2011-2020年高考物理试卷分类汇编之016b.人造地球卫星（下）（含答案及解析）

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第16b节 人造地球卫星（下）
1. 2017年新课标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）运行。与天宫二号单独运行相比，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
答：C
解析：因为对接前后，轨道半径没有改变，周期 速率 ，向心加速度 ，所以前后周期、速率、向心加速度不变，但质量变大，动能变大，故C正确，A、B、D错误。
2. 2017年江苏卷6．“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空，与“天宫二号”空间实验室对接前，“天舟一号”在距离地面约380 km的圆轨道上飞行，则其 （ BCD ）
（A）角速度小于地球自转角速度
（B）线速度小于第一宇宙速度
（C）周期小于地球自转周期
（D）向心加速度小于地面的重力加速度
解析：根据知，“天舟一号”的角速度大于同步卫星的角速度，而同步卫星的角速度等于地球自转角速度，所以“天舟一号”的角速度大于地球自转角速度，周期小于地球自转周期，故A错误；C正确；第一宇宙速度为最大的环绕速度，所以“天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度，B正确；地面的重力加速度为，故“天舟一号”的向心加速度小于地面的重力加速度g，所以D正确。故选BCD.
3.2019年浙江选考卷7.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
答案：C
解析：根据 、
得到 、、、、
可知此卫星为同步卫星，轨道半径大于近地卫星的轨道半径，小于月球的轨道半径，所以其线速度小于第一宇宙速度v1，周期等于同步卫星周期，角速度大于月球绕地球运行角速度，向心加速度小于地面重力加速度，ABD错，C对，故选C。
4.2019年北京卷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
答案：D
解析：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。
5.2019年江苏卷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. v1>v2 B. v1>v2
C. v1答案：B
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v1>v2，
当卫星做匀速圆周运动时，由 得
即卫星过近地点作圆周运动的速度为 ，由于“东方红一号”在椭圆轨道上运动，所以，故B正确。
6.2019年海南卷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
答案：B
解析：由万有引力提供向心力得，卫星的轨道半径比“天宫二号”的轨道半径大，所以该卫星的速率比“天宫二号”的小，A错误；该卫星的周期比“天宫二号”的大，选项B正确；该卫星的角速度比“天宫二号”的小，C错误；该卫星的向心加速度比“天宫二号”的小，选项D错误。故选B。
7. 2013年新课标I卷20. 2012年6曰18日，神州九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接。对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，下列说法正确的是
A. 为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B. 如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加
C. 如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低
D. 航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用
【答案】BC
【解析】围绕地球运动的卫星和飞船，其环绕速度都小于第一宇宙速度，A选项错，由于存在稀薄的空气阻力，所以不加干预，天宫一号速度将减小做近心运动，半径变小，万有引力做正功，其动能增加，B选项对，C选项对；航天员在天宫一号中处于完全失重状态，万有引力全部提供向心力，所受的重力存在，D选项错。
8. 2015年理综福建卷14. 如图，若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心O的距离分别为r1、r2，线速度大小分别为v1、v2，则 （ A ）
A． B．
C． D．
解析：由题意知，两颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据，得：，所以，故A正确；B、C、D错误。
9. 2015年理综山东卷15．如图，拉格朗日点L1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此，科学家设想在拉格朗日点L1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动。以a1、a2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a3表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是 （ D ）
A．a2> a3> a1 ?? B．a2> a1> a3
C．a3> a1 > a2?? D．a3> a2 > a1
?解析：因为空间站建在拉格朗日点，故周期等于月球的周期，根据可知，a2 > a1；对空间站和地球的同步卫星而言，因同步卫星的周期小于空间站的周期，同步卫星的轨道半径较小，根据可知， a3> a2，故选项D正确。
10. 2015年理综新课标Ⅱ卷16.由于卫星的发射场不在赤道上，同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道。当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时，发动机点火，给卫星一附加速度，使卫星沿同步轨道运行。已知同步卫星的环绕速度约为3.1×103 m /s，某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55×103m/s，此时卫星的高度与同步轨道的高度相同，转移轨道和同步轨道的夹角为30°，如图所示，发动机给卫星的附加速度的方向和大小约为 （ B ）
A. 西偏北方向，1.9×103m/s B. 东偏南方向，1.9×103m/s
C. 西偏北方向，2.7×103m/s D. 东偏南方向，2.7×103m/s
解析：由余弦定理可得
方向为东偏南，故ACD错，选项B正确。
11. 2016年江苏卷7．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．
【答案】AD
【解析】卫星绕地球做匀速圆周运动时其向心力由万有引力提供，若地球质量为M，卫星质量为m，则有，，由此可得和，这里RA>RB，则vATB，而动能，故EkARB，则SA>SB，选项C错误；由开普勒第三定律可知， 选项D正确。
12. 2013年安徽卷17.质量为m的人造地球卫星与地心的距离为r时，引力势能可表示为，其中G为引力常量，M为地球质量。该卫星原来的在半径为R1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R2，此过程中因摩擦而产生的热量为 （ C ）
A . B. C. D.
