人教版高中物理必修2第六章第5节宇宙航行练习题

高中物理人教版必修2第六章5宇宙航行练习题
一、单选题
我国在轨运行的气象卫星有两类，如图所示，一类是极地轨道卫星“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为，另一类是地球同步轨道卫星“风云2号”，运行周期为下列说法正确的是
A.
“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度
B.
“风云2号”的运行速度大于
C.
“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度
D.
“风云1号”“风云2号”相对地面均静止
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．在发射地球静止轨道卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球静止轨道Ⅱ则下列说法中正确的是
A.
该卫星的发射速度必定大于
B.
卫星在地球静止轨道Ⅱ的运行速度必定大于
C.
卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
D.
卫星在轨道Ⅰ上经过Q点加速度小于在轨道Ⅱ上经过Q点的加速度
在发射一颗质量为m的人造地球同步卫星时，先将其发射到贴近地球表面运行的圆轨道Ⅰ上离地面高度忽略不计，再通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道Ⅲ上。已知它在圆轨道Ⅰ上运行的加速度为g，地球半径为R，卫星在变轨过程中质量不变，则
A.
卫星在轨道Ⅲ上运行的加速度大小为
B.
卫星在轨道Ⅲ上运行的线速度大小为
C.
卫星在轨道Ⅲ上的动能大于在轨道Ⅰ上的动能
D.
卫星在轨道Ⅲ上的机械能小于在轨道Ⅰ上的机械能
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.
关于第一宇宙速度，下列说法不正确的是
A.
它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最小运行速度
B.
它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
C.
它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
D.
它是发射卫星时的最小发射速度
地球赤道上的山丘e，近地资源卫星p、同步通信卫星q和月球m，均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设e、p、q、m的圆周运动速率分别为、、、，向心加速度分别为、、、，则???
A.
B.
C.
D.
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
北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗地球同步卫星。关于此卫星，下面说法正确的是
A.
此卫星可以定位在南沙正上方，为南沙通信、导航服务
B.
此卫星运行的线速度比放在地球赤道上的物体的线速度大
C.
此卫星运行速度大于
D.
发射速度大于
2020年北京时间1月16日11点02分，酒泉卫星发射中心一枚“快舟一号甲”火箭发射由银河航天研发制造的5G低轨宽带卫星，也是全球首颗5G卫星，重量为227公斤，在距离地面1156公里的区域运行，下列说法正确的是
A.
5G卫星不受地球引力作用
B.
5G卫星绕地飞行的速度一定大于
C.
5G卫星轨道半径比地球同步卫星高
D.
5G卫星在轨道上运行的速度大小与卫星的质量无关
“水手四号”是美国成功发射的一颗火星探测器，“水手四号”在距离火星表面9800公里处环绕火星做圆周运动，并成功地向地球传输了数据．已知火星的半径为R，万有引力常量为G，对“水手四号”的理解正确的是
A.
“水手四号”的发射速度应小于第二宇宙速度
B.
“水手四号”在距离火星表面9800公里处的环绕速度可能等于火星的第一宇宙速度
C.
如果测出“水手四号”的运行周期，即可估算出火星的质量
D.
“水手四号”在由地面发射到运行轨道的过程中，“水手四号”的机械能守恒
二、多选题
下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是?
?
?
A.
第一宇宙速度，第二宇宙速度，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于，小于
B.
美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度
C.
第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度
D.
第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。则卫星在各轨道上正常运行时，以下说法正确的是
A.
卫星在轨道3上的速度大于第一宇宙速度
B.
卫星在轨道3上的P点的速度大于在轨道2上经过P点时的速度
C.
卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D.
卫星在轨道2上运动的周期大于在轨道3上运动的周期
“嫦娥二号”卫星已成功发射，这次发射后卫星直接进入近地点高度为、远地点高度约的地月转移轨道直接奔月。当卫星到达月球附近的特定位置时，卫星就必须“急刹车”，也就是近月制动，以确保卫星既能被月球准确捕获，又不会撞上月球，并由此进入近月点为、周期为的椭圆轨道a，再经过两次轨道调整，进入距月球的近月圆轨道b，轨道a和b相切于P点，如图所示。下列说法正确的是
A.
