高中物理教科版必修二学案万有引力定律 卫星的运动 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理教科版必修二学案万有引力定律 卫星的运动 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 360.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-10-23 09:18:49 | ||
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文档简介
卫星的运动
【考纲解读与考频分析】
卫星的运动是万有引力定律的应用，高考对于卫星的运动考查频繁。
【高频考点定位】：
卫星的运动
考点一：卫星的运动
【3年真题链接】
1.（2019年4月浙江选考）某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星（即卫星相对于地面静止）。则此卫星的（ ）
A. 线速度大于第一宇宙速度 B. 周期小于同步卫星的周期
C. 角速度大于月球绕地球运行的角速度 D. 向心加速度大于地面的重力加速度
【参考答案】C
【名师解析】第一宇宙速度是所有绕地球运行的卫星的最大速度，则此卫星的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；卫星属于地球静止轨道卫星，即为地球的同步卫星，选项B错误；根据可知，因此卫星做圆周运动的半径远小于月球绕地球做圆周运动的半径，可知角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项C正确；根据可知，向心加速度小于地面的重力加速度，选项D错误；故选C.
2.（2018高考全国理综III）为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（ ）
A．2:1 B．4:1 C．8:1 D．16:1
【参考答案】C
【命题意图】 本题考查卫星的运动、开普勒定律及其相关的知识点。
【解题思路】设地球半径为R，根据题述，地球卫星P的轨道半径为RP=16R，地球卫星Q的轨道半径为RQ=4R，根据开普勒定律， ==64，所以P与Q的周期之比为TP∶TQ=8∶1，选项C正确。
【易错警示】解答此题常见错误是：把题述的卫星轨道半径误认为是卫星距离地面的高度，陷入误区。
3．（2018高考天津理综）2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫星的（ ）
A．密度 B．向心力的大小 C．离地高度 D．线速度的大小
【参考答案】CD
【名师解析】根据卫星的万有引力提供向心力，及在地球表面附近，可求卫星的轨道半径，则离地高度可求，选项C正确；由于通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期T，所以卫星线速度的大小可求，选项D正确；因为不知道卫星质量，所以向心力的大小不可求，选项B错误；可求地球的密度，不可求卫星的密度，选项A错误。
【点睛】解决本题的关键掌握万有引力定律的两个重要理论：1、万有引力等于重力（忽略自转），2、万有引力提供向心力，并能灵活运用。
4．（2019高考江苏卷物理4）1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G．则（ ）
（A） （B） （C） （D）
【参考答案】B
【名师解析】“东方红一号”从近地点到远地点万有引力做负功，动能减小，所以，过近地点圆周运动的速度为，由于“东方红一号”在椭圆上运动，所以，故选项B正确。
5．（2019高考北京理综卷18）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。该卫星（ ）
A．入轨后可以位于北京正上方 B．入轨后的速度大于第一宇宙速度
C．发射速度大于第二宇宙速度 D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
【参考答案】D
【名师解析】由同步卫星的特点和卫星发射到越高的轨道所需的能量越大解答。
由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定小于第二宇宙速度，故C错误；将卫星发射到越高的轨道克服引力所作的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能量较小，故D正确。
6．（2018江苏高考物理）我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km，它们都绕地球做圆周运动．与“高分四号冶相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（ ）
（A）周期 （B）角速度 （C）线速度 （D）向心加速度
【参考答案】 A
【命题意图】本题考查万有引力定律、卫星及其相关知识点。
【解题思路】由G=m，解得v=，由G=mrω2，解得ω=，由T=2π/ω解得T=2π；由G=ma，解得a=,因为“高分四号”轨道半径大于“高分五号”轨道半径，“高分五号”减小的是周期，选项A正确BCD错误。
【关键点拨】：本题考查人造卫星运动特点，解题时要注意两类轨道问题分析方法：一类是圆形轨道问题，利用万有引力提供向心力，即G=m==mrω2=ma求解；一类是椭圆形轨道问题，利用开普勒定律求解。
7.（2017年11月浙江选考）如图所示是小明同学画的人造卫星轨道的示意图，则卫星（ ）
A、在a轨道运动的周期为24h B、在b轨道运动的速度始终不变
C、在c轨道运行的速度大小始终不变 D、在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的
【参考答案】D
【名师解析】a轨道是近地极地轨道，卫星在a轨道运动的周期一定小于24h，选项A错误；b轨道为倾斜圆轨道，卫星在b轨道运动的速度大小始终不变，方向改变，选项B错误；c轨道是椭圆轨道，卫星在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的，速度大小改变，选项C错误D正确。
8.（2016高考全国理综乙）利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍，假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为（ ）
A.1h B.4h C.8h D.16h
【参考答案】.B
【名师解析】设地球半径为R，画出仅用三颗同步卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信的同步卫星最小轨道半径示意图，如图所示。由图中几何关系可得，同步卫星的轨道半径r=2R。设地球自转周期的最小值为T，则由开普勒定律可得， =，解得:T=4h,选项B正确。
9（2016北京高考理综）如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A.不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
B.不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度
D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量
【参考答案】B
【名师解析】不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点所受万有引力相同，由牛顿第二定律可知，在P点的加速度都相同，选项B正确。卫星在轨道1上P点的速度小于卫星在轨道2上P点的速度，选项A错误。卫星在轨道1上不同位置所受万有引力不同，其加速度不相同，选项C错误。卫星在轨道2上不同位置速度大小虽然相同，但是方向不同，所以动量不相同，选项D错误。
考点：考查了万有引力定律的应用
10．.(2016江苏高考物理)如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积．下列关系式正确的有（ ）（A）TA>TB （B）EkA>EkB （C）SA=SB （D）
【参考答案】D
【名师解析】由G=mR()2，解得T=2π.由此可知，TA>TB，选项A正确。由G=m，Ek =mv2，解得：Ek =，由此可知，EkA【2年模拟再现】
1.（2018南宁高三摸底考试）中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导轨系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。预计2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则( )
