2025新課改-高中物理-必修第2冊（16講）10 C宇宙速度與人造地球衛(wèi)星 提升版

2025新課改-高中物理-必修第2冊（16講）10C宇宙速度與人造地球衛(wèi)星提升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動，周期與地球自轉周期相同.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(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)因為地球對衛(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，運轉方向必須跟地球自轉方向一致，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春?揚州期末）火星的兩顆衛(wèi)星分別為“火衛(wèi)一”和“火衛(wèi)二”，它們的軌道近似為圓，已知“火衛(wèi)一”的軌道半徑小于“火衛(wèi)二”，它們的周期分別為T1和T2，線速度大小分別為v1和v2，則下列關系正確的是（）A．T1＝T2 B．T1＞T2 C．v1＝v2 D．v1＞v22．（2021春?揚州期末）如圖所示，某衛(wèi)星繞行星沿橢圓軌道運行，圖中S1、S2兩部分陰影面積大小相等．則下列關于衛(wèi)星運動的說法正確的是（）A．衛(wèi)星在b點的速率等于在d的速率 B．衛(wèi)星在b點的速率小于在d的速率 C．衛(wèi)星從a到b的運行時間大于從c到d的運行時間 D．衛(wèi)星從a到b的運行時間等于從c到d的運行時間隨堂練習1．（2021春?連云港期末）2020年1月16日，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射一顆由“快舟一號甲”火箭運載的5G低軌寬帶衛(wèi)星，也是全球首顆5G衛(wèi)星，可以有效解決沙漠、海洋等地區(qū)網(wǎng)絡覆蓋和接入難的問題。假設該衛(wèi)星的軌道為圓形，比地球同步衛(wèi)星軌道低，該衛(wèi)星與同步衛(wèi)星相比，下列說法正確的是（）A．線速度較小 B．角速度較小 C．周期較大 D．向心加速度較大2．（2021春?大姚縣校級月考）我國首顆由東中校友潘建偉主導的量子衛(wèi)星于2016年8月16日1點40分成功發(fā)射．量子衛(wèi)星成功運行后，我國將在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系．如圖所示，量子衛(wèi)星最后定軌在離地面5×102km的預定圓周軌道，已知地球半徑約為6.4×103km，同步衛(wèi)星距地面約3.6×104km，下列說法正確的是（）A．量子衛(wèi)星的發(fā)射速度可能為7.8m/s B．量子衛(wèi)星的環(huán)繞速度小于同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度 C．量子衛(wèi)星的向心加速度小于同步衛(wèi)星的向心加速度 D．量子衛(wèi)星繞地球的周期小于同步衛(wèi)星繞地球的周期3．（2021春?巨鹿縣校級月考）2020年6月23日9時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號乙”運載火箭把北斗全球導航系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星成功定點于地球同步軌道，宣布了北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)成功.已知引力常量為G，地球的質量和半徑分別為M和R，地球同步軌道離地高度為h，同步衛(wèi)星的周期為T（近似認為24h），下列說法正確的（）A．所有繞地球做圓周運動周期是24h的衛(wèi)星一定是同步衛(wèi)星 B．所有地球同步衛(wèi)星受到的向心力大小相等 C．地球同步衛(wèi)星所在軌道處的重力加速度g＝ D．同步衛(wèi)星的周期T＝4．（2021?東城區(qū)校級三模）2020年5月15日中國的火星探測器天問1號成功在火星表明著陸，如圖為天問1號的降落器“祝融”運行的降低軌道示意圖，由橢圓軌道1、橢圓軌道2、圓軌道3、最終經(jīng)過軌道4落在火星表面附近，最后啟動主發(fā)動機進行反沖，穩(wěn)穩(wěn)的落在火星表面，P點是它們的內切點。關于探測器的上述運動過程中，下列說法中正確的是（）A．