专题强化1 卫星发射和空间站 学案（含答案）--高中物理人教版（2019）必修 第二册
文档属性
| 名称 | 专题强化1 卫星发射和空间站 学案（含答案）--高中物理人教版（2019）必修 第二册 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-12-07 10:35:51 | ||
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文档简介
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高中物理必修二素养提升学案
第七章 万有引力与宇宙航行
专题强化1 卫星发射和空间站与航天
【知识点精讲】
1、卫星发射原理
人造地球卫星的发射原理：牛顿提出万有引力理论后，曾预言在高山上架一门大炮，水平发射炮弹。速度较小时，炮弹会落回地面；炮弹速度越大，射程越远。当速度达到7.9km/s时，炮弹永远不会落回地面，成了一颗人造地球卫星。
在地球引力的作用下,要使物体环绕地球做圆周运动,那么必须使得物体的 速度达到第一宇宙速度。 如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等,则 它将做圆周运动。 若其所需向心力大于地球引力,这是物体的运动轨迹就变成椭 圆轨道了。物体的速度比环绕速度(做圆周运动时的速度)大得越多,椭圆轨道 就越“扁长” ,直到达到第二宇宙速度,物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之 外。
人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。
(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上。
(2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。
二、地球同步卫星的特点
1．轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。
2．周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h＝86 400 s。
3．角速度一定：与地球自转的角速度相同。
4．高度一定：根据G＝mr得r＝≈4.24×104 km，卫星离地面高度h＝r－R≈3.6×104 km(为恒量)。
5．速率一定：运行速率v＝≈3.08 km/s(为恒量)。
6．绕行方向一定：与地球自转的方向一致。
【温馨提示】地球同步卫星的运行参数都相同，但卫星的质量不一定相同。
三、极地卫星和近地卫星
1．极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
2．近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s。
【温馨提示】
极地卫星和近地卫星的轨道平面一定通过地球的球心，并且所有绕地球做圆周运动的卫星的轨道圆心都是地球的球心。
3．人造卫星的加速度、线速度的大小、角速度和周期与轨道半径的关系
G＝
4．近地卫星、同步卫星及赤道上物体的比较
如图所示，a为近地卫星，半径为r1；b为地球同步卫星，半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，半径为r3。
近地卫星(r1、ω1、v1、a1) 同步卫星(r2、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体(r3、ω3、v3、a3)
向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力
轨道半径 r2＞r3＝r1
角速度 由＝mω2r得ω＝，故ω1＞ω2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3
ω1＞ω2＝ω3
线速度 由＝得v＝ ，故v1＞v2 由v＝rω得v2＞v3
v1＞v2＞v3
向心加速度 由＝ma得a＝，故a1＞a2 由a＝ω2r得a2＞a3
a1＞a2＞a3
特别注意：赤道上的物体不是卫星，不能用＝m。
5．三个运行物理量的大小比较
(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点速率分别为vA、vB。在A点加速，则vA＞v1，在B点加速，则v3＞vB，又因v1＞v3，故有vA＞v1＞v3＞vB。
(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。
(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行的周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1＜T2＜T3。