“嫦娥二号”卫星的发射速度大于
B.
“嫦娥二号”卫星的发射速度大于，小于
C.
“嫦娥二号”卫星在a、b轨道经过P点的速度
D.
“嫦娥二号”卫星在a、b轨道经过P点的加速度分别为、，则
我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是
A.
运行速度大于
B.
离地面高度一定，相对地面静止
C.
绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
D.
向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
三、填空题
目前，国际商业卫星正朝着两个方向发展：一类是重量达数吨的卫星；另一类是微小卫星，只有几百千克、几十千克甚至几千克。微小卫星的特点是成本低、制造周期短、用途多样化，发展方向灵活。随着纳米技术的发展，微小卫星的研制和开发已成为现实，由我国航天清华卫星技术有限公司和英国萨瑞大学合作研制的“航天清华”一号微小卫星于2000年6月28日在俄罗斯某发射场发射升空，这标志着我国更加先进的“纳米卫星”的研制工作已经开始。
微小卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的加速度________填“大于”“小于”或“等于”同轨道上运行的大卫星的加速度。
若微小卫星用作通信卫星，则它的绕行速度________填“大于”“小于”或“等于”，下同同轨道上运行的大通信卫星的绕行速度；飞行高度________同轨道上运行的大通信卫星的飞行高度。
我国科学家利用“嫦娥一号”卫星绕月飞行一年间探测到的科学数据，已经获得多项成果。若已知地球的质量为M，地球的半径为R，月球的质量为m，月球的半径为r，“嫦娥一号”绕月球运行的速度近似认为绕月球的表面运行是地球卫星环绕速度即第一宇宙速度的____________倍。
北斗一号卫星系统的三颗卫星均定位在距离地面36000km的地球同步轨道上，而GPS系统中的24颗卫星距离地面的高度均为20000km，已知地球半径为则北斗一号卫星线速度的大小______?GPS卫星线速度的大小选填“大于”、“小于”或“等于”；?GPS卫星加速度的大小约为北斗一号卫星的______倍取2位有效数字．
地球的第一宇宙速度的大小是______，第二宇宙速度的大小是______，第三宇宙速度的大小是______实际上，人造地球卫星不在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，速度一定______第一宇宙速度填“大于”“等于”或“小于”．
四、实验题
Ⅰ某行星的质量是地球的倍，其表面重力加速度是地球表面重力加速度的倍，则该行星的半径与地球的半径之比为_____________；在该行星上的第一宇宙速度是______________。
Ⅱ、在“验证机械能守恒定律”的实验中，如果纸带上前面几点比较密集，不够清楚，可舍去前面比较密集的点，在后面取一段打点比较清楚的纸带，同样可以验证．如图所示，取O点为起始点，各点的间距已量出并标注在纸带上，所用交流电的频率为50Hz，g取，重锤的质量为。
打A点时，重锤下落的速度为_______，重锤的动能E_______J；
打F点时，重锤的动能_______J；
?
打点计时器自打A点开始到打出F点，重锤重力势能的减少量_______J；动能的增加量为______J。上述各空保留2位有效数字
?
根据纸带提供的数据计算，在误差允许的范围内，重锤从打点计时器打A开始到打出F点的过程中，得到的结论是__________________________。
五、计算题
宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对他们的引力作用．已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星以相同的周期T做匀速圆周运动；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行．设每个星体的质量均为m．
试求第一种形式下，星体运动的半径和线速度；
假设两种形式星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为多少．
一组宇航员乘坐太空穿梭机S去修理位于离地球表面的圆形轨道上的太空望远镜H。机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭助推火箭，望远镜在穿梭机前方数千米处，如图所示。已知地球半径为，地球表面重力加速度为，第一宇宙速度为。结果保留一位小数?