飛船在軌道1和軌道2上運動時的機械能相等 B．飛船在軌道2上由Q點向P點運動的過程中速度增大，機械能減小 C．飛船在軌道1上運行經(jīng)過P點的速度大于在軌道2上運行經(jīng)過P點的速度 D．軌道4可以看做平拋運動的軌跡綜合練習一．選擇題（共15小題）1．（2021?葫蘆島二模）我國研制的全球首顆搭載主動激光雷達的大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星，將于2021年7月出廠待發(fā)射。與地球同步軌道衛(wèi)星（圖中衛(wèi)星1）不同，大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星（圖中衛(wèi)星2）是軌道平面與赤道平面夾角接近90°的衛(wèi)星，一天內環(huán)繞地球飛14圈，運行軌道均視為圓。下列說法正確的是（）A．衛(wèi)星1的周期小于衛(wèi)星2的周期 B．衛(wèi)星1與衛(wèi)星2距離地面高度相同 C．衛(wèi)星1的速度小于衛(wèi)星2的速度 D．衛(wèi)星1的向心加速度大于衛(wèi)星2的向心加速度2．（2021?浙江模擬）2021年2月24日6時29分，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器成功實施第三次近火制動，進入近火點280km、遠火點5.9×104km、周期為2個火星日的火星停泊軌道。已知一個火星日時長約為24小時39分鐘，假設火星可視為質量分布均勻的球體，在引力常量G未知的情況下，由以上信息可知（）A．若知道火星的半徑，則可求得火星的密度 B．若知道火星的質量，則可求得火星的密度 C．若知道火星的半徑，則可求火星的同步衛(wèi)星的高度 D．若知道火星的質量，則可求得火星表面的重力加速度3．（2021?淮安模擬）北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，關于其中的靜止軌道衛(wèi)星，下列判斷正確的是（）A．其發(fā)射速度需大于11.2km/s，繞行速度小于7.9km/s B．其反射的電磁波信號可以直接傳播到北極點和南極點 C．若不加以干預，在空間阻力的作用下，其動能可能增大 D．若要回收該衛(wèi)星，需使其點火加速4．（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．5min5．（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?！疤鞂m一號”空間實驗室于2011年9月在酒泉發(fā)射升空，設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，共計接待6名航天員，完成多項科學實驗。設“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)，可求出地球的質量，地球質量也可表達為 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”的航天員在一天內可以看到日出的次數(shù)是6．（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，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，月球質量大約是地球的，月球半徑大約是地球的．下列有關說法中正確的是（）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7．（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”的航天員將在天內多次看到日出日落的神奇現(xiàn)象。則下列關于“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量8．（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，下列關于嫦娥五號從月球返回過程中有關說法正確的是（）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．在地月轉移軌道上飛行的過程中可能存在不受萬有引力的瞬間9．（2021?姜堰區(qū)模擬）2021年5月15日，我國首次火星探測任務“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%，火星質量約為地球質量的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/s210．