A．卫星a的角速度小于c的角速度 B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度 D．卫星b的周期等于24 h
【参考答案】.AD
【命题意图】 本题考查万有引力定律和卫星的运动、第一宇宙速度及其相关的知识点。
【名师解析】根据万有引力等于向心力，由G= mrω2可得角速度ω=，可知轨道半径r越大，角速度ω越小。由于a的轨道半径大于c的轨道半径，所以同步卫星a的角速度小于卫星c的角速度，选项A正确；由G=ma，可得向心加速度a=.。由于卫星a的轨道半径与卫星b的轨道半径相等，所以卫星a的向心加速度等于b的向心加速度，选项B错误；由G=m可得线速度与半径的关系：v=，轨道半径r越大，速率v越小。而第一宇宙速度为轨道半径等于地球半径是环绕地球运动的卫星速度，所以卫星a的运行速度一定小于第一宇宙速度，选项C错误；由G=mr()2，可得周期T=2π，而卫星a的轨道半径与卫星b的轨道半径相等，所以卫星b的周期等于同步卫星的运行周期，即等于地球自转周期24h，选项D正确。
2.（2018天星金考卷）目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小．若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是( )
A．卫星的动能逐渐减小
B．由于地球引力做正功，引力势能一定减小
C．由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变
D．卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小
【参考答案】.BD
【命题意图】 本题考查卫星的运动，功能关系及其相关的知识点。
【名师解析】卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，由于地球引力做正功，引力势能一定减小，卫星的动能增大，选项A错误B正确；由于气体阻力做负功，地球引力做正功，根据功能关系，机械能（引力势能和动能之和）减小，选项C错误；由于卫星的动能增大，地球引力做的正功等于引力势能的减小，所以卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小，选项D正确。
3．(2019·天津六校联考)如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是( )
A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度
B．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度
C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c
D．a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，则其机械能逐渐增大
【参考答案】B
【名师解析】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力G＝m，得v＝ ，b、c的轨道半径相等，故b、c的线速度大小相等但小于a的线速度，A错误．根据万有引力提供向心力G＝ma，得a＝，由此可知，轨道半径越小，加速度越大，故a的向心加速度大于b、c的向心加速度，B正确．c加速，万有引力不够提供向心力，做离心运动，离开原轨道，所以不会与同轨道上的卫星相遇，C错误．卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，万有引力以外的力做负功，机械能减小，D错误．
4．(2019·湖南邵阳月考)两颗人造卫星绕地球逆时针运动，卫星1、卫星2分别沿圆轨道、椭圆轨道运动，圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点，某时刻两卫星与地球在同一直线上，如图所示，下列说法中正确的是( )
A．两卫星在图示位置的速度v2＝v1 B．两卫星在A处的加速度大小相等
C．两颗卫星在A或B点处可能相遇 D．两卫星永远不可能相遇
【参考答案】BD
【名师解析】v2为椭圆轨道的远地点速度，速度最小，v1表示做匀速圆周运动的速度，v1>v2，故A错误；两个轨道上的卫星运动到A点时，所受的万有引力产生加速度a＝GM/r2，加速度相同．故B正确；椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，根据开普勒第三定律知，两颗卫星的运动周期相等，则不会相遇，故D正确，C错误．
考点二：空间站问题
【3年真题链接】
1．（2019海南物理·4）.2019年5月，我国第45颗北斗卫星发射成功。已知该卫星轨道距地面的高度约为36000km，是“天宫二号”空间实验室轨道高度的90倍左右，则（ ）
A. 该卫星的速率比“天宫二号”的大 B. 该卫星的周期比“天宫二号”的大
C. 该卫星的角速度比“天宫二号”的大 D. 该卫星的向心加速度比“天宫二号”的大
【参考答案】B
【名师解析】由G=m，解得v=，由此可知第45颗北斗卫星的速率比“天宫二号”的小，选项A错误；由G=mr（）2，解得T=2π，由此可知第45颗北斗卫星的周期比“天宫二号”的大，选项B正确；由G=mω2r，解得ω=，由此可知第45颗北斗卫星的角速度比“天宫二号”的小，选项C错误；由G=ma，解得a=，由此可知第45颗北斗卫星的加速度比“天宫二号”的小，选项D错误。
2，（2017全国III卷·14）2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运动。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的（ ）
A．周期变大 B．速率变大 C．动能变大 D．向心加速变大
【参考答案】C
【名师解析】由万有引力等于向心力可得：组合体运行周期，运行速率，运行的加速度。由于对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道运动，轨道半径R不变，所以组合体运行的T不变，速率v不变，向心加速度a不变，选项ABD错误；根据动能的公式，可知，速率不变，组合体质量变大，故动能变大，选项C正确。
【2年模拟再现】
1.（2019年1月湖北黄冈调研）据报道，2020年我国首颗“人造月亮”将完成从发射、入轨、展开到照明的整体系统演示验证。“人造月亮”是一种携带大型空间反射镜的人造空间照明卫星，将部署在距离地球500km以内的低地球轨道上，其亮度是月球亮度的8倍，可为城市提供夜间照明。假设“人造月亮”绕地球做匀速圆周运动，则“人造月亮”在轨道上运动时（ ）
A．“人造月亮”的线速度等于第一宇宙速度
B．“人造月亮”的角速度大于月球绕地球运行的角速度
C．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度
D．“人造月亮”的公转周期大于月球绕地球运行的周期
【参考答案】B
【名师解析】根据第一宇宙速度的意义可知，绕地球表面运行的卫星的线速度等于第一宇宙速度，由G=m可得v=，“人造月亮” 在距离地球500km以内的低地球轨道上运动，r>R,，其“人造月亮”的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；由G=mrω2可得ω=。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”的角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项B正确；由G=ma和G=mg可知，“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度，选项C错误；由G=mr()2可得T=2π。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”绕地球运动的周期小于月球绕地球运行的周期，选项D错误。
【名师点评】本题以即将发射的“人造月亮”为情景，意在考查灵活运用万有引力提供向心力分析解决问题的能力。解答卫星相关问题时，若涉及线速度，其向心力可用公式F= m；若涉及角速度，其向心力可用公式F= mrω2；若涉及周期，其向心力可用公式F= mr()2。
预测考点一：卫星的运动
【2年模拟再现】
1.（2019安徽名校智慧联盟5月模拟）在发射人造卫星时，可利用地球的自转让卫星发射前就获得相对地心的速度，设地球表面的重力加速度在两极的大小为go，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，将地球视为质量均匀分布的球体，则卫星利用地球自转能获得相对地心的最大速度为（ ）