求穿梭机所在轨道上的向心加速度；
计算穿梭机在轨道上的速率；
穿梭机需先进入半径较小的轨道，才有较大的角速度追上望远镜。试判断穿梭机要进入较低轨道时应增加还是减小其原有速率，并说明理由。
六、综合题
“嫦娥二号”卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面，周期为的工作轨道，开始对月球进行探测，下列说法正确的是_______填正确答案标号
A.卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小
B.卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时大
C.卫星在轨道Ⅲ上运动的周期比在轨道Ⅰ上小
D.卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上大
E.卫星在轨道Ⅲ上经过P点的加速度比在轨道Ⅰ上经过P点时大
如图甲，物体A、B的质量分别是和，由水平轻质弹簧连接，放在光滑的水平面上，物体B左侧与竖直墙壁相接触，另有一个物体C水平向左运动，在时与物体A相碰，并立即与A有相同的速度，一起向左运动物体C的速度时间图象如图乙．
求物体C的质量；
求弹簧压缩具有的最大弹性势能；
求在到的时间内，墙壁对物体B的作用力的冲量．
答案和解析
1.【答案】A
【解析】
【分析】
卫星绕地球做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力，据此讨论描述圆周运动的物理量与半径的关系，再根据半径关系求解即可。
本题关键抓住万有引力提供向心力，列式求解出线速度、角速度、周期和向心力的表达式，再进行讨论。
【解答】
A.卫星做圆周运动，根据万有引力提供圆周运动向心力，解得，
风云2号周期大于风云1号周期，所以风云2号轨道半径大于风云1号轨道半径，，所以风云1号的线速度大于风云2号的线速度，故A正确；
B.第一宇宙速度是最大的环绕速度，风云2号”的运行速度小于故B错误；
C.风云2号轨道半径大于风云1号轨道半径，所以风云1号的发射速度小于风云2号的发射速度，故C错误；
D.风云2号的周期等于地球的公转周期，相对地面静止，风云1号周期小于地球的公转周期，相对地面运动，故D错误；
故选A。
2.【答案】C
【解析】
【分析】
根据第二宇宙速度的定义分析该卫星的发射速度；根据分析同步卫星的速度与第一宇宙速度关系；卫星在Q点需加速才能实现变轨；根据万有引力公式可以比较Q点的加速度。
此题考查了人造卫星的相关知识，解决本题的关键掌握卫星如何变轨，知道三个宇宙速度的含义，以及掌握万有引力提供向心力这个关系。
【解答】
A.是第二宇宙速度，是卫星脱离地球引力束缚的最小发射速度，故该卫星的发射速度一定小于，故A错误；
B.根据万有引力提供向心力有，得，因同步卫星的轨道半径大于地球半径，所以卫星在轨道Ⅱ的运行速度小于，故B错误；
C.根据卫星变轨的原理可知，卫星在轨道Ⅰ上的Q点需加速，使万有引力等于所需要的向心力而做圆周运动，从而进入轨道Ⅱ，故C正确；
D.根据万有引力定律和牛顿第二定律知，可知卫星在轨道Ⅰ上经过Q点加速度等于在轨道Ⅱ上经过Q点的加速度，故D错误。
故选C。
3.【答案】B
【解析】
【分析】
根据万有引力定律、牛顿第二定律、以及万有引力等于重力，求解卫星在轨道Ⅲ上运行的加速度和线速度。根据变轨原理分析卫星在轨道Ⅲ上运行时经过P点的速率与在轨道Ⅱ上运行时经过P点的速率的大小。根据卫星的速度公式得到动能表达式，再分析动能的大小。
本题的解题关键在于根据卫星运动时万有引力提供向心力，以及在地球表面重力等于万有引力分别列方程．会灵活选择向心力的不同表达式。
【解答】
卫星在轨道Ⅲ上运行时，根据牛顿第二定律得：；在地球表面由：，得所以卫星的加速度为，线速度为，故
A错误，B正确；
C.卫星的速度公式为，卫星在圆轨道上运行的动能为，可知，卫星在轨道Ⅲ上的动能小于在轨道Ⅰ上的动能，故C错误。
D.卫星从轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ要点火加速，机械能增加，从椭圆轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ要再次点火加速，机械能继续增加，所以卫星在轨道Ⅲ上的机械能大于在轨道Ⅰ上的机械能，故D错误。
故选B。?