（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，質量約為地球的，自轉軸傾角、自轉周期與地球很接近，但公轉周期是地球的兩倍。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11．（2021?重慶模擬）2020年7月23日，我國自主研制的第一顆火星探測器“天問一號”在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空，之所以選擇這天，是因為地球與火星必須處于特定位置（如圖所示）才能發(fā)射。此時間被稱為“發(fā)射窗口期”。設定火星與地球繞太陽運動的軌道在同一平面內，且均可視為勻速圓周運動，已知火星繞太陽運動的軌道半徑的為地球繞太陽運動的軌道半徑的1.52倍，則相鄰兩次“發(fā)射窗口期”的時間間隔約為（）（）A．360天 B．540天 C．680天 D．780天12．（2021?順德區(qū)模擬）從申請加入國際空間站被拒，到成為全球第三個獨立自主擁有全套載人航天技術的國家，中國航天人克難攻堅，成果斐然。2021年4月29日，長征運載火箭在海南文昌成功將空間站“天和”核心艙送入高度約400km的預定軌道，中國空間站在軌組裝建造全面展開。今年還將發(fā)射“問天”和“夢天”兩個實驗艙，完成與核心艙對接，并再發(fā)射“天舟”貨運飛船、“神舟”載人飛船各兩艘，為空間站送去乘組和物資，最終完成中國第一座空間站“天宮”的建造。下列說法正確的是（）A．衛(wèi)星發(fā)射選在文昌會比在西昌更省燃料 B．空間站繞地飛行周期大于24小時 C．空間站繞地飛行速度大于第一宇宙速度 D．要實現(xiàn)實驗艙與核心艙的對接，需要把實驗艙送入核心艙軌道后再加速追上核心艙13．（2021?湖北模擬）2021年2月24日6時29分，天問一號火星探測器成功實施第三次近火制動，進入近火點到火星表面的距離為280km、遠火點到火星表面的距離為5.9×104km、周期為2個火星日的火星停泊軌道，探測器將在停泊軌道上運行約3個月。已知火星的半徑為R＝3.4×106m，火星表面的重力加速度為0.38g（g為地球表面的重力加速度，取10m/s2），≈1.6，下列說法正確的是（）A．探測器在停泊軌道上相對火星靜止不動 B．探測器在從近火點向遠火點運動的過程中速度越來越小，機械能也減小 C．探測器在遠火點運動的速率大于3.6km/s D．若能發(fā)射火星的同步衛(wèi)星，則同步衛(wèi)星的軌道半徑約為2×104km14．（2021?高州市二模）2020年7月23日12時41分，火星探測器“天問一號”成功發(fā)射，標志著我國已經(jīng)開啟了探索火星之旅?！疤靻栆惶枴笔紫冗M入圓軌道環(huán)繞火星做勻速圓周運動，然后調整姿態(tài)懸停在火星上空，再向下加速、減速，“天問一號”著陸火星表面并執(zhí)行任務。已知地球與火星的質量比為a，地球與火星的半徑比為b。則下列說法正確的是（）A．地球與火星表面的重力加速度的比值為 B．地球與火星的近地衛(wèi)星周期的比值為 C．地球與火星的第一宇宙速度的比值為 D．“天問一號”在環(huán)繞火星運動、懸停、向下加速以及減速的過程中，處于失重狀態(tài)15．（2021?遼寧模擬）如圖為一退役衛(wèi)星繞地球M運動的示意圖，衛(wèi)星先繞虛線圓軌道運行，在B點處變軌進入橢圓軌道，A、B分別為橢圓軌道的近地點和遠地點，A點與地球球心的距離為a，B點與地球球心的距離為b，半短軸的長度為c。當退役衛(wèi)星運動到A點時，再次變軌進入大氣層以實現(xiàn)回收太空垃圾的目的，則下列說法中正確的是（引力常量為G，地球質量為M）（）A．退役衛(wèi)星沿橢圓軌道從B點經(jīng)C點運動到A點的過程中，速率先減小后增大 B．退役衛(wèi)星在C點的加速度大小a＝ C．若要將退役衛(wèi)星帶回地球大氣層，微型電力推進器需提供動力使其加速運動 D．退役衛(wèi)星在A點變軌剛要進入大氣層的速度比虛線圓軌道的速度小二．多選題（共15小題）16．（2021?十一模擬）火星探測項目是我國繼載人航天工程、探月工程之后又一個重大空間探索項目，也是我國首次開展的地外行星空間環(huán)境探測活動。據(jù)報道，我國將于2020年發(fā)射火星探測器。假設圖示三個軌道是探測器繞火星飛行的軌道，其中軌道1、軌道3是圓形軌道，軌道是橢圓軌道，三個軌道在同一平面內，軌道2與軌道1相切于P點，與軌道3相切于Q點，探測器在軌道2上運行時，在P點的速率為v1、在Q點的速率為v2。