璀璨，中國航天風正帆懸。我國于2020年7月23日成功發(fā)射的“天問一號”火星探測器經(jīng)過多次變軌，預計將于2021年5月份在火星著陸。如圖所示，為“天問一號”火星探測器經(jīng)過多次變軌后登陸火星的軌跡圖，軌道I為圓形軌道，軌道Ⅱ為橢圓軌道，兩軌道相切于P點，下列說法正確的是（）A．“天問一號”在軌道Ⅰ運動的周期小于在軌道Ⅱ運動的周期 B．若已知“天問一號”在軌道Ⅰ運動的半徑、運動周期和引力常量，可算出火星的密度 C．“天問一號”減速下降登陸火星的過程中處于超重狀態(tài) D．“天問一號”在軌道Ⅰ上P點運行的速度一定小于在軌道Ⅱ上P點運行的速度4．（2021?南充模擬）2020年6月23日，我國北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，該衛(wèi)星A最終在地球同步軌道運行。另一顆相同質(zhì)量的衛(wèi)星B也繞地球做圓周運動，A的軌道半徑是B的4倍。下列說法正確的是（）A．由v＝可知，A的線速度是B的2倍 B．由a＝ω2r可知，A的向心加速度是B的4倍 C．由F＝G可知，A的向心力是B的16倍 D．由＝k可知，A的周期是B的8倍綜合練習一．選擇題（共15小題）1．（2021?鼓樓區(qū)校級模擬）北京時間4月29日，長征五號B遙二運載火箭搭載中國空間站天和核心艙從海南文昌航天發(fā)射場升空并成功入軌．此次發(fā)射成功不僅標志著中國載人航天工程“三步走”成功邁出第三步，也宣告中國開啟空間站任務(wù)的新時代．天和核心艙目前運行在距離地面約400km～450km、傾角約42°的近地軌道。下列說法正確的是（）A．天和核心艙每天只能經(jīng)過赤道正上方兩次 B．僅憑文中數(shù)據(jù)和萬有引力常量G，就可以大致估算出地球質(zhì)量 C．將天和核心艙的軌道近似看成圓，其加速度一定大于地球赤道上某建筑的加速度 D．將天和核心艙的軌道近似看成橢圓，其在近地點時的機械能大于遠地點時的機械能2．（2021?南通四模）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3．（2021?沙坪壩區(qū)校級模擬）如圖所示，北斗導航系統(tǒng)中兩顆繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星1號和衛(wèi)星2號，其軌道半徑分別為r1、r2，且r1：r2＝3：4，不計兩衛(wèi)星間的引力作用和其他星體的影響，則衛(wèi)星1號和2號分別與地球的連線在單位時間內(nèi)掃過的面積之比為（）A．：2 B．2： C．3：4 D．4：34．（2021?寶雞模擬）2020年10月12日和26日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心分別將“高分十三號”和“天啟星座06”兩顆地球衛(wèi)星成功送入預定軌道?！案叻质枴笔且活w高軌道光學遙感衛(wèi)星，“天啟星座06”是一顆低軌道衛(wèi)星，若兩衛(wèi)星均繞地球做勻速圓周運動，則由以上信息可知（）A．“高分十三號”繞地球運動的周期小于“天啟星座06”的周期 B．“高分十三號”繞地球運動的動能小于“天啟星座06”的動能 C．“高分十三號”繞地球運動的加速度小于“天啟星座06”的加速度 D．“高分十三號”繞地球運動的角速度大于“天啟星座06”的角速度5．（2021?煙臺三模）如圖甲所示，是由教育部深空探測聯(lián)合研究中心組織，重慶大學等高校合作的“多段式多功能載運月球天梯概念研究”的“天梯”項目海基平臺效果圖，該項目是在赤道上建造重直于水平面的“太空電梯”，宇航員乘坐太空艙通過“太空電梯”直通地球空間站。圖乙中r為宇航員到地心的距離，R為地球半徑，曲線A為地球引力對宇航員產(chǎn)生的加速度大小與r的關(guān)系；直線B為宇航員由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的向心加速度大小與r的關(guān)系，關(guān)于相對地面靜止在不同高度的宇航員，下列說法正確的有（）A．宇航員的線速度隨著r的增大而減小 B．圖乙中r0為地球同步衛(wèi)星的軌道半徑 C．宇航員在r＝R處的線速度等于第一宇宙速度 D．宇航員感受到的“重力”隨著r的增大而增大6．（2021?重慶模擬）2021年2月24日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器進行第三次調(diào)整，成功進入近火點280千米、遠火點5.9萬千米、周期為2個火星日（1個火星日即火星自轉(zhuǎn)一周的時間，為24小時37分鐘）的火星停泊軌道；2月26日起，“天問一號”在停泊軌道開展科學探測。