2019-2020学年教科版（2019）必修第二册 3.4人造卫星宇宙 达标作业（解析版)

3.4人造卫星宇宙
达标作业（解析版)
1．2019年10月5日2时51分，我国在太原卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭，成功将“高分十号”卫星发射升空，卫星顺利进入略低于地球同步轨道的圆轨道，任务获得圆满成功。下列关于“高分十号”卫星的描述正确的是
A．“高分十号”卫星在轨运行周期可能大于24小时
B．“高分十号”卫星在轨运行速度在第一宇宙速度与第二宇宙速度之间
C．“高分十号”卫星在轨运行的机械能一定小于同步卫星的机械能
D．“高分十号”卫星在轨运行的向心加速度大于地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度
2．四颗地球卫星a、b、c、d的排列位置如图所示，其中，a是静止在地球赤道上还未发射的卫星，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，四颗卫星相比较（　 　）
A．a的向心加速度最大
B．相同时间内b转过的弧长最长
C．c相对于b静止
D．d的运动周期可能是23h
3．某空间站绕地球做匀速圆周运动，在空间站中不能正常使用的仪器是（ ）
A．电子表 B．杆秤 C．电子温度计 D．电压表
4．某卫星绕地球做圆周运动时，其动能为Ek，该卫星做圆周运动的心加速度为近地卫星做圆周运动向心加速度的，已知地球的半径为R，则该卫星在轨运行时受到地球引力的大小为
A． B． C． D．
5．下列说法正确的是（ ）
A．由公式v＝ωr可知，圆形轨道人造地球卫星的轨道半径越大则其速度越大
B．由公式可知，所有人造地球卫星离地球越远则其线速度越小
C．地球同步卫星在其圆形轨道上运行时的线速度小于7.9km/s
D．地球同步卫星在其圆形轨道上运行时的角速度小于地球自转的角速度
6．如图所示，a、b、c为三颗绕地球做圆周运动的人造卫星，轨迹如图。这三颗卫星的质量相同，下列说法正确的是（　　）
A．三颗卫星做圆周运动的圆心相同
B．三颗卫星受到地球的万有引力相同
C．a、b两颗卫星做圆周运动的角速度大小相等
D．a、c两颗卫星做圆周运动的周期相等
7．2019年10月11日，中国火星探测器首次公开亮相，暂命名为“火星一号”，并计划于2020年发射。接近火星后，探测器需经历如图所示的变轨过程，轨道I为圆轨道，已知引力常量为G，则下列说法正确的是（ ）
A．探测器在轨道I上的机械能大于在轨道II上的机械能
B．探测器在轨道上运动时，运行的周期
C．探测器若从轨道II变轨到轨道I，需要在P点朝速度反向喷气
D．若轨道I贴近火星表面，并已知探测器在轨道I上运动的角速度，可以推知火星的密度
8．一颗人造地球卫星以初速度v发射后，可绕地球运动，若使发射速度增大为2v，则该卫星可能（　　）
A．绕地球做匀速圆周运动
B．绕地球运动，轨道变为椭圆
C．不绕地球运动，成为太阳的人造行星
D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙
9．“神舟十一号”飞船与“天宫二号”实施自动交会对接。交会对接前“神舟十一号”飞船先在较低的圆轨道1上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的“天宫二号”对接。如图所示，M、Q两点在轨道1上，P点在轨道2上，三点连线过地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速。则（　　）
A．“神舟十一号”须在Q点加速，才能在P点与“天宫二号”相遇
B．“神舟十一号”在M点经一次加速，即可变轨到轨道2
C．“神舟十一号”在M点变轨后的速度大于变轨前的速度
D．“神舟十一号”变轨后运行周期总大于变轨前的运行周期
10．如图所示，发射同步卫星的一般程序是：先让卫星进入一个近地的圆轨道，然后在P点变轨，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步卫星圆轨道上的Q点），到达远地点Q时再次变轨，进入同步卫星轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在同步卫星轨道上的速率为v4，三个轨道上运动的周期分别为T1、T2、T3，则下列说法正确的是（　　）
A．在P点变轨时需要加速，Q点变轨时要减速
B．在P点变轨时需要减速，Q点变轨时要加速
C．T1＜T2＜T3
D．v2＞v1＞v4＞v3
11．我国正在逐步建立同步卫星与“伽利略计划”等中低轨道卫星构成的卫星通信系统.