T1、T2分別表示探測器在軌道1、軌道3上運行的周期，R1、R2分別表示軌道1、軌道3的半徑。引力常量為G，不計探測器在變軌過程中的質量變化，則下列說法正確的是（）A．探測器在軌道2上運行的周期T＝ B．探測器在軌道1上運動時，它的向心加速度a＝ C．火星的質量小于v1 D．探測器在軌道3上運行時的動能小于在P點時的動能17．（2021?咸陽一模）我國已掌握“半彈道跳躍式高速再入返回技術”，為實現(xiàn)“嫦娥”飛船月地返回任務奠定基礎。如圖所示，假設與地球同球心的虛線球面為地球大氣層邊界，虛線球面外側沒有空氣，返回艙從a點無動力滑入大氣層，然后經(jīng)b點從c點“跳”出，再經(jīng)d點從e點“躍入”實現(xiàn)多次減速，可避免損壞返回艙。d點為軌跡最高點，離地面高h，已知地球質量為M，半徑為R，引力常量為G。則返回艙（）A．在d點加速度等于 B．在d點速度等于 C．虛線球面上的a、c兩點離地面高度相等，所以va＝vc D．虛線球面上的c、e兩點離地面高度相等，所以vc＝ve18．（2021?永州模擬）如圖所示，赤道上空的衛(wèi)星A距地面高度為R，質量為m的物體B靜止在地球表面的赤道上，衛(wèi)星A繞行方向與地球自轉方向相同。已知地球半徑也為R，地球自轉角速度為ω0，地球的質量為M，引力常量為G，若某時刻衛(wèi)星A恰在物體B的正上方，下列說法正確的是（）A．物體B受到地球的引力為mR B．衛(wèi)星A的線速度為 C．衛(wèi)星A再次到達物體B上方的時間為 D．衛(wèi)星A與物體B的向心加速度之比為19．（2021春?懷仁市期中）假設地球可視為質量均勻分布的球體，已知地球表面的重力加速度在兩極的大小為g0，在赤道的大小為g，地球半徑為R，引力常數(shù)為G，則（）A．地球同步衛(wèi)星距地表的高度為（﹣1）R B．地球的質量為 C．地球的第一宇宙速度為 D．地球密度為20．（2020秋?沙坪壩區(qū)校級月考）以兩天體A、B中心連線為底的等邊三角形的第三個頂點被稱為“三角拉格朗日點”。如果在該點有一顆質量遠小于A、B的衛(wèi)星C，則三者可以組成一個穩(wěn)定的三星系統(tǒng)，如圖所示。由于C對A、B的影響很小，故A、B又可視作雙星系統(tǒng)繞連線上某定點P（未畫出）做勻速圓周運動。已知天體A、B、C的質量分布均勻，且分別為m1、m2、m3，已知m1＝2m2，兩天體A、B中心間距為L，萬有引力常量為G，則下列說法正確的是（）A．天體A做勻速圓周運動的軌道半徑為 B．天體A、B所需要的向心力大小之比為2：1 C．衛(wèi)星C所受合力恰好指向P點 D．衛(wèi)星C的周期為2π21．（2020秋?未央?yún)^(qū)校級月考）如圖所示，在某行星表面上有一傾斜的勻質圓盤，盤面與水平面的夾角為30°，圓盤繞垂直于盤面的固定對稱軸以恒定的角速度轉動，盤面上離轉軸距離L處有一小物體與圓盤保持相對靜止。已知能使小物體與圓盤保持相對靜止的最大角速度為ω，物體與盤面間的動摩擦因數(shù)為（設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力），該星球的半徑為R，引力常量為G，下列說法正確的是（）A．這個行星的質量M＝ B．這個行星的第一宇宙速度v1＝2ω C．這個行星的同步衛(wèi)星的周期是 D．離行星表面距離為2R的地方的重力加速度為ω2L22．（2020秋?贛州期中）2020年5月12日9時16分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用快舟一號甲運載火箭，以“一箭雙星”方式，成功將行云二號01/02星發(fā)射升空，衛(wèi)星進入預定軌道，發(fā)射取得圓滿成功，此次發(fā)射的“行云二號”01星被命名為“行云?武漢號”，箭體涂刷“英雄武漢偉大中國”八個大字，畫上了“致敬醫(yī)護工作者群像”，致敬英雄的城市、英雄的人民和廣大醫(yī)護工作者。如圖所示，設地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g0，“行云?武漢號”在半徑為R的近地圓形軌道Ⅰ上運動，到達軌道的A點時點火變軌進入橢圓軌道Ⅱ，到達軌道的遠地點B時，再次點火進入軌道半徑為4R的圓形軌道Ⅲ繞地球做圓周運動，設“行云?武漢號”質量保持不變。則（）A．“行云?武漢號”在軌道Ⅰ、Ⅲ上運行的周期之比為1：8 B．“行云?武漢號”在軌道Ⅲ的運行速率大于 C．飛船在軌道Ⅰ上經(jīng)過A處點火前的加速度大小等于地球赤道上靜止物體的加速度大小 D．“行云?