A. B. C. D.
【参考答案】A 【名师解析】地球表面两极处的物体??? ① 而赤道处的物体受力满足?????? ② 由①②两式可解得地球半径为：R= 故赤道处物体线速度大小为：v=Rω== 所以A正确，BCD错误 2.（2018湖南怀化期中联考）2017年6月19号，长征三号乙遥二十八火箭发射中星9A卫星过程中出现变故，由于运载火箭的异常，致使卫星没有按照原计划进入预定轨道。经过航天测控人员的配合和努力，通过多次轨道调整，卫星成功变轨进入同步卫星轨道。卫星变轨原理图如图所示，卫星从椭圆轨道Ⅰ远地点Q改变速度进入地球同步轨道Ⅱ，P点为椭圆轨道近地点。下列说法正确的是（ ）
A. 卫星在椭圆轨道Ⅰ运行时，在P点的速度等于在Q点的速度
B. 卫星耗尽燃料后，在微小阻力的作用下，机械能减小，轨道半径变小，动能变小
C. 卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点加速度大于在同步轨道Ⅱ的Q点的加速度
D. 卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点速度小于在同步轨道Ⅱ的Q点的速度
【参考答案】.D
【名师解析】解析：根据卫星在椭圆轨道上运动时机械能保持不变，可知卫星在椭圆轨道Ⅰ运行时，在P点的速度大于在Q点的速度，选项A错误；卫星耗尽燃料后，在微小阻力的作用下，机械能减小，轨道半径变小，重力势能减小，但是速度变大，动能变大，选项B错误；在同一Q点，卫星所受万有引力相同，根据牛顿第二定律，卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点加速度等于在同步轨道Ⅱ的Q点的加速度，选项C错误；卫星在椭圆轨道Ⅰ上运动到Q点需要增大速度，才能变轨到同步轨道Ⅱ，所以卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点速度小于在同步轨道Ⅱ的Q点的速度，选项D正确。
3.（2018成都一诊）2016年8月16日，我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，该卫星的发射将使我国在国际上率先实现高速量子通信，初步构建量子通信网络。“墨子号”卫星的质量为m（约64okg），运行在高度为h（约500km）的极地轨道上，假定该卫星的轨道是圆，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R。则关于运行在轨道上的该卫星，下列说法正确的是（ ）
A．运行的速度大小为 B．运行的向心加速度大小为g
C．运行的周期为2π D．运行的动能为
【参考答案】D
【命题意图】本题考查万有引力定律、匀速圆周运动、牛顿运动定律、动能及其相关的知识点。
【名师解析】由万有引力等于向心力，G=m，在地球表面，万有引力等于重力，G=mg，联立解得卫星运行的速度：v=，选项A错误；根据牛顿第二定律，由万有引力等于向心力，G=ma，G=mg，联立解得向心加速度a=，选项B错误；由万有引力等于向心力，G=m(R+h)()2，在地球表面，万有引力等于重力，G=mg，联立解得卫星运行的周期：T=2π，选项C错误；卫星运行的动能Ek=mv2=，选项D正确。
4．（2018江西赣中南五校联考）如图所示，a、b 两颗人造地球卫星分别在半径不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A.a 的周期小于 b 的周期 B.a 的动能大于 b 的动能
C.a 的势能小于 b 的势能 D.a 的加速度大于 b 的加速度
【参考答案】.AD
【命题意图】本题考查万有引力定律、卫星的运动及其相关的知识点，意在考查学生对人造卫星的加速度、周期和轨道的关系理解和运用相关知识解决实际问题的能力。
【名师解析】地球对卫星的万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力即：G=ma=mr ,解得：T=2π.。由于卫星a的轨道半径较小，所以a 的周期小于 b 的周期，选项A正确；由G=ma可知，a 的加速度大于 b 的加速度，选项D正确。
由G=m可得v=，卫星a 的速度大小大于 b 的速度大小，由于a、b 两颗卫星质量关系不知道，根据动能公式，无法确定两者动能关系，选项 B 错误；由于a、b 两颗卫星质量关系不知道，根据势能公式，无法确定两者势能关系，选项 C 错误；
5 (2019·银川市高三联考)我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日1点40分成功发射。量子卫星成功运行后，我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。假设量子卫星轨道在赤道平面，如图所示。已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，图中P点是地球赤道上一点，由此可知( )
A.同步卫星与量子卫星的运行周期之比为 B.同步卫星与P点的速度之比为
C.量子卫星与同步卫星的速度之比为 D.量子卫星与P点的速度之比为
【参考答案】D
【名师解析】 由开普勒第三定律＝可知，＝，可知同步卫星与量子卫星的运行周期之比为，选项A错误；由于同步卫星的周期与地球自转周期相同，由v＝ωr＝r可得同步卫星与P点的速度之比为v同∶vP＝n∶1，选项B错误；由G＝m解得v＝，量子卫星与同步卫星的速度之比为＝＝，选项C错误；量子卫星与P点的速度之比为＝·＝，选项D正确。
6.（2019沈阳东北育才学校模拟8）某人造地球卫星绕地球的运动轨迹为椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，已知卫星在近地点的速率为v1、加速度大小为a1、到地心距离为r1，卫星在远地点的速率为v2、加速度大小为a2、到地心距离为r2．则（ ）
A. a1＜a2 B. a1r1＞v12 C. .a2r2＞v22 D. v1r1=v2r2
【参考答案】CD 【名师解析】卫星在运行过程中，只受万有引力作用，由牛顿第二定律有，可得加速度，由于r1＜r2，故a1＞a2，故A错误；若卫星从近地点开始做匀速圆周运动，相当于做向心运动，则轨道半径为r1，线速度小于v1，所以有，同理若卫星从远地点开始做匀速圆周运动，则相当于做离心运动，线速度大于v2，同理有，故B错误，C正确； D．在近地点与远地点选一相同的、很短的时间间隔△t，则根据开普勒第二定律有，可得v1r1=v2r2，故D正确。
【关键点拨】。 卫星绕地球运动在近地点和远地点万有引力与向心力不等，根据万有引力的大小，通过牛顿第二定律得出结论；卫星在近地点做离心运动，需要的向心力大于提供的力，卫星在远地点做向心运动，需要的向心力小于提供的力；根据开普勒第二定律分析D选项。解决本题的关键知道在近地点和远地点万有引力不等于向心力，不能根据万有引力提供向心力求出，要根据轨道变换的原理进行分析；掌握开普勒第二定律的应用。
【1年仿真原创】
1.如图所示，A是静止在赤道上的物体，B、C是同一平面内两颗人造卫星。B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星。则以下判断正确的是( )
A.卫星B的速度大小等于地球的第一宇宙速度 B.A、B的线速度大小关系为vA＞vB
C.周期大小关系为TA＝TC＞TB D.若卫星B要靠近C所在轨道，需要先加速
【参考答案】CD
【名师解析】 第一宇宙速度为近地卫星的环绕速度，为最大环绕速度，所以B的速度小于第一宇宙速度，故A错误；A、C相比较，角速度相等，由v＝ωr，可知vA＜vC，根据卫星的线速度公式v＝得vC＜vB，则vA＜vC＜vB，故B错误；卫星C为同步地球卫星，所以TA＝TC，再根据v＝，T＝得：卫星的周期T＝2π，可知TC＞TB，所以TA＝TC＞TB，故C正确；卫星要想从低轨道到达高轨道，需要加速做离心运动，故D正确。
2. 2019年初，《流浪地球》的热映激起了人们对天体运动的广泛关注。木星的质量是地球的317. 89倍，已知木星的一颗卫星甲的轨道半径和地球的卫星乙的轨道半径相同，且它们均做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A．卫星甲的周期可能大于卫星乙的周期
B．卫星甲的线速度可能小于卫星乙的线速度
C．卫星甲的向心加速度一定大于卫星乙的向心加速度
D．卫星甲所受的万有引力一定大于卫星乙所受的万有引力
【参考答案】C
【命题意图】本题以热播电影《流浪地球》切入，考查考查万有引力定律、牛顿运动定律、匀速圆周运动和向心力公式及其相关知识点。