四 空间站
中国空间站（天宫空间站，英文名称：China Space Station）计划在2022年前后建成。空间站轨道高度为400~450公里，倾角42~43度，设计寿命为10年，长期驻留3人，总重量可达180吨，以进行较大规模的空间应用。 中国空间站包括核心舱、实验舱I、实验舱II、载人飞船 ( https: / / baike. / doc / 1555782-1644620.html" \t "_blank )(即已经命名的"神舟"号飞船)和货运飞船(天舟飞船)五个模块组成。各飞行器既是独立的飞行器，具备独立的飞行能力，又可以与核心舱组合成多种形态的空间组合体，在核心舱统一调度下协同工作，完成空间站承担的各项任务。核心舱有五个对接口，可以对接一艘货运飞船 ( https: / / baike. / doc / 5721123-5933853.html" \t "_blank )、两艘载人飞船和两个实验舱，另有一个供航天员出舱活动的出舱口。
【典例剖析】
【典例1】．. (2022福建泉州质检五)人造地球卫星和地心连线与地面的交点称为星下点，如图甲所示。卫星运动和地球自转使星下点在地球表面移动，形成星下点轨迹。天宫空间站的星下点轨迹如图乙，其相邻两次经过赤道的时间间隔为t。若天宫空间站的轨道近似为圆，地球半径为R，地面的重力加速度为g，则天宫空间站（ ）
A. 轨道平面与赤道平面不共面
B. 运行周期为
C. 运行速度为
D. 离地高度为
【参考答案】AD
【名师解析】
．根据如图乙所示的天宫空间站的星下点轨迹可知，轨道平面与赤道平面不共面，A正确；由于其相邻两次经过赤道的时间间隔为t，则可知运行周期为2，B错误；设人造地球卫星的运行的轨道半径为r，则运行速度为,C错误；
根据万有引力提供向心力，可得,又
解得离地高度为,D正确。
【典例2】.（2022北京朝阳区高三下质量检测一）2．2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的。下列说法正确的是（ ）
A．核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的倍
B．核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9km/s
C．核心舱在轨道上飞行的周期小于24h
D．后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小
【参考答案】C
【名师解析】由题意知，核心舱进入轨道后所受地球的万有引力为，而在地面上的引力大小为，可得，故A错误；
是第一宇宙速度，是圆轨道最大的环绕速度，根据环绕速度公式
因为，所以核心舱的飞行速度应小于7.9km/s，故B错误；
与同步卫星相比，核心舱的轨道半径远小于同步卫星，由，可得
故核心舱的运动周期小于同步卫星的周期，故C正确；
后续加挂实验舱后，根据上述环绕速度公式知，与环绕天体的质量m无关，但只要运行速度不变，则轨道半径不变，故D错误；
【典例3】. （2022河南洛阳一模） 2021年11月7日18时51分，航天员翟志刚、王亚平从“天和”核心舱成功出舱并到达指定作业点，如图所示。假设核心舱绕地球运动的线速度为v，航天员出舱的总时间为t，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，万有引力常量为G，则根据以上信息可以估算出（ ）
A. 地球密度 B. 核心舱离地高度
C. 核心舱的加速度 D. 核心舱受到地球的万有引力
【参考答案】ABC
【名师解析】．由黄金代换得，又，解得：，故A正确；由万有引力提供向心力得，联立解得：，故B正确；核心舱的加速度为，由于h已知，故C正确；
由于不知道核心舱的质量，故无法计算它受到地球的万有引力。故D错误。
【典例4】. (2022广东湛江模拟)2021年12月9日，中国空间站“天宫课堂”第一课正式开讲，这是时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。空间站转一圈的时间约90分钟，保证太空授课信号通畅的功臣是中继卫星，中继卫星在地球同步静止轨道运行，空间站、中继卫星绕地球的运动均可视为匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A. 空间站的角速度小于中继卫星的角速度
B. 空间站的加速度大于中继卫星的加速度
C. 空间站的线速度小于中继卫星的线速度
D. 中继卫星的线速度等于第一宇宙速度
【参考答案】B
【名师解析】中继卫星在地球同步静止轨道运行，周期为24小时，空间站转一圈约90分钟，由公式
知空间站角速度大于中继卫星角速度，故A错误；
由开普勒第三定律
知中继卫星轨道半径大于空间站轨道半径，由，得
知空间站的加速度大于中继卫星的加速度，故B正确；
由万有引力定律提供向心力，得