武漢號”在軌道Ⅰ上的機械能小于在軌道Ⅲ上的機械能23．（2020秋?上月考）假設地球的半徑為R且質量分布均勻。已知地球表面重力加速度在兩極的大小為g0，在赤道的大小為σg0（σ＜1），引力常量為G，則下列說法正確的是（）A．質量為m的人站在赤道上，對地球的壓力大小為σmg0 B．質量為m的人站在赤道上，對地球的壓力大小為2σmg0 C．地球的自轉周期為 D．地球的自轉周期為24．（2020春?汕尾期末）2018年12月8日，我國探月工程“嫦娥四號”探測器在四川西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。經(jīng)歷地月轉移、環(huán)月飛行，近月制動，約27天的奔月旅程后，最終實現(xiàn)人類首次在月球背面軟著陸，開展月球背面就位探測及巡視探測。下列說法正確的是（）A．從地面發(fā)射升空的過程中，“嫦娥四號”探測器處于完全失重的狀態(tài) B．環(huán)月飛行的過程中，“嫦娥四號”探測器處于完全失重的狀態(tài) C．從環(huán)月飛行到在月球背面著陸的過程中，月球對“嫦娥四號”探測器的引力不斷增大 D．在地月轉移軌道上，地球對“嫦娥四號”探測器的引力不斷減小且對“嫦娥四號”探測器不做功25．（2020春?懷化期末）“軌道康復者”航天器可在太空中給“垃圾”衛(wèi)星補充能源，延長衛(wèi)星使用壽命。如圖所示，“軌道康復者”航天器在圓軌道1上運動，一顆能源即將耗盡的地球同步衛(wèi)星在圓軌道3上運動，橢圓軌道2與圓軌道1、3分別相切于Q點和P點，則下列說法正確的是（）A．軌道3的高度是一定的，其軌道平面可以與赤道平面成任意夾角 B．“軌道康復者”在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度與在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度相等 C．“軌道康復者”要運動到軌道3上去給同步衛(wèi)星補充能量，需要在Q、P兩點分別點火加速才可能實現(xiàn) D．“軌道康復者”在軌道3上的運行的速率比軌道1上大26．（2020?揚州模擬）2020年5月31日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭，以“一箭雙星”的方式，成功將高分九號02星和德四號衛(wèi)星送入預定軌道。假設兩顆衛(wèi)星均做勻速圓周運動，高分九號02星的軌道半徑R1小于德四號衛(wèi)星的軌道半徑R2，已知地球表面的重力加速度為g，則高分九號02星（）A．線速度大小為 B．線速度大于德四號衛(wèi)星的線速度 C．周期小于德四號衛(wèi)星的周期 D．向心加速度大于地球表面重力加速度27．（2020春?日照期末）2020年6月23日上午，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的“收官之星”成功發(fā)射，標志著北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球星座組網(wǎng)部署最后一步完成，中國北斗將點亮世界衛(wèi)星導航的天空?！笆展僦恰弊詈箪o止在地面上空（與地面保持相對靜止），該衛(wèi)星距地面的高度為h。已知地球的半徑為R，地球表面的重力加速度為g，萬有引力常量為G，由此可知（）A．“收官之星”運動的周期為2π B．“收官之星”運動的軌道一定與赤道共面 C．“收官之星”運動的加速度為 D．地球的平均密度為28．（2020春?蓮湖區(qū)期末）我國北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)定位精度高，測速誤差小，信號強度好。為繼續(xù)補充北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)的功能，將繼續(xù)發(fā)射A、B兩顆衛(wèi)星，兩顆衛(wèi)星均繞地球做勻速圓周運動，已知兩顆衛(wèi)星距地球表面的高度分別為hA、hB，且hA大于hB，衛(wèi)星A、B運行的周期分別為TA、TB，地球半徑為R，忽略地球自轉的影響。下列說法正確的是（）A．衛(wèi)星A的線速度大于衛(wèi)星B的線速度 B．衛(wèi)星A的周期大于衛(wèi)星B的周期 C．根據(jù)以上數(shù)據(jù)可求得地球表面的重力加速度大小 D．若某時刻兩衛(wèi)星相遇（即距離最近），則到兩衛(wèi)星下一次相遇時要經(jīng)過的時間為29．（2020春?