【解题思路】由G=mr（）2可得：T=2π，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的周期小于地球卫星乙的周期，选项A错误；由G=m）2可得：v=，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的线速度小于地球卫星乙的线速度，选项B错误；由G=ma解得：a= G，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的向心加速度大于地球卫星乙的向心加速度，选项C正确；由于题述没有给出两颗卫星质量的关系，不能确定两颗卫星所受万有引力的关系，选项D错误。
【方法归纳】对于卫星围绕天体运动问题，一般采用万有引力提供向心力列方程解答。比较两个天体的相关物理量，采用比值法解答简便。
预测考点二： 空间站
【2年模拟再现】
1．（6分）（2019陕西榆林四模）我国是少数几个掌握飞船对接技术的国家之一，为了实现神舟飞船与天宫号空间站顺利对接，具体操作应为（ ）
A．飞船与空间站在同一轨道上且沿相反方向做圆周运动接触后对接
B．空间站在前、飞船在后且两者沿同一方向在同一轨道做圆周运动，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
C．空间站在高轨道，飞船在低轨道且两者同向飞行，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
D．飞船在前、空间站在后且两者在同一轨道同向飞行，在合适的位置飞船减速然后与空间站对接
【参考答案】C
【名师解析】飞船在轨道上高速运动，如果在同轨道上沿相反方向运动，则最终会撞击而不是成功对接，故A错误；两者在同轨道上，飞船加速后做离心运动，则飞船的轨道抬升，故不能采取同轨道加速对接，故B错误；飞船在低轨道加速做离心运动，在合适的位置，飞船追上空间站实现对接，故C正确；两者在同一轨道飞行时，飞船突然减速做近心运动，飞船的轨道高度要降低，故不可能与同轨道的空间站实现对接，故D错误。
2. （2019辽宁沈阳一模）“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接前的示意图如图所示，圆形轨道I为“天宫二号”运行轨道，圆形轨道II为“神舟十一号”运行轨道。此后“神舟十一号”要进行多次变轨，才能实现与“天宫二号”的交会对接，则：（ ）
A. “天宫二号”在轨道I的运行速率大于“神舟十一号”在轨道II上运行速率
B. “神舟十一号”由轨道II变轨到轨道I需要减速
C. “神舟十一号”为实现变轨需要向后喷出气体
D. “神舟十一号”变轨后比变轨前机械能减少
【参考答案】C
【名师解析】由题可知，万有引力提供向心力，即，则，由于“天宫二号”的轨道半径大，可知其速率小，则A错误；“神舟十一号” 由轨道II变轨到轨道I需要加速做离心运动，要向后喷出气体，速度变大，发动机做正功，使其机械能增加，故选项C正确，BD错误。
【名师点睛】本题考查了万有引力定律的应用，解决本题的关键掌握变轨的原理，以及掌握万有引力提供向心力这一理论，并能灵活运用。
3．（2018江苏淮安宿迁质检）2017年4月,我国第一艘货运飞船天舟一号顺利升空，随后与天宫二号交会对接．假设天舟一号从B点发射经过椭圆轨道运动到天宫二号的圆轨道上完成交会，如图所示．已知天宫二号的轨道半径为r，天舟一号沿椭圆轨道运动的周期为T，A、B两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点，地球半径为R，引力常量为G．则（ ）
A．天宫二号的运行速度小于7.9km/s B．天舟一号的发射速度大于11.2km/s
C．根据题中信息可以求出地球的质量 D．天舟一号在A点的速度大于天宫二号的运行速度
【参考答案】AC
【名师解析】由G=m可得线速度与半径的关系：v=，轨道半径r越大，速率v越小。第一宇宙速度7.9km/s是近地面卫星（轨道半径等于地球半径）的运行速度，而天宫二号轨道半径大于地球半径，所以天宫二号的运行速度小于7.9km/s，选项A正确；11.2km/s（第二宇宙速度）是发射脱离地球引力范围围绕太阳运动的人造行星的速度，而天舟一号是围绕地球运动的，所以天舟一号的发射速度小于11.2km/s，选项B错误；根据题中信息可知，天舟一号沿椭圆轨道运动的轨道半长轴为a=（R+r），利用开普勒定律： =，可得天宫二号绕地球运动的周期T’，再由G=mr()2，可以求出地球的质量M，选项C正确；天舟一号在A点的速度小于天宫二号的运行速度，选项D错误。
【1年仿真原创】
1. 2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的( )
A.周期变大 B.速率变大
C.动能变大 D.向心加速度变大
【参考答案】C
【名师解析】 根据组合体受到的万有引力提供向心力可得＝ mr ＝m＝ma，解得T＝，v＝，a＝，由于轨道半径不变，所以周期、速率、加速度均不变，选项A、B、D错误；组合体比天宫二号质量大，动能Ek＝mv2变大，选项C正确。
2． 2017年4月,我国第一艘货运飞船天舟一号顺利升空，随后与天宫二号交会对接．假设天舟一号从B点发射经过椭圆轨道运动到天宫二号的圆轨道上完成交会，如图所示．已知天宫二号的轨道半径为r，天舟一号沿椭圆轨道运动的周期为T，A、B两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点，地球半径为R，引力常量为G．则（ ）
A．天宫二号的运行速度小于7.9km/s B．天舟一号的发射速度大于11.2km/s
C．根据题中信息可以求出地球的质量 D．天舟一号在A点的速度大于天宫二号的运行速度
【参考答案】AC
【名师解析】由G=m可得线速度与半径的关系：v=，轨道半径r越大，速率v越小。第一宇宙速度7.9km/s是近地面卫星（轨道半径等于地球半径）的运行速度，而天宫二号轨道半径大于地球半径，所以天宫二号的运行速度小于7.9km/s，选项A正确；11.2km/s（第二宇宙速度）是发射脱离地球引力范围围绕太阳运动的人造行星的速度，而天舟一号是围绕地球运动的，所以天舟一号的发射速度小于11.2km/s，选项B错误；根据题中信息可知，天舟一号沿椭圆轨道运动的轨道半长轴为a=（R+r），利用开普勒定律： =，可得天宫二号绕地球运动的周期T’，再由G=mr()2，可以求出地球的质量M，选项C正确；天舟一号在A点的速度小于天宫二号的运行速度，选项D错误。
3．我国发射的“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是（ ）
A．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接
B．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接
C．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
D．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
【参考答案】C
【名师解析】为了实现飞船与空间实验室的对接，必须使飞船在较低的轨道上加速做离心运动，上升到空间实验室运动的轨道逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接，选项C正确ABD错误。
【考纲解读与考频分析】
卫星的运动是万有引力定律的应用，高考对于卫星的运动考查频繁。
【高频考点定位】：
卫星的运动
考点一：卫星的运动
【3年真题链接】
1.（2019年4月浙江选考）某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星（即卫星相对于地面静止）。则此卫星的（ ）
A. 线速度大于第一宇宙速度 B. 周期小于同步卫星的周期
C. 角速度大于月球绕地球运行的角速度 D. 向心加速度大于地面的重力加速度
【参考答案】C
【名师解析】第一宇宙速度是所有绕地球运行的卫星的最大速度，则此卫星的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；卫星属于地球静止轨道卫星，即为地球的同步卫星，选项B错误；根据可知，因此卫星做圆周运动的半径远小于月球绕地球做圆周运动的半径，可知角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项C正确；根据可知，向心加速度小于地面的重力加速度，选项D错误；故选C.