4.【答案】B
【解析】
【分析】
本题考查开普勒第三定律以及同步卫星的性质，要注意明确题目中隐含的信息的判断是本题解题的关键。
明确同步卫星的性质，知道其转动周期等于地球的自转周期，从而明确地球自转周期减小时，地球同步卫星的运动周期减小，当运动轨迹半径最小时，周期最小。由三颗同步卫星需要使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯可求得最小半径，再结合开普勒第三定律可求周期。
【解答】
解：设地球半径为R，画出仅用三颗地球同步卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯时同步卫星的最小轨道半径示意图，如图所示
，
图中几何关系可得，同步卫星的最小轨道半径设地球自转周期的最小值为T，
则由开普勒第三定律可得，，解得，故ACD错误，B正确。
故选B。
5.【答案】A
【解析】
【分析】
本题考查第一宇宙速度，知道第一宇宙速度是在地面发射人造卫星所需的最小速度，也是圆行近地轨道的环绕速度，也是圆形轨道上速度的最大值。
第一宇宙速度有三种说法：
它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度。
它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度。
它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度。
【解答】
人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度，轨道半径越小，速度越大，故第一宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，故A错误，B正确；
C.由上可知，当距离取地球的半径时，它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度，故C正确；
D.物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，在地面附近发射飞行器，如果速度等于，飞行器恰好做匀速圆周运动，如果速度小于，就出现万有引力大于飞行器做圆周运动所需的向心力，做近心运动而落地，所以发射速度不能小于，故D正确。
本题选择错误的，故选：A。
6.【答案】D
【解析】
【分析】
题中涉及四个物体：地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p、同步通信卫星q，月球m；山丘e与同步通信卫星q转动周期相同，近地资源卫星p、同步通信卫星q与月球m，都是万有引力提供向心力，分两种类型进行比较分析即可。
本题关键要将地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p、同步通信卫星q、月球m分为两组进行分析比较，最后再综合，一定不能将四个物体当同一种模型分析，否则会使问题复杂化。
【解答】
设同步卫星运动周期为，则月球的运动周期约为，根据开普勒第三定律，，解得月球的运动半径与同步卫星运动半径的关系为，又知同步卫星轨道半径约为地球半径R的倍，则。
山丘e与同步通信卫星q转动周期相等，根据圆周运动线速度公式，山丘e的运动速率，月球m的运动速率，故；根据卫星的线速度公式，由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径，故近地资源卫星的线速度大于同步通信卫星的线速度，同理同步通信卫星的线速度大于月球m的线速度，即；故，故AB错误；
根据，山丘e运动加速度，月球m运动加速度，即，同理，；根据卫星的周期公式，由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径，故近地资源卫星的加速度大于同步通信卫星的加速度，即?，故?，故C错误，D正确。
故选D。
7.【答案】D
【解析】
【分析】
是卫星最小的发射速度，是卫星绕地球最大的运行速度；同步卫星只能在赤道上空一定高处，卫星越高其发射速度越大。
解决本题的关键是理解第一宇宙速度的物理意义，明确不同轨道对应不同的发射速度。
【解答】
A、同步卫星只能在赤道上空，故A错误；
B、所有卫星的运行速度都不大于第一宇宙速度，故B错误；
C、同步卫星的发射速度都要大于第一宇宙速度，故C错误；