煙臺期末）如圖所示，A是地球的同步衛(wèi)星，B和C是位于赤道平面內同一圓形軌道上的另外兩顆衛(wèi)星。已知衛(wèi)星B和衛(wèi)星C繞行方向與地球自轉方向相同，某時刻A、B兩衛(wèi)星相距最近（地心O、B、A在同一直線上），地球自轉周期為T0，衛(wèi)星B運轉周期為T，則（）A．衛(wèi)星B運轉周期T小于地球自轉周期T0 B．衛(wèi)星B和衛(wèi)星C所受的向心力大小相等 C．要實現(xiàn)衛(wèi)星B和衛(wèi)星C對接，只要衛(wèi)星B加速即可 D．經(jīng)過時間t＝，A、B兩衛(wèi)星再次相距最近30．（2020春?重慶期末）如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的3顆衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A．b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度 B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 C．c加速可追上同一軌道上的b，b減速可等候同一軌道上的c D．假設a衛(wèi)星由于稀薄空氣的阻力，軌道半徑緩慢減小，則其動能增大三．填空題（共10小題）31．（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＝。32．（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。33．（2021春?石首市校級月考）有兩顆人造地球衛(wèi)星，質量之比是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＝。34．（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，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。35．（2020秋?大武口區(qū)校級月考）已知地球的質量為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＝。36．（2020春?涼州區(qū)校級期中）第一宇宙速度是最繞行速度，也是最發(fā)射速度（填大或?。?7．（2020春?茶陵縣校級月考）兩顆球形行星A和B各有一顆衛(wèi)星a和b，衛(wèi)星的圓形軌道接近各自行星的表面，如果兩顆行星的質量之比，半徑之比＝2，則兩顆衛(wèi)星的周期之比等于。38．（2020春?煙臺期中）如圖所示，人造衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運動，當衛(wèi)星運動到軌道上遠地點P時，速度大小為v，P點距離地球球心的距離為r，當衛(wèi)星從近地點運動到P點的過程中，衛(wèi)星的引力勢能（選填“變大、“不變”或“變小”）；衛(wèi)星在P點的加速度a（選填“大于”、“等于”或“小于”）。39．（2020?松江區(qū)二模）如圖，地球的某顆衛(wèi)星先在A軌道做勻速圓周運動，后變軌至B軌道，衛(wèi)星受到地球的引力大?。焕@地球飛行的速率。（選填“變大”、“不變”、“變小”）40．（2020?徐匯區(qū)校級模擬）地球赤道上有一物體隨地球的自轉，向心加速度為a1，近地衛(wèi)星的向心加速度為a2，地球的同步衛(wèi)星向心加速度為a3，設地球表面的重力加速度為g，則a2a3，a1g．（選填“大于”、“小于”或“等于”）四．計算題（共2小題）41．（2020秋?鼓樓區(qū)校級期末）已知某衛(wèi)星在赤道上空的圓形軌道運行，軌道半徑為r1，運行周期為T，衛(wèi)星運動方向與地球自轉方向相同，不計空氣阻力，萬有引力常量為G。求：（1）地球質量M的大??；（2）如圖所示，假設某時刻，該衛(wèi)星在A點變軌進入橢圓軌道，近地點B到地心距離為r2，求衛(wèi)星在橢圓軌道上的周期T1；（3）衛(wèi)星在赤道上空軌道半徑為r1的圓形軌道上運行，小明住在赤道上某城市，某時刻，該衛(wèi)星正處于小明的正上方，在后面的一段時間里，小明觀察到每兩天恰好三次看到衛(wèi)星掠過其正上方，求地球自轉周期T0。（2017春?太康縣校級期末）已知地球半徑為R，地球自轉角速度為ω，地球表面的重力加速度為g，則在赤道上空，一顆相對地面靜止的同步通訊衛(wèi)星離地面的高度為多少？