可知空间站的线速度大于中继卫星的线速度，中继卫星的线速度小于第一宇宙速度，故CD错误。
【典例5】. （2022湖南长沙长郡中学模拟） 2021年10月16日神舟十三号飞船顺利将3名航天员送入太空，并与天和核心舱对接。已知核心舱绕地球运行近似为匀速圆周运动，离地面距离约为390km，地球半径约为6400km，地球表面的重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A. 核心舱的向心加速度小于g
B. 核心舱运行速度大于7.9km/s
C. 由题干条件可以求出地球的质量
D. 考虑到稀薄大气的阻力，无动力补充，核心舱的速度会越来越小
【参考答案】A
【名师解析】
核心舱所处的重力加速度为，根据万有引力定律和牛顿第二定律
而在地面处，由于核心舱做匀速圆周运动，核心舱在该处的万有引力提供向心力，重力加速度等于向心加速度，因此向心加速度小于g，A正确；
根据可知轨道半径越大，运行速度越小，在地面处的运行速度为7.9km/s，因此在该高度处的运行速度小于7.9km/s，B错误；
根据，从题干信息无法知道G的值，因此无法求出地球的质量，C错误；
考虑到稀薄大气的阻力，无动力补充，核心舱逐渐做近心运动，轨道半径逐渐减小，运行速度会越来越大，D错误。
【典例6】.(2020·四川泸州市质量检测)我国实施空间科学战略性先导科技专项计划，已经发射了“悟空”“墨子”“慧眼”等系列的科技研究卫星，2019年8月31日又成功发射一颗微重力技术实验卫星．若微重力技术实验卫星和地球同步卫星均绕地球做匀速圆周运动时，微重力技术实验卫星的轨道高度比地球同步卫星低，下列说法中正确的是( )
A．该实验卫星的周期大于地球同步卫星的周期
B．该实验卫星的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度
C．该实验卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度
D．该实验卫星的角速度小于地球同步卫星的角速度
【参考答案】 B
【名师解析】
万有引力提供向心力，由G＝m2r＝m＝mω2r＝ma，解得：v＝，T＝2π，ω＝，a＝.实验卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，可知该实验卫星周期比地球同步卫星的小，向心加速度、线速度、角速度均比地球同步卫星的大，故选项B正确，A、C、D错误．
【典例7】. （2022河北唐山三模） 2022年3月23日下午，中国空间站“天宫课堂”再度开课，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验等，并与地面课堂学生进行了互动。以下说法正确的是（ ）
A. 空间站的运行速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间
B. 在空间站中水和油由于不受地球引力而处于混合态
C. “水油分离实验”中，同位置的水和油做圆周运动所需向心力不同
D. “太空抛物实验”中，冰墩墩被抛出后，做平抛运动
【参考答案】C
【名师解析】
第一宇宙速度是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，同时也是物体绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，当物体的速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间时，物体将绕地球做椭圆运动，“天宫”绕地球做匀速圆周运动，其运行速度不可能介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间，故A错误；
在空间站中水和油由于处于完全失重状态而处于混合态，但并不是不受地球引力，此时地球引力全部提供给“天宫”及其内部物体做匀速圆周运动向心力，故B错误；
“水油分离实验”中，同位置的水和油向心加速度相同，但由于水和油的密度不同，相同体积下水的质量比油的质量大，所需的向心力比油大，故C正确；
由于“天宫”中物体处于完全失重状态，所以不存在重力使物体物体下落的作用效果，在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后近似做直线运动，故D错误。
【典例8】. （2022山西临汾模拟）2021年12月9日航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站授课，他们在距地面的圆轨道上“天和”核心舱内为地球上的学生授课，实现天地互动，被称为“天宫课堂”。下列说法正确的是（ ）
A. 宇航员在空间站中处于完全失重状态，不受地球的引力
B. 该空间站绕地球的运行速度大于第一宇宙速度
C. 该空间站的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度