D、依据能量守恒定律可知，将卫星发射到越高的轨道需要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；
故选D。
8.【答案】B
【解析】
【分析】
明确万有引力提供向心力是解决该类问题的关键，理解第一宇宙速度的意义。
卫星的发射速度要大于第一宇宙速度，发射速度越大，运行半径越大，运行速度越小，同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度。
【解答】
解：根据卫星运动的向心力由万有引力提供有：，
A、同步卫星只能在赤道上空，故A错误；
B、万有引力提供向心力可得可知轨道半径小的速度大，则此卫星运行的线速度比放在地球赤道上的物体的线速度大，故B正确；
C、知r越小v越大，是卫星运行的最大速度，故C错误；
D、若发射速度大于，则要脱离地球，故D错误。
故选B。
9.【答案】D
【解析】
【分析】
卫星在轨道上运行，处于完全失重状态，但不是不受重力作用。是第一宇宙速度是最大运行速度，根据得出，故5G卫星在轨道上运行的速度大小与卫星的质量无关。
本题是卫星的运行中的常规题，不难。
【解答】
A.5G卫星仍受到地球引力的作用，只是重力完全提供向心力，处于完全失重状态，故A错误；
B.是最大运行速度，其它卫星的运行速度一定小于，故B错误；
C.5G卫星轨道半径比地球同步卫星低，故C错误；
D.根据得出，故5G卫星在轨道上运行的速度大小与卫星的质量无关，故D正确。
故选D。
10.【答案】C
【解析】
【分析】
本题考查了卫星运动问题和宇宙速度，知道第一宇宙速度和第二宇宙速度的定义即可判断。
根据第一宇宙速度和第二宇宙速度的定义分析；根据万有引力提供向心力计算；根据机械能守恒条件判断。
【解答】
A.水手四号”由于脱离了地球的束缚，因此其发射速度应大于第二宇宙速度，A错误；
B.“水手四号”环绕火星做圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得：，“水手四号”轨道半径r大于火星的半径R，因此它的运行速度一定小于火星的第一宇宙速度，B错误；
C.如果测出“水手四号”的运行周期T，由牛顿第二定律得：，解得：，C正确；
D.“水手四号”在由地面发射到运行轨道的过程中，除万有引力以外的力做正功，机械能增加，因此D错误。
故选C。
11.【答案】CD
【解析】
【分析】
第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行做圆周运动所需的最小发射速度，第二宇宙速度，是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，第三宇宙速度，是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。
理解三种宇宙速度，特别注意第一宇宙速度有三种说法：它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度，它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度。
【解答】
根据可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，卫星在其他圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，故A错误，D正确；
B.美国发射的“凤凰”号火星探测卫星，仍在太阳的引力范围内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，故B错误；
C.第二宇宙速度是物体挣脱地球束缚而成为一颗绕太阳运行的小行星的最小发射速度在地面上发射，故C正确。
故选CD。
12.【答案】BC
【解析】
【分析】
根据万有引力提供向心力得出线速度与轨道半径的关系，从而比较出圆轨道上线速度的大小。根据变轨的原理，以及圆周运动线速度与轨道半径的关系比较卫星在轨道1和轨道2上Q点的速度大小。根据牛顿第二定律比较加速度的大小，结合开普勒第三定律比较卫星的周期。
本题关键抓住万有引力提供向心力，先列式求解出线速度的表达式，再进行讨论．知道卫星变轨的原理，卫星通过加速或减速来改变所需向心力从而实现轨道的变换。
【解答】
A.根据得，，第一宇宙速度是最大的环绕速度，故A错误；
B.卫星从轨道2上的P点进入圆轨道3，需加速，故B正确；
C.根据牛顿第二定律得，卫星在轨道1上和轨道2上经过Q点的万有引力相等，则加速度相等，故C正确；
