高三最新 物理专项基础训练：第21练 人造卫星 宇宙速度(word版,有答案)
物理教科版必修2 第三章4 人造卫星 宇宙速度 课堂练习 Word版含解析
1．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是( )A ．第一宇宙速度又叫环绕速度B ．第一宇宙速度又叫脱离速度C ．第一宇宙速度跟地球的质量无关D ．第一宇宙速度跟地球的半径无关 解析：选A ．第一宇宙速度又叫环绕速度，A 对，B 错；万有引力提供向心力，由G Mm R 2＝m v 2R可知第一宇宙速度与地球的质量和半径有关，C 、D 错． 2．同一遥感卫星离地面越近时，获取图像的分辨率也就越高，则当图像的分辨率越高时，卫星的( )A ．向心加速度越小B ．角速度越小C ．线速度越小D ．周期越小解析：选D ．由万有引力提供向心力G Mm r 2＝mrω2＝m v 2r ＝m (2πT )2r ＝ma ，可得v ＝GM r，ω＝GM r 3，T ＝2πr 3GM ，a ＝GM r2，当r 减小时，T 减小，a 、ω、v 增大，D 对，A 、B 、C 错．3. 如图所示是卫星拍摄的一张月球表面照片，陨石落入月球表面形成的美丽“花环”清晰可见．如果大量的陨石落入(忽略碰撞引起的月球速度变化)，使月球的质量增加，则( )A ．月球的公转周期变大B ．地月距离增大C ．某月球卫星的线速度减小D ．某月球卫星的周期减小 解析：选D ．根据万有引力提供向心力G Mm r 2＝m v 2r可知，当研究月球公转时，公式与m 无关，月球质量增加使月球所需向心力和所受引力同时增大，不影响地月距离和月球的公转周期，A 、B 错误；当研究月球卫星时，月球质量增大使卫星所受引力增大，大于卫星稳定时所需的向心力，卫星做近心运动，使卫星到月球的距离减小，线速度增大，周期减小，C 错误，D 正确．4．已知地球半径为R ，质量为M ，自转角速度为ω，地面重力加速度为g ，万有引力常量为G ，地球同步卫星的运行速度为v ，则第一宇宙速度的值可表示为( )A ．RgB ． v 3ωRC ．GM RD ．ωR 解析：选ABC ．第一宇宙速度等于近地卫星运行的速度，由mg ＝G Mm R 2＝m v 21R，解得第一宇宙速度v 1＝gR ＝GM R ，A 、C 项正确；对同步卫星，设运行半径为r ，由v ＝ωr ，GMm r2＝m v 2r ，结合GMm R 2＝m v 21R 得v 1＝v 3ωR，B 项正确． 5．若两颗人造地球卫星的周期之比为T 1∶T 2＝2∶1，则它们的轨道半径之比R 1∶R 2＝________，向心加速度之比a 1∶a 2＝______. 解析：由开普勒定律，R 1∶R 2＝3T 21∶3T 22＝34∶1.由牛顿第二定律，G Mm R 2＝ma ，向心加速度之比a 1∶a 2＝R 22∶R 21＝1∶232.答案：34∶11∶232。
人造卫星宇宙速度(后附答案)
人造卫星宇宙速度（后附答案）课前准备1．可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道( )A. 与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆B. 与地球表面某一经度线所决定的圆是共面同心圆C. 与地球表面的赤道线是共面同心圆，且卫星相对于地面高度是不变的D. 以上都有可能2．人造地球卫星中的物体处于失重状态是指物体( )A. 不受地球引力作用B. 受到的合力为零C. 不受地球引力，也不受卫星对它的作用力D. 对支持它的物体没有压力3．下列关于第一宇宙速度说法正确的有( )A. 人造天体环绕地球运动的最小速度B. 使人造天体环绕地球运动所必需的最小地面发射速度C. 使人造天体环绕地球运动所必需的最大地面发射速度D. 它是在近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度课堂训练4．人造地球卫星在运行中，由于受到稀薄大气的阻力作用，其运动轨道半径会逐渐减小，在此进程中，以下说法中正确的是 （ ）A. 卫星的速率将增大B. 卫星的周期将增大C. 卫星的向心加速度将增大D. 卫星的向心力将减小5．月球表面的重力加速度是地球表面的1/6，月球半径是地球半径的1/4，则在月球表面作匀速圆周运动的登月舱的线速度是地球第一宇宙速度的 （ ）A ．241B ．126C ．246D ．121 6．当人造卫星进入轨道作匀速圆周运动后，下列叙述正确的是 （ ）A ．在任何轨道上运动时，地球球心都在卫星的轨道平面内B ．卫星运动速度一定不超过7.9km/sC ．卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧秤直接测出所受重力的大小D ．卫星运行时的向心加速度等于卫星轨道所在处的重力加速度7．通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的说法中正确的是 （ ）A ．所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内B ．所有的地球同步卫星的质量都相等C ．所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运动的角速度都相等D ．所有的地球同步卫星离地心的距离都相等8．一颗人造地球同步卫星距地面的高度为h ，设地球半径为R ，卫星运动周期为T ，地球表面处的重力加速度为g ，则该同步卫星的线速度的大小应该为 （ ）A ．g R h )(+B ．2π（h+R ）/TC ．)/(2R h g R +D ．Rg9．人造卫星在轨道上绕地球做圆周运动，它所受的向心力F 跟轨道半径r 的关系是 （ ）A ．由公式F=rmv 2可知F 和r 成反比 B ．由公式F=m ω2r 可知F 和ω2成正比C ．由公式F=mωv 可知F 和r 无关D ．由公式F=2rGMm 可知F 和r 2成反比 课后拓展一．选择题10．同步卫星离地心距离为r ，运动速度为v 1，加速度为a 1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a 2，第一宇宙速度为v 2，地球的半径为R ，则下列各比值中正确的是（） ①R r a a =21 ②221)(r R a a = ③R r v v =21 ④rR v v =21 A ．①④ B ．②④ C ．①③ D ．②③二．填空题11．已知地球半径为R，地球自转角速度为 ，地球表面的重力加速度为g，则在赤道上空，一颗相对地面静止的同步通讯卫星离地面的高度为（用已知三个量表示）。