已知火星半徑約為地球半徑的一半，火星表面重力加速度約為地球表面重力加速度的0.38倍。下列說法正確的是（）A．探測器從遠火點向近火點運動的過程中，探測器的速率不斷減小 B．如果探測器在火星表面附近做近火環(huán)繞，其運行周期約為1個火星日 C．火星同步衛(wèi)星的周期小于地球同步衛(wèi)星的周期 D．火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度7．（2021?浙江模擬）中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)．北斗導航系統(tǒng)中有幾顆衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星，GPS導航系統(tǒng)是由周期約為12h的衛(wèi)星群組成．則北斗導航系統(tǒng)的同步衛(wèi)星與GPS導航衛(wèi)星相比（）A．GPS導航衛(wèi)星的線速度大 B．GPS導航衛(wèi)星的向心加速度小 C．北斗導航系統(tǒng)的同步衛(wèi)星的角速度大 D．北斗導航系統(tǒng)的同步衛(wèi)星的軌道半徑小8．（2021?重慶模擬）2020年7月23日，中國首個火星探測器“天問一號”從海南文航天發(fā)射場升空，2021年春節(jié)前后進入環(huán)火軌道，將依次完成“繞、著、巡”三大任務(wù)。若“天問一號”進行“火星環(huán)繞”時的某階段可視為勻速圓周運動，其軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑相等，已知火星質(zhì)量是地球質(zhì)量的1/9，則該階段“天問一號”的繞行周期為（）A．72h B．27h C．24h D．8h9．（2021?和平區(qū)一模）“遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？”2021年3月4日國家航天局發(fā)布了探測飛船“天問一號”在近火軌道拍攝的高清火星影像圖，預計2021年5月“天問一號”將完成落“火”的壯舉！如圖所示，我們近似認為“天問一號”由遠火圓周軌道A變軌后進入近火圓周軌道B，用r、T、a、Ek、F分別表示“天問一號”的軌道半徑、周期、向心加速度、動能和所受的萬有引力。則探測器在A、B兩個軌道上（）A．＝ B．＝ C．＝ D．＝10．（2021?梅州二模）2020年7月23日，我國在海南文昌發(fā)射中心成功發(fā)射了“天問一號”火星探測器。假設(shè)“天問一號”繞火星做勻速圓周運動，除了引力常量G外，至少還需要兩個物理量才能計算出火星的質(zhì)量，這兩個物理量可以是（）A．“天問一號”的質(zhì)量和軌道半徑 B．“天問一號”的運行周期和軌道半徑 C．“天問一號”的質(zhì)量和角速度 D．“天問一號”的質(zhì)量和線速度11．（2021?寧德模擬）早在2300多年前，中國偉大詩人屈原就發(fā)出了“送古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？”的著名“天問”。2020年7月23日，我國探測飛船“天問一號”飛向火星。圖中虛線為“天問一號”的“地﹣火”轉(zhuǎn)移軌道，則“天問一號”在該軌道運行的（）A．動量不變 B．動能不變 C．速度大于地球繞太陽的公轉(zhuǎn)速度 D．加速度不小于火星繞太陽的加速度12．（2021春?倉山區(qū)校級期中）2020年6月23日，我國北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功，至此北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署全面完成（如圖所示）。這顆衛(wèi)星是地球靜止軌道衛(wèi)星，其軌道半徑約為地球半徑的7倍。與近地軌道衛(wèi)星相比，地球靜止軌道衛(wèi)星（）A．周期大 B．線速度大 C．角速度大 D．加速度大13．（2021春?倉山區(qū)校級期中）我國是世界上能夠發(fā)射地球同步衛(wèi)星的少數(shù)國家之一。關(guān)于同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A．質(zhì)量不同的地球同步衛(wèi)星軌道高度也不同 B．同步衛(wèi)星軌道平面與赤道平面重合 C．