(1)若已知地球的平均半径为R0，自转周期为T0，地表的重力加速度为g，试求同步卫星的轨道半径R.
(2)有一颗与上述同步卫星在同一轨道平面的低轨道卫星，自西向东绕地球运行，其运行半径为同步卫星轨道半径R的四分之一，试求该卫星至少每隔多长时间才在同一地点的正上方出现一次.(计算结果只能用题中已知物理量的字母表示)
12．2018年6月14日11时06分，探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制，进入环绕距月球的地月拉格朗日点的使命轨道，成为世界首颗运行在地月点轨道的卫星。“鹊桥”可为卫星、飞船等飞行器提供数据中继和测控服务，并实现科学数据实时下传至地面。若已知月球的质量为，万有引力常量为，月球的半径为，“鹊桥”卫星绕月球转圈所用的时间为,求：
（1）“鹊桥”卫星的周期？
（2）“鹊桥”卫星离月球表面的高度？
（3）“鹊桥”卫星的线速度？
13．2011年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神州九号”第二次交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R1、R2，对应的角速度和向心加速度分别为、和、，则_____________，____________。
14．地球同步卫星离地心的距离为r，运行速度为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则_______,______．
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A．万有引力提供向心力：
解得：，因为“高分十号”轨道半径略低于地球同步轨道的圆轨道，所以周期小于同步卫星的周期24小时，A错误；
B．第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最大环绕速度，所以“高分十号”卫星在轨运行速度小于第一宇宙速度，B错误；
C．“高分十号”和同步卫星的质量关系未知，所以机械能大小关系不确定，C错误；
D．高空的卫星由万有引力提供向心加速度：
可知“高分十号”卫星的向心加速度大于同步卫星的向心加速度，同步卫星和地球赤道上的物体角速度相同，根据：
可知同步卫星的向心加速度大于地球赤道上的物体的向心加速度，所以“高分十号”卫星在轨运行的向心加速度大于地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度，D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A、同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同，则知a与c的角速度相同，根据a=ω2r知，c的向心加速度比a的向心加速度大，故A错误；
B、由，得，卫星的半径越大，角速度越小，所以b的角速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故B正确；
C、b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，c相对于地面静止，近地轨道卫星相对于地面运动，所以c相对于b运动，故C错误；
D、由开普勒第三定律知，卫星的半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期24h，故D错误；
故选B．
【点睛】同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同，根据a=ω2r比较a与c的向心加速度大小；根据万有引力提供向心力，列出等式得出角速度与半径的关系，再分析弧长关系；根据开普勒第三定律判断d与c的周期关系，据此解答．
3．B
【解析】
【详解】
A．电子表的工作原理与重力无关，故A错误。
B．杆秤是利用杠杆的原理，两边平衡需要物体的重力，所以杆秤不能在失重状态下有效使用。故B正确。
C．电子温度计的工作原理跟重力没有关系，在太空中能用电子温度计测量温度，故C错误。
D．电压表的工作原理与重力无关。故D错误。
故选B。
4．A
【解析】
【详解】
近地卫星的向心加速度为，轨道半径为，则有：
该卫星在轨运动时的加速度大小 ，由万有引力定律可知，
卫星的轨道半径为：
，
则卫星在轨运行时受到地球的引力：
，
故A正确，BCD错误。
故选：A
5．C
【解析】
【详解】
A．由公式可知，圆形轨道人造地球卫星的轨道半径越大则其速度越小，选项A错误；