解析：卫星在原来的在半径为R1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，，则动能，又势能为，机械能，同理，卫星在原来的在半径为R2的轨道上绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，，则动能，又势能为，机械能，摩擦而产生的热量为Q=E1- E2=，故C对，A、B、D错。
13. 2013年海南卷5．“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星（同步卫星）、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成。地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍，下列说法中正确的是
A．静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍
B．静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍
C．静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的1/7
D．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的1/7
答案：A
解析：由万有引力提供向心力可知，整理可得周期，线速度，角速度，向心加速度，设地球的半径为R，由题意知静止轨道卫星的运行半径是r1=7R，中轨道卫星的运行半径是=4.4R，由比例关系可得静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的倍，故A正确；同理可判断出选项BCD均错误。
14.2016年新课标I卷17.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约为地球半径的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. B. C. D.
答案：B
解析：地球自转周期变小，卫星要与地球保持同步，则卫星的公转周期也应随之变小，由可得，则卫星离地球的高度应变小，要实现三颗卫星覆盖全球的目的，则卫星周期最小时，由几何关系可作出右图。
由几何关系得，卫星的轨道半径为 ①
由开普勒第三定律，代入题中数据，得
②
由①②解得
15. 2014年理综山东卷20、2013年我国相继完成“神十”与“天宫”对接、“嫦娥”携“玉兔”落月两大航天工程。某航天受好者提出“玉兔”回家的设想：如图，将携带“玉兔”的返回系统由月球表面发射到h高度的轨道上，与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接，然后由飞船送“玉兔”返回地球。设“玉兔”质量为m，月球为R，月面的重力加速度为g月。以月面为零势能面。“玉兔”在h高度的引力势能可表示为，其中G为引力常量，M为月球质量，若忽略月球的自转，从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功为 （ ）
A、 B、
C、 D、
【答案】D
【解析】在月球表面上，在距离月球表面h高处，
可得在高h处“玉兔”的动能而将发送到该处时，对它做的功应等于它在该处的机械能，即对它做的功为选项D正确。
故选项A、B、D错，C正确。
16. 2014年理综大纲卷26.（22分）
已知地球的自转周期和半径分别为T和R，地球同步卫星A的圆轨道半径为h。 卫星B沿半径为r （r＜h）的圆轨道在地球赤道的正上方运行，其运行方向与地球自转方向相同。求：
(1)卫星B做圆周运动的周期；
(2)卫星A和B连续地不能直接通讯的最长时间间隔(信号传输时间可忽略)。
【答案】(1) (2)
【解析】(1)设卫星B绕地心转动的周期为T ′，根据万有引力定律和圆周运动的规律有
①
②
式中，G为引力常量，M为地球质量，m、m′分别为卫星A、B的质量．
由①②式得 ③
(2)设卫星A和B连续地不能直接通讯的最长时间间隔为τ；在此时间间隔τ内，卫星A和B绕地心转动的角度分别为 和β，则
④ ⑤
若不考虑卫星A的公转，两卫星不能直接通讯时，卫星B的位置应在图中B点和B′点之间，图中内圆表示地球的赤道． 由几何关系得 ⑥
由③式知，当r＜h时，卫星B比卫星A转得快，考虑卫星A的公转后应有 - β=∠BOB'， ⑦
由③④⑤⑥⑦式得⑧
17.2020年江苏卷7.甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有（　　）
A. 由可知，甲的速度是乙的倍
B. 由可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C. 由可知，甲的向心力是乙的
D. 由可知，甲的周期是乙的倍
【答案】CD
【解析】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，则
A．因为在不同轨道上g是不一样的，故不能根据得出甲乙速度的关系，
卫星的运行线速度
代入数据可得
故A错误；
B．因为在不同轨道上两卫星的角速度不一样，故不能根据得出两卫星加速度的关系，
卫星的运行加速度
代入数据可得
故B错误；
C．根据，两颗人造卫星质量相等，可得
故C正确；
D．两卫星均绕地球做圆周运动，根据开普勒第三定律，可得
故D正确。
故选CD。
18.2020年北京卷5．我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是
A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间
C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度
答案∶A
解析∶A．当发射速度大于第二宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的范围内运动，火星在太阳系内，所以火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，故A正确；
B．第二宇宙速度是探测器脱离地球的引力到太阳系中的临界条件，当发射速度介于地球的第一和第二宇宙速度之间时，探测器将围绕地球运动，故B错误；
C．万有引力提供向心力，则有
解得第一宇宙速度为
所以火星的第一宇宙速度为
所以火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，故C错误；
D． 万有引力近似等于重力，则有
解得星表面的重力加速度
所以火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度，故D错误。
故选A。
19.2020年天津卷2．北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星
A．周期大 B．线速度大
C．角速度大 D．加速度大
【答案】A
【解析】卫星有万有引力提供向心力有
可解得，，，
可知半径越大线速度，角速度，加速度都越小，周期越大；故与近地卫星相比，地球静止轨道卫星周期大，故A正确，BCD错误。
故选A。
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