D. 在空间站中，液体对浸入其中物体不产生浮力
【参考答案】D
【名师解析】
宇航员在空间站中处于完全失重状态，地球对宇航员的万有引力提供他们围绕地球做圆周运动的向心力，故A错误；根据第一宇宙速度，由于空间站的轨道半径大于地球的球体半径，所以该空间站绕地球的运行速度小于第一宇宙速度，故B错误；根据
由于同步卫星的轨道半径大于空间站的轨道半径，所以空间站的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度，故C错误；由于物体在空间站中处于完全失重状态，物体之间的相互作用力为0，则液体和浸入液体内部的物体之间的作用力为0，所以液体对浸入其中的物体不产生浮力，故D正确。
【典例9】. （2022北京海淀二模）2021年10月16日，神舟十三号载人飞船成功对接空间站，此后三名中国航天员在轨驻留开展科学实验。航天员在空间站一天内可以看到16次日出，这是因为空间站约就会绕地球一周，每绕一周就会看到一次日出日落。空间站绕地球运行的轨道可视为圆轨道，下列说法正确的是（ ）
A. 空间站在轨道上的运行速率可能大于
B. 空间站绕地球运行的速率小于同步卫星的运行速率
C. 空间站绕地球运行的角速度大于同步卫星的角速度
D. 空间站距离地面的高度大于同步卫星距离地面的高度
【参考答案】C
【名师解析】
第一宇宙速度是环绕地球做圆周运动的物体的最大速度，所以空间站在轨道上的运行速率不可能大于，故A错误；空间站的周期
小于同步卫星的周期，根据可得
可知空间站距离地面的高度小于同步卫星距离地面的高度，故D错误；
B．根据可得
结合D选项可知空间站绕地球运行的速率大于同步卫星的运行速率，故B错误；
C．根据可知空间站绕地球运行的角速度大于同步卫星的角速度，故C正确。
【典例10】.（2022山东临沂二模）2022年3月23日，中国空间站“天宫课堂”第二课开讲。空间站轨道可简化为高度约400km的圆轨道，认为空间站绕地球做匀速圆周运动。在400km的高空也有非常稀薄的气体，为了维持空间站长期在轨道上做圆周运动，需要连续补充能量。下列说法中正确的是（ ）
A. 如果不补充能量，系统的机械能将增大
B. 如果不补充能量，空间站运行的角速度将变大
C. 空间站的运行速度小于第一宇宙速度
D. 空间站的运行速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
【参考答案】BC
【名师解析】
如果不补充能量，克服阻力做功，系统的机械能将减小，轨道半径减小，由，可知角速度会变大，故A错误B正确；第一宇宙速度是最大的卫星环绕速度，所以空间站的运行速度小于第一宇宙速度，故C正确D错误。
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高中物理必修二素养提升学案
第七章 万有引力与宇宙航行
专题强化1 卫星发射和空间站与航天
【知识点精讲】
1、卫星发射原理
人造地球卫星的发射原理：牛顿提出万有引力理论后，曾预言在高山上架一门大炮，水平发射炮弹。速度较小时，炮弹会落回地面；炮弹速度越大，射程越远。当速度达到7.9km/s时，炮弹永远不会落回地面，成了一颗人造地球卫星。
在地球引力的作用下,要使物体环绕地球做圆周运动,那么必须使得物体的 速度达到第一宇宙速度。 如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等,则 它将做圆周运动。 若其所需向心力大于地球引力,这是物体的运动轨迹就变成椭 圆轨道了。物体的速度比环绕速度(做圆周运动时的速度)大得越多,椭圆轨道 就越“扁长” ,直到达到第二宇宙速度,物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之 外。
人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。
(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上。
(2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。
二、地球同步卫星的特点
1．轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。
2．周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h＝86 400 s。
3．角速度一定：与地球自转的角速度相同。
4．高度一定：根据G＝mr得r＝≈4.24×104 km，卫星离地面高度h＝r－R≈3.6×104 km(为恒量)。
5．速率一定：运行速率v＝≈3.08 km/s(为恒量)。
6．绕行方向一定：与地球自转的方向一致。
【温馨提示】地球同步卫星的运行参数都相同，但卫星的质量不一定相同。
三、极地卫星和近地卫星