D.根据开普勒第三定律知，轨道2半长轴小于轨道3的半径，则卫星在轨道2上运行的周期小于在轨道3上运行的周期，故D错误。
故选BC。
13.【答案】BD
【解析】
【分析】
第一宇宙速度是近地卫星绕行速度，第二宇宙速度是发射脱离地球束缚卫星的最小发射速度，卫星无动力飞行时只受万有引力作用。
解决本题的关键在于万有引力提供圆周运动向心力，掌握卫星是通过做离心运动或近心运动实现轨道高度的变化。
【解答】
A.嫦娥二号仍绕地球运动，没有脱离地球的束缚，故其发射速度小于第二宇宙速度，故A错误；
B.第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，故发射嫦娥二号的发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，故B正确；
C.在椭圆轨道上经过P点时，卫星做离心运动，故在椭圆轨道上的P点卫星的速度大于在圆轨道上P点时的速度，故C错误；
D.嫦娥二号在P点的加速度都由万有引力产生，故在同一点，不管卫星在哪个轨道其加速度都相同，故D正确。
故选BD。
14.【答案】BC
【解析】
【分析】
解决本题的关键知道同步卫星周期一定，与地球自转的周期相同．同步卫星线速度一定，角速度一定，高度一定，与地面保持相对静止。
【解析】
A.同步卫星是由万有引力充当向心力，即，可以，同步卫星的轨道半径大于地球半径，知道卫星运动速度小于第一宇宙速度，故A错误；
B.所有同步卫星都在赤道的正上方，且高度一定，相对地面静止，故B正确；
C.根据，可知，绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同，比月球绕地球运行的角速度大，故C正确；
D.根据，知同步卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度，故D错误。
故选BC。
15.【答案】等于；
等于；等于
【解析】
【分析】
本题关键是要掌握万有引力提供向心力这个重要的关系，要能根据题意选择恰当的向心力的表达式。
根据万有引力提供向心力，解出线速度、向心加速度和周期与轨道半径的关系
【解答】
解：根据万有引力提供向心力有：
得：，，
根据可知，轨道半径相等，加速度相等；
根据可知，轨道半径相等，速度相等；同轨道上的卫星的高度是相等。
故答案为：等于；
等于；等于。
16.【答案】
【解析】
【分析】
第一宇宙速度是的近地卫星的环绕速度，据万有引力提供圆周运动向心力求得第一宇宙速度的表达式，再根据地球和月球质量与半径关系求出月球的第一宇宙速度是地球卫星环绕速度的倍数。
根据万有引力提供圆周运动向心力先求得第一宇宙速度的表达式，再根据星球质量和半径的关系求解，掌握相关定理公式是正确解题的关键。
【解答】
对于近地卫星，由
得卫星绕地运行的第一宇宙速度为：?
同理卫星绕月运行的第一宇宙速度为
所以
17.【答案】小于；
【解析】解：根据万有引力提供向心力得：，
解得：，，
因为北斗一号卫星的半径大于GPS卫星的半径，所以北斗一号卫星线速度的大小小于GPS卫星线速度的大小，
．
故答案为：小于，
根据万有引力提供向心力得：求出线速度和加速度的表达式即可求解．
解决本题的关键掌握万有引力提供向心力公式：，特别注意卫星的轨道半径等于卫星离地面的高度加上地球的半径，难度不大，属于基础题．
18.【答案】?
?
?
小于
【解析】分析：第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最大速度．地球同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度．人造地球卫星运行时速度大于第二宇宙速度时，就脱离地球束缚．第三宇宙速度是物体逃离太阳的最小速度．
本题考查对宇宙速度的理解能力．对于第一宇宙速度不仅要理解，还要会计算．第一宇宙速度就近地卫星环绕地球做匀速圆周运动的速度，要强调卫星做匀速圆周运动．
解：第一宇宙速度大小是，
第二宇宙速度大小是，
第三宇宙速度是物体逃离太阳的最小速度，大小是，
第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，是最大的环绕速度，人造地球卫星不在地面附近绕地球转动的线速度一定小于第一宇宙速度．
故答案为：；?；?；?小于．
19.【答案】Ⅰ、?
??
?
?
?
Ⅱ、?
?
?
??
??
重锤在下落过程中机械能守恒?