2.（2018高考全国理综III）为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（ ）
A．2:1 B．4:1 C．8:1 D．16:1
【参考答案】C
【命题意图】 本题考查卫星的运动、开普勒定律及其相关的知识点。
【解题思路】设地球半径为R，根据题述，地球卫星P的轨道半径为RP=16R，地球卫星Q的轨道半径为RQ=4R，根据开普勒定律， ==64，所以P与Q的周期之比为TP∶TQ=8∶1，选项C正确。
【易错警示】解答此题常见错误是：把题述的卫星轨道半径误认为是卫星距离地面的高度，陷入误区。
3．（2018高考天津理综）2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，根据以上数据可以计算出卫星的（ ）
A．密度 B．向心力的大小 C．离地高度 D．线速度的大小
【参考答案】CD
【名师解析】根据卫星的万有引力提供向心力，及在地球表面附近，可求卫星的轨道半径，则离地高度可求，选项C正确；由于通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期T，所以卫星线速度的大小可求，选项D正确；因为不知道卫星质量，所以向心力的大小不可求，选项B错误；可求地球的密度，不可求卫星的密度，选项A错误。
【点睛】解决本题的关键掌握万有引力定律的两个重要理论：1、万有引力等于重力（忽略自转），2、万有引力提供向心力，并能灵活运用。
4．（2019高考江苏卷物理4）1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G．则（ ）
（A） （B） （C） （D）
【参考答案】B
【名师解析】“东方红一号”从近地点到远地点万有引力做负功，动能减小，所以，过近地点圆周运动的速度为，由于“东方红一号”在椭圆上运动，所以，故选项B正确。
5．（2019高考北京理综卷18）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。该卫星（ ）
A．入轨后可以位于北京正上方 B．入轨后的速度大于第一宇宙速度
C．发射速度大于第二宇宙速度 D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
【参考答案】D
【名师解析】由同步卫星的特点和卫星发射到越高的轨道所需的能量越大解答。
由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定小于第二宇宙速度，故C错误；将卫星发射到越高的轨道克服引力所作的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能量较小，故D正确。
6．（2018江苏高考物理）我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km，它们都绕地球做圆周运动．与“高分四号冶相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（ ）
（A）周期 （B）角速度 （C）线速度 （D）向心加速度
【参考答案】 A
【命题意图】本题考查万有引力定律、卫星及其相关知识点。
【解题思路】由G=m，解得v=，由G=mrω2，解得ω=，由T=2π/ω解得T=2π；由G=ma，解得a=,因为“高分四号”轨道半径大于“高分五号”轨道半径，“高分五号”减小的是周期，选项A正确BCD错误。
【关键点拨】：本题考查人造卫星运动特点，解题时要注意两类轨道问题分析方法：一类是圆形轨道问题，利用万有引力提供向心力，即G=m==mrω2=ma求解；一类是椭圆形轨道问题，利用开普勒定律求解。
7.（2017年11月浙江选考）如图所示是小明同学画的人造卫星轨道的示意图，则卫星（ ）
A、在a轨道运动的周期为24h B、在b轨道运动的速度始终不变
C、在c轨道运行的速度大小始终不变 D、在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的
【参考答案】D
【名师解析】a轨道是近地极地轨道，卫星在a轨道运动的周期一定小于24h，选项A错误；b轨道为倾斜圆轨道，卫星在b轨道运动的速度大小始终不变，方向改变，选项B错误；c轨道是椭圆轨道，卫星在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的，速度大小改变，选项C错误D正确。
8.（2016高考全国理综乙）利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍，假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为（ ）
A.1h B.4h C.8h D.16h
【参考答案】.B
【名师解析】设地球半径为R，画出仅用三颗同步卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信的同步卫星最小轨道半径示意图，如图所示。由图中几何关系可得，同步卫星的轨道半径r=2R。设地球自转周期的最小值为T，则由开普勒定律可得， =，解得:T=4h,选项B正确。
9（2016北京高考理综）如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A.不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
B.不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度
D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量
【参考答案】B
【名师解析】不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点所受万有引力相同，由牛顿第二定律可知，在P点的加速度都相同，选项B正确。卫星在轨道1上P点的速度小于卫星在轨道2上P点的速度，选项A错误。卫星在轨道1上不同位置所受万有引力不同，其加速度不相同，选项C错误。卫星在轨道2上不同位置速度大小虽然相同，但是方向不同，所以动量不相同，选项D错误。
考点：考查了万有引力定律的应用
10．.(2016江苏高考物理)如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积．下列关系式正确的有（ ）（A）TA>TB （B）EkA>EkB （C）SA=SB （D）
【参考答案】D
【名师解析】由G=mR()2，解得T=2π.由此可知，TA>TB，选项A正确。由G=m，Ek =mv2，解得：Ek =，由此可知，EkA
1.（2018南宁高三摸底考试）中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导轨系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。预计2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则( )
A．卫星a的角速度小于c的角速度 B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度 D．卫星b的周期等于24 h
【参考答案】.AD
【命题意图】 本题考查万有引力定律和卫星的运动、第一宇宙速度及其相关的知识点。
【名师解析】根据万有引力等于向心力，由G= mrω2可得角速度ω=，可知轨道半径r越大，角速度ω越小。由于a的轨道半径大于c的轨道半径，所以同步卫星a的角速度小于卫星c的角速度，选项A正确；由G=ma，可得向心加速度a=.。由于卫星a的轨道半径与卫星b的轨道半径相等，所以卫星a的向心加速度等于b的向心加速度，选项B错误；由G=m可得线速度与半径的关系：v=，轨道半径r越大，速率v越小。而第一宇宙速度为轨道半径等于地球半径是环绕地球运动的卫星速度，所以卫星a的运行速度一定小于第一宇宙速度，选项C错误；由G=mr()2，可得周期T=2π，而卫星a的轨道半径与卫星b的轨道半径相等，所以卫星b的周期等于同步卫星的运行周期，即等于地球自转周期24h，选项D正确。