（用已知量表示）相對論時空觀與牛頓力學的局限性知識點：相對論時空觀與牛頓力學的局限性一、相對論時空觀1.19世紀，英國物理學家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c.2.1887年邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學中不同參考系之間的速度變換關系不符(填“相符”或“不符”).3.愛因斯坦假設：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的.4.時間延緩效應(1)如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)Δt與Δτ的關系總有Δt＞Δτ，即物理過程的快慢(時間進程)與運動狀態(tài)有關.(填“有關”或“無關”)5.長度收縮效應：(1)如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關系是l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).(2)l與l0的關系總有l(wèi)＜l0，即運動物體的長度(空間距離)跟物體的運動狀態(tài)有關.(填“無關”或“有關”)二、牛頓力學的成就與局限性1.牛頓力學的成就：牛頓力學的基礎是牛頓運動定律，萬有引力定律的建立與應用更是確立了人們對牛頓力學的尊敬.2.牛頓力學局限性：牛頓力學的適用范圍是低速(填“高速”或“低速”)運動的宏觀(填“宏觀”或“微觀”)物體.(1)當物體以接近光速運動時，有些與牛頓力學的結論不相同.(2)電子、質子、中子等微觀粒子的運動不能用牛頓力學來說明.3.牛頓力學不會被新的科學成就所否定，當物體運動的速度遠小于光速c時，相對論物理學與牛頓力學的結論沒有區(qū)別.技巧點撥一、相對論時空觀1.低速與高速(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動物體.(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速.2.相對論的兩個效應(1)時間延緩效應：運動時鐘會變慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)長度收縮效應：運動長度會收縮，即l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).3.對于低速運動的物體，相對論效應可以忽略不計，一般用經(jīng)典力學規(guī)律來處理；對于高速運動問題，經(jīng)典力學不再適用，需要用相對論知識來處理.二、牛頓力學的成就與局限性1.經(jīng)典力學的成就(1)經(jīng)典力學體系是時代的產物，是現(xiàn)代機械、土木建筑、交通運輸以至航空航天技術的理論基礎.(2)經(jīng)典力學的思想方法對藝術、政治、哲學等社會科學領域也有巨大影響.2.經(jīng)典力學的局限性及適用范圍(1)經(jīng)典力學適用于低速運動的物體，相對論闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律.(2)經(jīng)典力學適用于宏觀世界；量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律.3.相對論和量子力學沒有否定經(jīng)典力學(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與經(jīng)典物理學的結論沒有區(qū)別；(2)當?shù)慕Y論沒有區(qū)別.(3)相對論和量子力學并沒有否定經(jīng)典力學，經(jīng)典力學是二者在一定條件下的特殊情形例題精練1．關于經(jīng)典力學的成就與局限性的有關說法不正確的是（）A．經(jīng)典力學又稱牛頓力學 B．與經(jīng)典力學體系相適應，牛頓建立了絕對時空觀 C．經(jīng)典力學能解釋微觀世界豐富多彩的現(xiàn)象 D．經(jīng)典力學只適用于宏觀（＞10﹣10m）、低速（v?c）、弱引力場（例如地球附近）2．（2021春?豐臺區(qū)期中）下列運動中，牛頓力學規(guī)律適用的是（）A．研究原子中電子的運動 B．高能粒子（速度較大）進一步加速 C．粒子接近光速的運動 D．嫦娥一號探月衛(wèi)星的運動隨堂練習1．（2021春?玄武區(qū)校級月考）下列運動中不能用經(jīng)典力學規(guī)律描述的是（）A．子彈的飛行 B．粒子接近光速的運動 C．人造衛(wèi)星繞地球運動 D．