地球同步衛(wèi)星運動周期為12小時 D．同步衛(wèi)星的速度大于7.9km/s14．（2021?未央?yún)^(qū)校級模擬）“玉兔號”登月車在月球表面成功登陸，實現(xiàn)了中國人“奔月”的偉大夢想，“玉兔號”登月車在月球表面做了一個自由下落實驗，測得物體從靜止自由下落h高度的時間為t，已知月球半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為G，則下列說法中不正確的是（）A．月球的第一宇宙速度為 B．月球質(zhì)量為 C．月球球體密度為 D．月球同步衛(wèi)星離月球表面的高度為15．（2021春?南京月考）如圖所示，飛船在地面指揮控制中心的控制下，由近地點圓形軌道A，經(jīng)橢圓軌道B轉(zhuǎn)變到遠地點的圓軌道C。軌道A與軌道B相切于P點，軌道B與軌道C相切于Q點，以下說法錯誤的是（）A．衛(wèi)星在軌道B上由P向Q運動的過程中速率越來越小 B．衛(wèi)星在圓軌道C上的速率大于在圓軌道A上的速率 C．衛(wèi)星在軌道B上經(jīng)過P點的加速度與在軌道A上經(jīng)過P點的加速度是相等的 D．衛(wèi)星在軌道B上經(jīng)過Q點時受到地球的引力小于經(jīng)過P點時受到地球的引力二．多選題（共15小題）16．（2021春?文山市校級月考）假設(shè)火星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的運動均可視為勻速圓周運動。某一時刻，火星會運動到日地連線的延長線上，如圖所示。下列選項正確的是（）A．火星的向心加速度大于地球的向心加速度 B．火星的環(huán)繞速度小于地球的環(huán)繞速度 C．火星的公轉(zhuǎn)周期大于地球的公轉(zhuǎn)周期 D．從圖示時刻再經(jīng)過半年的時間，太陽、地球、火星再次共線17．（2021春?襄城縣校級月考）“嫦娥三號”衛(wèi)星從地球發(fā)射到月球過程的路線示意圖如圖所示。關(guān)于“嫦娥三號”的說法正確的是（）A．在P點由a軌道轉(zhuǎn)變到b軌道時，速度必須變小 B．在Q點由d軌道轉(zhuǎn)變到c軌道時，要加速才能實現(xiàn)（不計“嫦娥三號”的質(zhì)量變化） C．在b軌道上，衛(wèi)星在P點的速度比在R點的速度大 D．“嫦娥三號”在a、b軌道上正常運行時，通過同一點P時，加速度相等18．（2021春?安徽月考）已知地球的第一宇宙速度為7.9km/s，第二宇宙速度為11.2km/s，第三宇宙速度為16.7km/s。下列敘述正確的是（）A．第一宇宙速度是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度 B．第二宇宙速度是成為地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度 C．所有地球衛(wèi)星環(huán)繞地球的運行速度都介于7.9km/s和11.2km/s之間 D．要發(fā)射土星探測器速度要大于第二宇宙速度19．（2021春?文山市校級月考）衛(wèi)星在A點從圓形軌道I進入橢圓軌道II，B為軌道II上的一點，如圖所示，關(guān)于衛(wèi)星的運動，下列說法中正確的是（）A．衛(wèi)星在圓形軌道I上過A點時加速可能進入橢圓軌道II B．在軌道II上經(jīng)過A的速度小于在軌道I上經(jīng)過A的速度 C．在軌道II上運動的周期小于在軌道I上運動的周期 D．在軌道II上經(jīng)過A的加速度小于在軌道I上經(jīng)過A的加速度20．（2021?安徽模擬）2021年2月5日20時，“天問一號”探測器發(fā)動機點火工作，順利完成地火轉(zhuǎn)移段第四次軌道中途修正，以確保按計劃實施火星捕獲。若“天問一號”被火星捕獲后，經(jīng)過多次調(diào)整，進入預設(shè)的環(huán)火圓軌道做勻速圓周運動。如圖所示的橢圓軌道1、2為兩次調(diào)整軌道，A是兩橢圓軌道的近火點，B、C分別是橢圓軌道1、2的遠火點，若A、B間的距離為d1、A、C間的距離為d2；“天問一號”在軌道1、2上的運動周期分別為T1、T2；橢圓1、2的面積分別為S1、S2；“天問一號”在軌道1、2上的A點加速度分別為a1、a2。則（）A．T1＝T2 B．a(chǎn)1＝a2 C． D．21．（2021?南平二模）2020年11月24日，長征五號遙五運載火箭托舉嫦娥五號向著月球飛馳而去。12月17日，在闖過月面著陸、自動采樣、月面起飛、月軌交會對接、再入返回等多個難關(guān)后，歷經(jīng)重重考驗的嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，成功返回地面。