2.（2018天星金考卷）目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小．若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是( )
A．卫星的动能逐渐减小
B．由于地球引力做正功，引力势能一定减小
C．由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变
D．卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小
【参考答案】.BD
【命题意图】 本题考查卫星的运动，功能关系及其相关的知识点。
【名师解析】卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，由于地球引力做正功，引力势能一定减小，卫星的动能增大，选项A错误B正确；由于气体阻力做负功，地球引力做正功，根据功能关系，机械能（引力势能和动能之和）减小，选项C错误；由于卫星的动能增大，地球引力做的正功等于引力势能的减小，所以卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小，选项D正确。
3．(2019·天津六校联考)如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是( )
A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度
B．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度
C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c
D．a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，则其机械能逐渐增大
【参考答案】B
【名师解析】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力G＝m，得v＝ ，b、c的轨道半径相等，故b、c的线速度大小相等但小于a的线速度，A错误．根据万有引力提供向心力G＝ma，得a＝，由此可知，轨道半径越小，加速度越大，故a的向心加速度大于b、c的向心加速度，B正确．c加速，万有引力不够提供向心力，做离心运动，离开原轨道，所以不会与同轨道上的卫星相遇，C错误．卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，万有引力以外的力做负功，机械能减小，D错误．
4．(2019·湖南邵阳月考)两颗人造卫星绕地球逆时针运动，卫星1、卫星2分别沿圆轨道、椭圆轨道运动，圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点，某时刻两卫星与地球在同一直线上，如图所示，下列说法中正确的是( )
A．两卫星在图示位置的速度v2＝v1 B．两卫星在A处的加速度大小相等
C．两颗卫星在A或B点处可能相遇 D．两卫星永远不可能相遇
【参考答案】BD
【名师解析】v2为椭圆轨道的远地点速度，速度最小，v1表示做匀速圆周运动的速度，v1>v2，故A错误；两个轨道上的卫星运动到A点时，所受的万有引力产生加速度a＝GM/r2，加速度相同．故B正确；椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，根据开普勒第三定律知，两颗卫星的运动周期相等，则不会相遇，故D正确，C错误．
考点二：空间站问题
【3年真题链接】
1．（2019海南物理·4）.2019年5月，我国第45颗北斗卫星发射成功。已知该卫星轨道距地面的高度约为36000km，是“天宫二号”空间实验室轨道高度的90倍左右，则（ ）
A. 该卫星的速率比“天宫二号”的大 B. 该卫星的周期比“天宫二号”的大
C. 该卫星的角速度比“天宫二号”的大 D. 该卫星的向心加速度比“天宫二号”的大
【参考答案】B
【名师解析】由G=m，解得v=，由此可知第45颗北斗卫星的速率比“天宫二号”的小，选项A错误；由G=mr（）2，解得T=2π，由此可知第45颗北斗卫星的周期比“天宫二号”的大，选项B正确；由G=mω2r，解得ω=，由此可知第45颗北斗卫星的角速度比“天宫二号”的小，选项C错误；由G=ma，解得a=，由此可知第45颗北斗卫星的加速度比“天宫二号”的小，选项D错误。
2，（2017全国III卷·14）2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运动。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的（ ）
A．周期变大 B．速率变大 C．动能变大 D．向心加速变大
【参考答案】C
【名师解析】由万有引力等于向心力可得：组合体运行周期，运行速率，运行的加速度。由于对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道运动，轨道半径R不变，所以组合体运行的T不变，速率v不变，向心加速度a不变，选项ABD错误；根据动能的公式，可知，速率不变，组合体质量变大，故动能变大，选项C正确。
【2年模拟再现】
1.（2019年1月湖北黄冈调研）据报道，2020年我国首颗“人造月亮”将完成从发射、入轨、展开到照明的整体系统演示验证。“人造月亮”是一种携带大型空间反射镜的人造空间照明卫星，将部署在距离地球500km以内的低地球轨道上，其亮度是月球亮度的8倍，可为城市提供夜间照明。假设“人造月亮”绕地球做匀速圆周运动，则“人造月亮”在轨道上运动时（ ）
A．“人造月亮”的线速度等于第一宇宙速度
B．“人造月亮”的角速度大于月球绕地球运行的角速度
C．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度
D．“人造月亮”的公转周期大于月球绕地球运行的周期
【参考答案】B
【名师解析】根据第一宇宙速度的意义可知，绕地球表面运行的卫星的线速度等于第一宇宙速度，由G=m可得v=，“人造月亮” 在距离地球500km以内的低地球轨道上运动，r>R,，其“人造月亮”的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；由G=mrω2可得ω=。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”的角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项B正确；由G=ma和G=mg可知，“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度，选项C错误；由G=mr()2可得T=2π。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”绕地球运动的周期小于月球绕地球运行的周期，选项D错误。
【名师点评】本题以即将发射的“人造月亮”为情景，意在考查灵活运用万有引力提供向心力分析解决问题的能力。解答卫星相关问题时，若涉及线速度，其向心力可用公式F= m；若涉及角速度，其向心力可用公式F= mrω2；若涉及周期，其向心力可用公式F= mr()2。
预测考点一：卫星的运动
【2年模拟再现】
1.（2019安徽名校智慧联盟5月模拟）在发射人造卫星时，可利用地球的自转让卫星发射前就获得相对地心的速度，设地球表面的重力加速度在两极的大小为go，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，将地球视为质量均匀分布的球体，则卫星利用地球自转能获得相对地心的最大速度为（ ）