和諧號從南通向上海飛馳2．（2020秋?嘉定區(qū)期末）經(jīng)典力學有一定的局限性。當物體以下列速度運動時，經(jīng)典力學不再適用的是（）A．2.5×10﹣1m/s B．2.5×102m/s C．2.5×105m/s D．2.5×108m/s3．（2015秋?海門市校級期中）如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v（v接近光速c）．地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離（）A．大于L B．等于L C．小于L D．不能確定4．（2020春?寧波期末）經(jīng)典力學有一定的局限性，下列情境中經(jīng)典力學不適用的是（）A．小朋友坐滑梯下滑 B．輪船在大海上航行 C．宇宙粒子接近光速運動 D．子彈在空中高速飛行綜合練習一．選擇題（共10小題）1．（2020春?淮安區(qū)期中）牛頓力學也有其局限性，在下列情形中能夠成立的是（）A．宏觀物體高速運動 B．微觀世界 C．宏觀物體低速運動 D．強引力場2．（2020春?沭陽縣期中）一枚靜止時長30m的火箭以1.5×108m/s的速度從觀察者的身邊掠過，已知光速為3×108m/s，觀察者測得火箭的長度約為（）A．30m B．15m C．34m D．26m3．（2020春?徐州期中）相對論和量子力學的出現(xiàn)使人們認識到經(jīng)典力學的適用范圍是（）A．低速運動宏觀世界 B．低速運動微觀世界 C．高速運動微觀世界 D．高速運動宏觀世界4．（2019春?張家界期末）關于經(jīng)典力學，下列說法錯誤的是（）A．由于相對論、量子力學的提出，經(jīng)典力學已經(jīng)被完全否定 B．經(jīng)典力學可看作相對論、量子力學在一定條件下的特殊情形 C．經(jīng)典力學在宏觀物體、低速運動、引力不太大時適用 D．經(jīng)典力學對高速運動的微觀粒子不適用5．（2019春?高臺縣校級期中）經(jīng)典力學不能適用于下列哪些運動（）A．火箭的發(fā)射 B．宇宙飛船繞地球的運動 C．“勇氣號”宇宙探測器的運動 D．以99%倍光速運行的電子束6．（2018春?扶余市校級期中）如果有一列火車，以很高的速度運動，車窗沿運動方向為長，垂直運動方向為寬，根據(jù)相對論的知識，地面上的人發(fā)現(xiàn)（）A．火車窗口比靜止時要長 B．火車窗口比靜止時要短 C．火車窗口比靜止時要寬 D．火車窗口比靜止時要窄7．（2018春?禪城區(qū)校級期中）經(jīng)典力學不能適用下列哪些運動（）A．火箭的發(fā)射 B．微觀粒子的波動性 C．“勇氣號”宇宙探測器在太空的運動 D．宇宙飛船繞地球的運動8．（2018春?平安區(qū)校級期中）經(jīng)典力學不適用于下列哪些運動（）A．火箭的發(fā)射 B．宇宙飛船繞地球的運動 C．微觀粒子的波動 D．汽車在公路上行駛9．（2018春?和平區(qū)校級月考）若一列火車以接近光速的速度在高速行駛，車上的人用望遠鏡來觀察地面上的一只排球，如果觀察的很清晰，則觀察結果是（）A．像一只乒乓球（球體變?。?B．像一只籃球（球體變大） C．像一只橄欖球（豎直放置） D．像一只橄欖球（水平放置）10．（2018春?資陽期末）下列說法中錯誤的是（）A．真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源的運動和觀察者的運動無關 B．在雙縫干涉實驗中，用紅光代替黃光作為入射光可減小干涉條紋的間距 C．光具有波粒二象性，傳播時往往表現(xiàn)出波動性，與物質相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性 D．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃反射光的影響二．多選題（共6小題）11．（2020春?綿陽期末）經(jīng)典力學有其局限性，相對論已經(jīng)成為現(xiàn)代科學技術的重要理論基礎之一。下列關于經(jīng)典力學的說法中，正確的是（）A．經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速、弱引力場 B．經(jīng)典力學適用于范圍在10﹣10m以內的微觀粒子運動 C．經(jīng)典力學認為時間、空間與物質及其運動之間是相互聯(lián)系的 D．按照經(jīng)典力學，只要知道初始條件，就可以準確確定體系以往和未來的運動狀態(tài)12．（2019春?揚州月考）假設有一列火車沿平