如圖為“嫦娥五號”發(fā)射到達環(huán)月軌道的行程示意圖，下列說法正確的是（）A．在地月轉(zhuǎn)移軌道上無動力奔月時，動能不斷減小 B．接近環(huán)月軌道時，需要減速才能進入環(huán)月軌道 C．“嫦娥五號”在地月轉(zhuǎn)移軌道上運動的最大速度小于11.2km/s D．“嫦娥五號”在地球表面加速升空過程中地球引力越來越小，處于失重狀態(tài)22．（2021?江西模擬）2021年2月10日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”火星探測衛(wèi)星順利實施近火制動，完成火星捕獲，正式踏入環(huán)繞火星軌道．假設(shè)火星可視為半徑為R的均勻球體，探測衛(wèi)星沿橢圓軌道繞火星運動，如圖所示．橢圓軌道的“近火點”P離火星表面的距離為2R，“遠火點”Q離火星表面的距離為4R，萬有引力常量為G．下列說法正確的是（）A．若已知探測衛(wèi)星在橢圓軌道運行的周期為T，可以計算得出火星的質(zhì)量 B．若已知探測衛(wèi)星在橢圓軌道運行的周期為T，可以計算得出火星的第一宇宙速度 C．探測衛(wèi)星在“近火點”P和“遠火點”Q的速率之比為2：1 D．探測衛(wèi)星在“近火點”P和“遠火點”Q的加速度大小之比為25：923．（2021?張家口三模）一衛(wèi)星在赤道上空繞地球表面做勻速圓周運動，其運動周期T＝1.5h。某時刻該衛(wèi)星位于赤道上一建筑物的正上方，如圖所示。從衛(wèi)星第一次出現(xiàn)在建筑物的正上方開始計時，下列說法正確的是（）A．地球自轉(zhuǎn)角速度大于此衛(wèi)星的角速度 B．建筑物隨地球運動的線速度小于此衛(wèi)星運動的線速度 C．從計時開始經(jīng)過1.6h，此衛(wèi)星再次出現(xiàn)在該建筑物的正上方 D．從計時開始經(jīng)過1.5h，此衛(wèi)星再次出現(xiàn)在該建筑物的正上方24．（2021?濟南三模）2021年2月10日19時52分，中國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器實施近火捕獲制動，探測器順利進入近火點高度約400千米，周期約10個地球日的環(huán)火橢圓軌道，軌道如圖所示，“天問一號”成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星。已知火星的直徑約為地球直徑的一半，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的10%，自轉(zhuǎn)周期約為一個地球日，關(guān)于火星和天問一號的下列說法正確的是（）A．天問一號在近火點的速度比遠火點速度大 B．天問一號在遠火點的速度比火星的第一宇宙速度大 C．火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度 D．根據(jù)以上信息可以估算出火星的密度25．（2021?福建模擬）2021年2月15日17時，天問一號火星探測器在“火星捕獲軌道”的遠火點成功實施平面機動，進入兩極上空的“環(huán)火星1軌道”，之后多次在近火點實施制動，進入運行周期為火星自轉(zhuǎn)周期2倍的“火星停泊軌道”。載荷的高分辨率相機、光譜儀等儀器將對預選著陸區(qū)地形地貌、沙塵天氣等進行詳查，為擇機著陸火星做好準備，則天問一號（）A．在“火星停泊軌道”的運行周期大于它在“環(huán)火星2軌道”的運行周期 B．在“火星停泊軌道”從近火點向遠火點運動過程機械能守恒 C．在“火星停泊軌道”每次經(jīng)過近火點時，都在火星上同一個位置的正上空 D．在“火星捕獲軌道“的遠火點要沿捕獲軌道的速度反方向點火進入“環(huán)火星1軌道”26．（2021?讓胡路區(qū)校級一模）2020年6月23日上午，北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射。北斗三號共有三種衛(wèi)星，中圓軌道衛(wèi)星、地球靜止軌道衛(wèi)星和傾斜同步軌道衛(wèi)星，中圓軌道衛(wèi)星的軌道半徑比地球靜止軌道衛(wèi)星的軌道半徑小，若將衛(wèi)星繞軌道運行近似看作勻速圓周運動，則中圓軌道衛(wèi)星比地球靜止軌道衛(wèi)星（）A．速度變化更快 B．速度變化更慢 C．與地心連線在單位時間內(nèi)掃過的面積更大 D．與地心連線在單位時間