1．极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
2．近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s。
【温馨提示】
极地卫星和近地卫星的轨道平面一定通过地球的球心，并且所有绕地球做圆周运动的卫星的轨道圆心都是地球的球心。
3．人造卫星的加速度、线速度的大小、角速度和周期与轨道半径的关系
G＝
4．近地卫星、同步卫星及赤道上物体的比较
如图所示，a为近地卫星，半径为r1；b为地球同步卫星，半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，半径为r3。
近地卫星(r1、ω1、v1、a1) 同步卫星(r2、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体(r3、ω3、v3、a3)
向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力
轨道半径 r2＞r3＝r1
角速度 由＝mω2r得ω＝，故ω1＞ω2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3
ω1＞ω2＝ω3
线速度 由＝得v＝ ，故v1＞v2 由v＝rω得v2＞v3
v1＞v2＞v3
向心加速度 由＝ma得a＝，故a1＞a2 由a＝ω2r得a2＞a3
a1＞a2＞a3
特别注意：赤道上的物体不是卫星，不能用＝m。
5．三个运行物理量的大小比较
(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点速率分别为vA、vB。在A点加速，则vA＞v1，在B点加速，则v3＞vB，又因v1＞v3，故有vA＞v1＞v3＞vB。
(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。
(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行的周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1＜T2＜T3。
四 空间站
中国空间站（天宫空间站，英文名称：China Space Station）计划在2022年前后建成。空间站轨道高度为400~450公里，倾角42~43度，设计寿命为10年，长期驻留3人，总重量可达180吨，以进行较大规模的空间应用。 中国空间站包括核心舱、实验舱I、实验舱II、载人飞船 ( https: / / baike. / doc / 1555782-1644620.html" \t "_blank )(即已经命名的"神舟"号飞船)和货运飞船(天舟飞船)五个模块组成。各飞行器既是独立的飞行器，具备独立的飞行能力，又可以与核心舱组合成多种形态的空间组合体，在核心舱统一调度下协同工作，完成空间站承担的各项任务。核心舱有五个对接口，可以对接一艘货运飞船 ( https: / / baike. / doc / 5721123-5933853.html" \t "_blank )、两艘载人飞船和两个实验舱，另有一个供航天员出舱活动的出舱口。
【典例剖析】
【典例1】．. (2022福建泉州质检五)人造地球卫星和地心连线与地面的交点称为星下点，如图甲所示。卫星运动和地球自转使星下点在地球表面移动，形成星下点轨迹。天宫空间站的星下点轨迹如图乙，其相邻两次经过赤道的时间间隔为t。若天宫空间站的轨道近似为圆，地球半径为R，地面的重力加速度为g，则天宫空间站（ ）
A. 轨道平面与赤道平面不共面
B. 运行周期为
C. 运行速度为
D. 离地高度为
【参考答案】AD
【名师解析】
．根据如图乙所示的天宫空间站的星下点轨迹可知，轨道平面与赤道平面不共面，A正确；由于其相邻两次经过赤道的时间间隔为t，则可知运行周期为2，B错误；设人造地球卫星的运行的轨道半径为r，则运行速度为,C错误；
根据万有引力提供向心力，可得,又
解得离地高度为,D正确。
【典例2】.（2022北京朝阳区高三下质量检测一）2．2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的。下列说法正确的是（ ）
A．核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的倍
B．核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9km/s
C．核心舱在轨道上飞行的周期小于24h
D．后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小
【参考答案】C
【名师解析】由题意知，核心舱进入轨道后所受地球的万有引力为，而在地面上的引力大小为，可得，故A错误；
是第一宇宙速度，是圆轨道最大的环绕速度，根据环绕速度公式