A. B. C. D.
【参考答案】A 【名师解析】地球表面两极处的物体??? ① 而赤道处的物体受力满足?????? ② 由①②两式可解得地球半径为：R= 故赤道处物体线速度大小为：v=Rω== 所以A正确，BCD错误 2.（2018湖南怀化期中联考）2017年6月19号，长征三号乙遥二十八火箭发射中星9A卫星过程中出现变故，由于运载火箭的异常，致使卫星没有按照原计划进入预定轨道。经过航天测控人员的配合和努力，通过多次轨道调整，卫星成功变轨进入同步卫星轨道。卫星变轨原理图如图所示，卫星从椭圆轨道Ⅰ远地点Q改变速度进入地球同步轨道Ⅱ，P点为椭圆轨道近地点。下列说法正确的是（ ）
A. 卫星在椭圆轨道Ⅰ运行时，在P点的速度等于在Q点的速度
B. 卫星耗尽燃料后，在微小阻力的作用下，机械能减小，轨道半径变小，动能变小
C. 卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点加速度大于在同步轨道Ⅱ的Q点的加速度
D. 卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点速度小于在同步轨道Ⅱ的Q点的速度
【参考答案】.D
【名师解析】解析：根据卫星在椭圆轨道上运动时机械能保持不变，可知卫星在椭圆轨道Ⅰ运行时，在P点的速度大于在Q点的速度，选项A错误；卫星耗尽燃料后，在微小阻力的作用下，机械能减小，轨道半径变小，重力势能减小，但是速度变大，动能变大，选项B错误；在同一Q点，卫星所受万有引力相同，根据牛顿第二定律，卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点加速度等于在同步轨道Ⅱ的Q点的加速度，选项C错误；卫星在椭圆轨道Ⅰ上运动到Q点需要增大速度，才能变轨到同步轨道Ⅱ，所以卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q点速度小于在同步轨道Ⅱ的Q点的速度，选项D正确。
3.（2018成都一诊）2016年8月16日，我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，该卫星的发射将使我国在国际上率先实现高速量子通信，初步构建量子通信网络。“墨子号”卫星的质量为m（约64okg），运行在高度为h（约500km）的极地轨道上，假定该卫星的轨道是圆，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R。则关于运行在轨道上的该卫星，下列说法正确的是（ ）
A．运行的速度大小为 B．运行的向心加速度大小为g
C．运行的周期为2π D．运行的动能为
【参考答案】D
【命题意图】本题考查万有引力定律、匀速圆周运动、牛顿运动定律、动能及其相关的知识点。
【名师解析】由万有引力等于向心力，G=m，在地球表面，万有引力等于重力，G=mg，联立解得卫星运行的速度：v=，选项A错误；根据牛顿第二定律，由万有引力等于向心力，G=ma，G=mg，联立解得向心加速度a=，选项B错误；由万有引力等于向心力，G=m(R+h)()2，在地球表面，万有引力等于重力，G=mg，联立解得卫星运行的周期：T=2π，选项C错误；卫星运行的动能Ek=mv2=，选项D正确。
4．（2018江西赣中南五校联考）如图所示，a、b 两颗人造地球卫星分别在半径不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A.a 的周期小于 b 的周期 B.a 的动能大于 b 的动能
C.a 的势能小于 b 的势能 D.a 的加速度大于 b 的加速度
【参考答案】.AD
【命题意图】本题考查万有引力定律、卫星的运动及其相关的知识点，意在考查学生对人造卫星的加速度、周期和轨道的关系理解和运用相关知识解决实际问题的能力。
【名师解析】地球对卫星的万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力即：G=ma=mr ,解得：T=2π.。由于卫星a的轨道半径较小，所以a 的周期小于 b 的周期，选项A正确；由G=ma可知，a 的加速度大于 b 的加速度，选项D正确。
由G=m可得v=，卫星a 的速度大小大于 b 的速度大小，由于a、b 两颗卫星质量关系不知道，根据动能公式，无法确定两者动能关系，选项 B 错误；由于a、b 两颗卫星质量关系不知道，根据势能公式，无法确定两者势能关系，选项 C 错误；
5 (2019·银川市高三联考)我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日1点40分成功发射。量子卫星成功运行后，我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。假设量子卫星轨道在赤道平面，如图所示。已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，图中P点是地球赤道上一点，由此可知( )
A.同步卫星与量子卫星的运行周期之比为 B.同步卫星与P点的速度之比为
C.量子卫星与同步卫星的速度之比为 D.量子卫星与P点的速度之比为
【参考答案】D
【名师解析】 由开普勒第三定律＝可知，＝，可知同步卫星与量子卫星的运行周期之比为，选项A错误；由于同步卫星的周期与地球自转周期相同，由v＝ωr＝r可得同步卫星与P点的速度之比为v同∶vP＝n∶1，选项B错误；由G＝m解得v＝，量子卫星与同步卫星的速度之比为＝＝，选项C错误；量子卫星与P点的速度之比为＝·＝，选项D正确。
6.（2019沈阳东北育才学校模拟8）某人造地球卫星绕地球的运动轨迹为椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，已知卫星在近地点的速率为v1、加速度大小为a1、到地心距离为r1，卫星在远地点的速率为v2、加速度大小为a2、到地心距离为r2．则（ ）
A. a1＜a2 B. a1r1＞v12 C. .a2r2＞v22 D. v1r1=v2r2
【参考答案】CD 【名师解析】卫星在运行过程中，只受万有引力作用，由牛顿第二定律有，可得加速度，由于r1＜r2，故a1＞a2，故A错误；若卫星从近地点开始做匀速圆周运动，相当于做向心运动，则轨道半径为r1，线速度小于v1，所以有，同理若卫星从远地点开始做匀速圆周运动，则相当于做离心运动，线速度大于v2，同理有，故B错误，C正确； D．在近地点与远地点选一相同的、很短的时间间隔△t，则根据开普勒第二定律有，可得v1r1=v2r2，故D正确。
【关键点拨】。 卫星绕地球运动在近地点和远地点万有引力与向心力不等，根据万有引力的大小，通过牛顿第二定律得出结论；卫星在近地点做离心运动，需要的向心力大于提供的力，卫星在远地点做向心运动，需要的向心力小于提供的力；根据开普勒第二定律分析D选项。解决本题的关键知道在近地点和远地点万有引力不等于向心力，不能根据万有引力提供向心力求出，要根据轨道变换的原理进行分析；掌握开普勒第二定律的应用。
【1年仿真原创】
1.如图所示，A是静止在赤道上的物体，B、C是同一平面内两颗人造卫星。B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星。则以下判断正确的是( )
A.卫星B的速度大小等于地球的第一宇宙速度 B.A、B的线速度大小关系为vA＞vB
C.周期大小关系为TA＝TC＞TB D.若卫星B要靠近C所在轨道，需要先加速
【参考答案】CD
【名师解析】 第一宇宙速度为近地卫星的环绕速度，为最大环绕速度，所以B的速度小于第一宇宙速度，故A错误；A、C相比较，角速度相等，由v＝ωr，可知vA＜vC，根据卫星的线速度公式v＝得vC＜vB，则vA＜vC＜vB，故B错误；卫星C为同步地球卫星，所以TA＝TC，再根据v＝，T＝得：卫星的周期T＝2π，可知TC＞TB，所以TA＝TC＞TB，故C正确；卫星要想从低轨道到达高轨道，需要加速做离心运动，故D正确。