【解析】
Ⅰ、【分析】
不考虑天体的自转，对任何天体表面都可以认为万有引力等于重力，列出等式表示出天体半径；根据已知量的关系求出该行星的半径和地球的半径之比。
本题考查万有引力求一个物理量之比，我们应该把这个物理量先用已知的物理量表示出来，再进行之比。
【解答】
不考虑天体的自转，对任何天体表面都可以认为万有引力等于重力，列出等式：
行星的质量约是地球的倍，其表面重力加速度是地球表面重力加速度的倍。
则这颗行星的半径和地球半径之比是2：1。
根据第一宇宙速度，这颗行星的半径和地球半径之比是2：1，其表面重力加速度是地球表面重力加速度的倍，所以该行星上的第一宇宙速度是地球的第一宇宙速度的倍，故该行星上的第一宇宙速度是。
故填：，；
【分析】
由OB间距离和时间，求出OB段平均速度，即为A点的瞬时速度，动能由?求解；
由EG间距离和时间，求出EG段平均速度，即为F点的瞬时速度，动能由求解；
从A点开始到打下F点的过程中，重锤重力势能的减少量，动能的增加量为。
根据计算结果分析得出结论。
对于纸带求瞬时速度常用平均速度代替．验证性实验最后要得出结论，要强调在实验误差允许的范围内，某规律成立。
【解析】
点的瞬时速度等于OB段的平均速度，则打A点时重锤下落的速度为
重锤的动能；
点的瞬时速度等于EG段的平均速度，则打F点时，重锤下落的速度为
重锤的动能；
从打点计时器打下A点开始到打下F点的过程中，重锤重力势能的减少量，动能的增加量为。
重锤动能的增加量略小于重力势能的减少量，是由于阻力存在的缘故，若剔除误差，认为在实验误差允许的范围内，，即机械能守恒。
故答案为；；；重锤在下落过程中机械能守恒。
20.【答案】解：在第一种形式下：三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；
其中边上的一颗星受中央星和另一颗边上星的万有引力提供向心力．
得
则周期为?
另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个项点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行，
由万有引力定律和牛顿第二定律得：
????
有解得：．
答：试求第一种形式下，星体运动的线速度为，周期为．
假设两种形式星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为．
【解析】画出三颗星位置示意图．两侧的星由另外两个星的万有引力的合力提供向心力，列式求解速度和周期．
对于任意一个星体，由另外两个星体的万有引力的合力提供向心力，列式求解周期．
万有引力定律和牛顿第二定律是力学的重点，在本题中有些同学找不出什么力提供向心力，关键在于进行正确受力分析．
21.【答案】解：由，得地球表面的重力加速度为，
同理穿梭机所在轨道上的向心加速度为?
?
联立以上二式并代入数据解得：
由，可得第一宇宙速度为：?
同理穿梭机在轨道上的速率为：?
?
?
代入数据解得：
应减速，由知穿梭机要进入较低轨道，必须有万有引力大于穿梭机做圆周运动所需的向心力，故当减小时，才减小，则。
【解析】本题关键抓住万有引力提供向心力和重力等于万有引力，列式求解出加速度的表达式，代入数据进行计算。
22.【答案】
解：由题图乙可知，碰前C的速度，碰后C的速度，A、C碰撞过程动量守恒，以碰前C的速度为正方向，由动量守恒定律得，
解得
、C向左运动，当它们速度变为零时，弹簧压缩量最大，弹簧的弹性势能最大，由能量守恒定律得，最大弹性势能
在到的时间内，墙壁对B物体的作用力F等于轻质弹簧的弹力，轻质弹簧的弹力使物体A和C的速度由减小到0，再增大到，则F的冲量等于弹力的冲量，即：
，方向水平向右．
【解析】由，得，故卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小，选项A正确；卫星在轨道Ⅰ上经过P点时做离心运动，其速度比在轨道Ⅲ上经过P点时大，选项B错误；由开普勒定律可知为定值，故卫星在轨道Ⅲ上运动的周期比在轨道Ⅰ上短，选项C正确；卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上大，选项D正确。
故选ACD．
、C碰撞过程遵守动量守恒，即可列式求出C的质量．
与A碰撞后，C、A向左运动，弹簧被压缩，当A、C速度变为0时，弹簧被压缩量最大，此时A、C的动能全转化为弹簧的弹性势能．
根据动量定理求出墙壁对物体B的作用力冲量．
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