因为，所以核心舱的飞行速度应小于7.9km/s，故B错误；
与同步卫星相比，核心舱的轨道半径远小于同步卫星，由，可得
故核心舱的运动周期小于同步卫星的周期，故C正确；
后续加挂实验舱后，根据上述环绕速度公式知，与环绕天体的质量m无关，但只要运行速度不变，则轨道半径不变，故D错误；
【典例3】. （2022河南洛阳一模） 2021年11月7日18时51分，航天员翟志刚、王亚平从“天和”核心舱成功出舱并到达指定作业点，如图所示。假设核心舱绕地球运动的线速度为v，航天员出舱的总时间为t，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，万有引力常量为G，则根据以上信息可以估算出（ ）
A. 地球密度 B. 核心舱离地高度
C. 核心舱的加速度 D. 核心舱受到地球的万有引力
【参考答案】ABC
【名师解析】．由黄金代换得，又，解得：，故A正确；由万有引力提供向心力得，联立解得：，故B正确；核心舱的加速度为，由于h已知，故C正确；
由于不知道核心舱的质量，故无法计算它受到地球的万有引力。故D错误。
【典例4】. (2022广东湛江模拟)2021年12月9日，中国空间站“天宫课堂”第一课正式开讲，这是时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。空间站转一圈的时间约90分钟，保证太空授课信号通畅的功臣是中继卫星，中继卫星在地球同步静止轨道运行，空间站、中继卫星绕地球的运动均可视为匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A. 空间站的角速度小于中继卫星的角速度
B. 空间站的加速度大于中继卫星的加速度
C. 空间站的线速度小于中继卫星的线速度
D. 中继卫星的线速度等于第一宇宙速度
【参考答案】B
【名师解析】中继卫星在地球同步静止轨道运行，周期为24小时，空间站转一圈约90分钟，由公式
知空间站角速度大于中继卫星角速度，故A错误；
由开普勒第三定律
知中继卫星轨道半径大于空间站轨道半径，由，得
知空间站的加速度大于中继卫星的加速度，故B正确；
由万有引力定律提供向心力，得
可知空间站的线速度大于中继卫星的线速度，中继卫星的线速度小于第一宇宙速度，故CD错误。
【典例5】. （2022湖南长沙长郡中学模拟） 2021年10月16日神舟十三号飞船顺利将3名航天员送入太空，并与天和核心舱对接。已知核心舱绕地球运行近似为匀速圆周运动，离地面距离约为390km，地球半径约为6400km，地球表面的重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A. 核心舱的向心加速度小于g
B. 核心舱运行速度大于7.9km/s
C. 由题干条件可以求出地球的质量
D. 考虑到稀薄大气的阻力，无动力补充，核心舱的速度会越来越小
【参考答案】A
【名师解析】
核心舱所处的重力加速度为，根据万有引力定律和牛顿第二定律
而在地面处，由于核心舱做匀速圆周运动，核心舱在该处的万有引力提供向心力，重力加速度等于向心加速度，因此向心加速度小于g，A正确；
根据可知轨道半径越大，运行速度越小，在地面处的运行速度为7.9km/s，因此在该高度处的运行速度小于7.9km/s，B错误；
根据，从题干信息无法知道G的值，因此无法求出地球的质量，C错误；
考虑到稀薄大气的阻力，无动力补充，核心舱逐渐做近心运动，轨道半径逐渐减小，运行速度会越来越大，D错误。
【典例6】.(2020·四川泸州市质量检测)我国实施空间科学战略性先导科技专项计划，已经发射了“悟空”“墨子”“慧眼”等系列的科技研究卫星，2019年8月31日又成功发射一颗微重力技术实验卫星．若微重力技术实验卫星和地球同步卫星均绕地球做匀速圆周运动时，微重力技术实验卫星的轨道高度比地球同步卫星低，下列说法中正确的是( )
A．该实验卫星的周期大于地球同步卫星的周期
B．该实验卫星的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度
C．该实验卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度
D．该实验卫星的角速度小于地球同步卫星的角速度
【参考答案】 B
【名师解析】
万有引力提供向心力，由G＝m2r＝m＝mω2r＝ma，解得：v＝，T＝2π，ω＝，a＝.实验卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，可知该实验卫星周期比地球同步卫星的小，向心加速度、线速度、角速度均比地球同步卫星的大，故选项B正确，A、C、D错误．
【典例7】. （2022河北唐山三模） 2022年3月23日下午，中国空间站“天宫课堂”再度开课，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验等，并与地面课堂学生进行了互动。以下说法正确的是（ ）