B．由公式可知，所有人造地球卫星绕地球做圆周运动时，离地球越远则其线速度越小，选项B错误；
C．第一宇宙速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大速度，则地球同步卫星在其圆形轨道上运行时的线速度小于7.9km/s，选项C正确；
D．地球同步卫星在其圆形轨道上运行时的角速度等于地球自转的角速度，选项D错误；
故选C。
6．AC
【解析】
【详解】
A．三颗卫星做圆周运动的圆心都是地心，是相同的，A正确；
B．三颗卫星的质量相同，但轨道半径不同，所受到地球的万有引力不相同，B错误；
C．根据万有引力充当向心力，得
，
解得：
，
a、b两颗卫星的轨道半径相等，所以做圆周运动的角速度大小相等，C正确；
D．根据：
，
可得
，
a、c两颗卫星轨道半径不同，所以做圆周运动的周期不相等，D错误。
故选AC。
7．BD
【解析】
【详解】
AC．探测器在轨道II上P点需要朝速度方向喷气减速降低至轨道I，所以高轨I上的机械能小于在轨道II上的机械能，AC错误；
B．根据开普勒第三定律：
图中半长轴和半径的关系，绕同一中心天体，所以，B正确；
D．若轨道I贴近火星表面，轨道半径近似为火星半径，万有引力提供向心力：
火星密度：
解得：，可以求出火星密度，D正确。
故选BD。
8．CD
【解析】
【详解】
卫星以初速度发射后能绕地球运动，可知发射速度一定大于等于第一宇宙速度7.9km/s而小于第二宇宙速度11.2km/s；当以速度发射时，发射速度一定大于等于15.8km/s且小于22.4km/s，已超过了第二宇宙速度11.2km/s，也可能超过第三宇宙速度16.7km/s，所以此卫星不再绕地球运行，可能绕太阳或太阳系其他星体运行，也可能飞到太阳系以外的宇宙；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析相符，故C正确；
D．与分析相符，故D正确；
故选CD。
9．CD
【解析】
【详解】
A．“神舟十一号”与天宫二号要实施对接，需要神舟十一号抬升轨道，即神舟十一号开动发动机加速做离心运动，使轨道高度抬长与天宫二号实现对接，故“神舟十一号”在点加速，可以在点与“天宫二号”相遇，故A错误；
B．“神舟十一号”在点经一次加速后绕椭圆轨道运动到点，再经过一次加速过程，由椭圆轨道变成圆轨道，进入轨道2，故B错误；
C．“神舟十一号”在点要加速，因此“神舟十一号”在点变轨后的速度大于变轨前的速度，故C正确；
D．卫星做匀速圆周运动时，由万有引力提供向心力，即有：
解得：
可知轨道半径越大，周期越大，所以“神舟十一号”在变轨后速度变小，周期变大，故D正确；
故选CD。
10．CD
【解析】
【详解】
AB．设三个轨道的半径（或半长轴）分别为、、，卫星在椭圆形转移轨道的近地点点时做离心运动，所受的万有引力小于所需要的向心力，即有：
而在圆轨道时万有引力等于向心力，即有：
所以有：
在点变轨需要加速；同理，由于卫星在转移轨道上点做离心运动，可知：
在点变轨也要加速，故A、B错误；
C．由于轨道半径（或半长轴），由开普勒第三定律（为常量）可得：
故C正确；
D．在圆轨道时万有引力等于向心力，即有：
人造卫星做圆周运动的线速度：
可知：
由此可知：
故选CD。
11．（1） (2)
【解析】(1)设地球的质量为M，同步卫星的质量为m，运动周期为T，因为卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，故
在地球表面有

结合以上公式解得.
(2)由①式可知T2∝R3，设低轨道卫星运行的周期为T′，则，因而，设卫星至少每隔t时间才在同一地点的正上方出现一次，根据圆周运动角速度与所转过的圆心角的关系θ＝ωt，得，解得，即卫星至少每隔时间才在同一地点的正上方出现一次.
点睛：要是卫星再次到达同一点的上方，所以运动快的比运动慢的至少多走了一圈，从角度上来理解的话就是多运动了
12．（1）；（2）；（3）。
【解析】
【详解】
（1）由题意知，“鹊桥”卫星绕月球转圈所用的时间为，则其周期为：
（2）根据万有引力提供向心力有：
解得：
（3）根据
解得：
13．
【解析】
【详解】
[1]万有引力提供圆周运动的向心力，根据
，
可得：
，
则：
；
[2]万有引力提供圆周运动的向心力，根据：
，
可得：
。
14．
【解析】
【详解】
因为同步卫星的周期等于地球自转的周期，所以角速度相等，根据a=rω2得：
根据万有引力提供向心力有：，解得：，则．
【点晴】
解决本题的关键知道同步卫星和随地球自转的物体角速度相等，同步卫星的周期与地球的自转周期相同，根据a=rω2得出同步卫星和随地球自转物体的向心加速度之比，根据万有引力提供向心力得出第一宇宙速度与同步卫星的速度之比．