2. 2019年初，《流浪地球》的热映激起了人们对天体运动的广泛关注。木星的质量是地球的317. 89倍，已知木星的一颗卫星甲的轨道半径和地球的卫星乙的轨道半径相同，且它们均做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A．卫星甲的周期可能大于卫星乙的周期
B．卫星甲的线速度可能小于卫星乙的线速度
C．卫星甲的向心加速度一定大于卫星乙的向心加速度
D．卫星甲所受的万有引力一定大于卫星乙所受的万有引力
【参考答案】C
【命题意图】本题以热播电影《流浪地球》切入，考查考查万有引力定律、牛顿运动定律、匀速圆周运动和向心力公式及其相关知识点。
【解题思路】由G=mr（）2可得：T=2π，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的周期小于地球卫星乙的周期，选项A错误；由G=m）2可得：v=，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的线速度小于地球卫星乙的线速度，选项B错误；由G=ma解得：a= G，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的向心加速度大于地球卫星乙的向心加速度，选项C正确；由于题述没有给出两颗卫星质量的关系，不能确定两颗卫星所受万有引力的关系，选项D错误。
【方法归纳】对于卫星围绕天体运动问题，一般采用万有引力提供向心力列方程解答。比较两个天体的相关物理量，采用比值法解答简便。
预测考点二： 空间站
【2年模拟再现】
1．（6分）（2019陕西榆林四模）我国是少数几个掌握飞船对接技术的国家之一，为了实现神舟飞船与天宫号空间站顺利对接，具体操作应为（ ）
A．飞船与空间站在同一轨道上且沿相反方向做圆周运动接触后对接
B．空间站在前、飞船在后且两者沿同一方向在同一轨道做圆周运动，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
C．空间站在高轨道，飞船在低轨道且两者同向飞行，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
D．飞船在前、空间站在后且两者在同一轨道同向飞行，在合适的位置飞船减速然后与空间站对接
【参考答案】C
【名师解析】飞船在轨道上高速运动，如果在同轨道上沿相反方向运动，则最终会撞击而不是成功对接，故A错误；两者在同轨道上，飞船加速后做离心运动，则飞船的轨道抬升，故不能采取同轨道加速对接，故B错误；飞船在低轨道加速做离心运动，在合适的位置，飞船追上空间站实现对接，故C正确；两者在同一轨道飞行时，飞船突然减速做近心运动，飞船的轨道高度要降低，故不可能与同轨道的空间站实现对接，故D错误。
2. （2019辽宁沈阳一模）“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接前的示意图如图所示，圆形轨道I为“天宫二号”运行轨道，圆形轨道II为“神舟十一号”运行轨道。此后“神舟十一号”要进行多次变轨，才能实现与“天宫二号”的交会对接，则：（ ）
A. “天宫二号”在轨道I的运行速率大于“神舟十一号”在轨道II上运行速率
B. “神舟十一号”由轨道II变轨到轨道I需要减速
C. “神舟十一号”为实现变轨需要向后喷出气体
D. “神舟十一号”变轨后比变轨前机械能减少
【参考答案】C
【名师解析】由题可知，万有引力提供向心力，即，则，由于“天宫二号”的轨道半径大，可知其速率小，则A错误；“神舟十一号” 由轨道II变轨到轨道I需要加速做离心运动，要向后喷出气体，速度变大，发动机做正功，使其机械能增加，故选项C正确，BD错误。
【名师点睛】本题考查了万有引力定律的应用，解决本题的关键掌握变轨的原理，以及掌握万有引力提供向心力这一理论，并能灵活运用。
3．（2018江苏淮安宿迁质检）2017年4月,我国第一艘货运飞船天舟一号顺利升空，随后与天宫二号交会对接．假设天舟一号从B点发射经过椭圆轨道运动到天宫二号的圆轨道上完成交会，如图所示．已知天宫二号的轨道半径为r，天舟一号沿椭圆轨道运动的周期为T，A、B两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点，地球半径为R，引力常量为G．则（ ）
A．天宫二号的运行速度小于7.9km/s B．天舟一号的发射速度大于11.2km/s
C．根据题中信息可以求出地球的质量 D．天舟一号在A点的速度大于天宫二号的运行速度
【参考答案】AC
【名师解析】由G=m可得线速度与半径的关系：v=，轨道半径r越大，速率v越小。第一宇宙速度7.9km/s是近地面卫星（轨道半径等于地球半径）的运行速度，而天宫二号轨道半径大于地球半径，所以天宫二号的运行速度小于7.9km/s，选项A正确；11.2km/s（第二宇宙速度）是发射脱离地球引力范围围绕太阳运动的人造行星的速度，而天舟一号是围绕地球运动的，所以天舟一号的发射速度小于11.2km/s，选项B错误；根据题中信息可知，天舟一号沿椭圆轨道运动的轨道半长轴为a=（R+r），利用开普勒定律： =，可得天宫二号绕地球运动的周期T’，再由G=mr()2，可以求出地球的质量M，选项C正确；天舟一号在A点的速度小于天宫二号的运行速度，选项D错误。
【1年仿真原创】
1. 2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的( )
A.周期变大 B.速率变大
C.动能变大 D.向心加速度变大
【参考答案】C
【名师解析】 根据组合体受到的万有引力提供向心力可得＝ mr ＝m＝ma，解得T＝，v＝，a＝，由于轨道半径不变，所以周期、速率、加速度均不变，选项A、B、D错误；组合体比天宫二号质量大，动能Ek＝mv2变大，选项C正确。
2． 2017年4月,我国第一艘货运飞船天舟一号顺利升空，随后与天宫二号交会对接．假设天舟一号从B点发射经过椭圆轨道运动到天宫二号的圆轨道上完成交会，如图所示．已知天宫二号的轨道半径为r，天舟一号沿椭圆轨道运动的周期为T，A、B两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点，地球半径为R，引力常量为G．则（ ）
A．天宫二号的运行速度小于7.9km/s B．天舟一号的发射速度大于11.2km/s
C．根据题中信息可以求出地球的质量 D．天舟一号在A点的速度大于天宫二号的运行速度
【参考答案】AC
【名师解析】由G=m可得线速度与半径的关系：v=，轨道半径r越大，速率v越小。第一宇宙速度7.9km/s是近地面卫星（轨道半径等于地球半径）的运行速度，而天宫二号轨道半径大于地球半径，所以天宫二号的运行速度小于7.9km/s，选项A正确；11.2km/s（第二宇宙速度）是发射脱离地球引力范围围绕太阳运动的人造行星的速度，而天舟一号是围绕地球运动的，所以天舟一号的发射速度小于11.2km/s，选项B错误；根据题中信息可知，天舟一号沿椭圆轨道运动的轨道半长轴为a=（R+r），利用开普勒定律： =，可得天宫二号绕地球运动的周期T’，再由G=mr()2，可以求出地球的质量M，选项C正确；天舟一号在A点的速度小于天宫二号的运行速度，选项D错误。
3．我国发射的“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是（ ）
A．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接
B．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接
C．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
D．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
【参考答案】C
【名师解析】为了实现飞船与空间实验室的对接，必须使飞船在较低的轨道上加速做离心运动，上升到空间实验室运动的轨道逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接，选项C正确ABD错误。