A. 空间站的运行速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间
B. 在空间站中水和油由于不受地球引力而处于混合态
C. “水油分离实验”中，同位置的水和油做圆周运动所需向心力不同
D. “太空抛物实验”中，冰墩墩被抛出后，做平抛运动
【参考答案】C
【名师解析】
第一宇宙速度是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，同时也是物体绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，当物体的速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间时，物体将绕地球做椭圆运动，“天宫”绕地球做匀速圆周运动，其运行速度不可能介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间，故A错误；
在空间站中水和油由于处于完全失重状态而处于混合态，但并不是不受地球引力，此时地球引力全部提供给“天宫”及其内部物体做匀速圆周运动向心力，故B错误；
“水油分离实验”中，同位置的水和油向心加速度相同，但由于水和油的密度不同，相同体积下水的质量比油的质量大，所需的向心力比油大，故C正确；
由于“天宫”中物体处于完全失重状态，所以不存在重力使物体物体下落的作用效果，在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后近似做直线运动，故D错误。
【典例8】. （2022山西临汾模拟）2021年12月9日航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站授课，他们在距地面的圆轨道上“天和”核心舱内为地球上的学生授课，实现天地互动，被称为“天宫课堂”。下列说法正确的是（ ）
A. 宇航员在空间站中处于完全失重状态，不受地球的引力
B. 该空间站绕地球的运行速度大于第一宇宙速度
C. 该空间站的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度
D. 在空间站中，液体对浸入其中物体不产生浮力
【参考答案】D
【名师解析】
宇航员在空间站中处于完全失重状态，地球对宇航员的万有引力提供他们围绕地球做圆周运动的向心力，故A错误；根据第一宇宙速度，由于空间站的轨道半径大于地球的球体半径，所以该空间站绕地球的运行速度小于第一宇宙速度，故B错误；根据
由于同步卫星的轨道半径大于空间站的轨道半径，所以空间站的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度，故C错误；由于物体在空间站中处于完全失重状态，物体之间的相互作用力为0，则液体和浸入液体内部的物体之间的作用力为0，所以液体对浸入其中的物体不产生浮力，故D正确。
【典例9】. （2022北京海淀二模）2021年10月16日，神舟十三号载人飞船成功对接空间站，此后三名中国航天员在轨驻留开展科学实验。航天员在空间站一天内可以看到16次日出，这是因为空间站约就会绕地球一周，每绕一周就会看到一次日出日落。空间站绕地球运行的轨道可视为圆轨道，下列说法正确的是（ ）
A. 空间站在轨道上的运行速率可能大于
B. 空间站绕地球运行的速率小于同步卫星的运行速率
C. 空间站绕地球运行的角速度大于同步卫星的角速度
D. 空间站距离地面的高度大于同步卫星距离地面的高度
【参考答案】C
【名师解析】
第一宇宙速度是环绕地球做圆周运动的物体的最大速度，所以空间站在轨道上的运行速率不可能大于，故A错误；空间站的周期
小于同步卫星的周期，根据可得
可知空间站距离地面的高度小于同步卫星距离地面的高度，故D错误；
B．根据可得
结合D选项可知空间站绕地球运行的速率大于同步卫星的运行速率，故B错误；
C．根据可知空间站绕地球运行的角速度大于同步卫星的角速度，故C正确。
【典例10】.（2022山东临沂二模）2022年3月23日，中国空间站“天宫课堂”第二课开讲。空间站轨道可简化为高度约400km的圆轨道，认为空间站绕地球做匀速圆周运动。在400km的高空也有非常稀薄的气体，为了维持空间站长期在轨道上做圆周运动，需要连续补充能量。下列说法中正确的是（ ）
A. 如果不补充能量，系统的机械能将增大
B. 如果不补充能量，空间站运行的角速度将变大
C. 空间站的运行速度小于第一宇宙速度
D. 空间站的运行速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
【参考答案】BC
【名师解析】
如果不补充能量，克服阻力做功，系统的机械能将减小，轨道半径减小，由，可知角速度会变大，故A错误B正确；第一宇宙速度是最大的卫星环绕速度，所以空间站的运行速度小于第一宇宙速度，故C正确D错误。
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