2025届高考物理复习：经典好题专项(人造卫星、宇宙速度)练习(附答案)
2025届高考物理复习：经典好题专项（人造卫星、宇宙速度）练习1．(多选)下列关于三大宇宙速度的说法正确的是()A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B．从地球发射的火星探测器，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，成为绕太阳运行的飞行器的最小发射速度D．第一宇宙速度(7.9 km/s)是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度2．(多选)(2023ꞏ云南昆明市模拟)2003年10月，我国首位航天英雄杨利伟搭乘“神舟五号”载人飞船，历时约21小时绕地球转动14圈后返回；某气象卫星是极地卫星，卫星飞过两极上空，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为12小时，若飞船和卫星的运动轨迹均为圆，则() A．载人飞船与气象卫星的运行周期之比约为1∶8B．载人飞船与气象卫星的轨道半径之比约为1∶2C．载人飞船与气象卫星的线速度大小之比约为2∶1D．载人飞船与气象卫星的向心加速度大小之比约为4∶13．(2023ꞏ北京市东城区模拟)设地球的质量为M，平均半径为R，自转角速度为ω，引力常量为G，则下列说法不正确的是()A．静止卫星的轨道与地球的赤道在同一平面内B．同步卫星的离地高度为h＝3GMω2C．同步卫星的离地高度为h＝3GMω2－RD．同步卫星的角速度为ω，线速度大小为3GMω4．(2023ꞏ江西南昌市质检)我国首个独立火星探测器“天问一号”已于2021年5月15日成功着陆火星表面，对我国持续推进深空探测、提升国家软实力和国际影响力具有重要意义。
假设火星是质量分布均匀的球体，半径为R，自转周期为T，引力常量为G，则()A．火星密度为3πGT2B．火星的第一宇宙速度为2πR TC．火星“赤道”表面的重力加速度为4π2R T2D．一个质量为m的物体分别静止在火星“两极”和“赤道”时对地面的压力的差值为4π2mR T25．(多选)(2023ꞏ山东省模拟)为了探测某未知星球，探测飞船载着登陆舱先是在离该星球中心距离为r 1的圆轨道上运动，经测定周期为T 1；随后登陆舱脱离飞船，变轨到该星球的近地圆轨道上运动。
高考物理复习---人造卫星 宇宙速度课外作业练习(含答案)
7．如图3，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量 为M和2M的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )
图3
A．甲的向心加速度比乙的小 B．甲的运行周期比乙的小 C．甲的角速度比乙的大 D．甲的线速度比乙的大 答案 A
8．星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度．星球的第二宇宙速度
A．周期为
4π2r3 GM
C．角速度为
Gm r3
B．动能为G2MRm D．向心加速度为GRM2
答案 A 解析 嫦娥四号探测器环绕月球做匀速圆周运动时，万有引力提供其做匀速圆周运动的向心 力，由GMr2m＝mω2r＝mvr2＝m4Tπ22r＝ma，解得 ω＝ GrM3 、v＝ GrM、T＝ 4GπM2r3、a＝GrM2 ， 则嫦娥四号探测器的动能为 Ek＝12mv2＝G2Mrm，由以上可知 A 正确，B、C、D 错误．
v2 与第一宇宙速度 v1 的关系是 v2＝ 2v1.已知某星球的半径为 r，它表面的重力加速度为地 球表面重力加速度 g 的16.不计其他星球的影响．则该星球的第二宇宙速度为( )
gr A. 3
gr C. 3
gr B. 6 D. gr
答案 A 解析 该星球的第一宇宙速度满足：GMr2m＝mvr12，在该星球表面处万有引力等于重力：GMr2m ＝mg6，由以上两式得 v1＝ g6r，则第二宇宙速度 v2＝ 2× g6r＝ g3r，故 A 正确．
高考物理复习---人造卫星 宇宙速度课外 作业练习（含答案）
1．(2020·天津卷·2)北斗问天，国之夙愿．如图1所示，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 C．角速度大 答案 A
专题 人造卫星 宇宙速度(解析版)--2025高三物理
人造卫星宇宙速度(单选基础练+多选提升练+计算综合练)一、基础练(单选题)1.2021年1月，“天通一号”03星发射成功。
发射过程简化为如图所示：火箭先把卫星送上轨道1(椭圆轨道，P 、Q 是远地点和近地点)后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道2(圆轨道)；卫星最后变轨到轨道3(同步圆轨道)。
轨道1、2相切于P 点，轨道2、3相交于M 、N 两点。
忽略卫星质量变化。
以下说法正确的是()A.卫星在三个轨道上的周期T 3=T 2=T 1B.由轨道1变至轨道2，卫星在P 点向前喷气C.卫星在三个轨道上机械能E 3=E 2<E 1D.轨道1在Q 点的线速度大于轨道3的线速度【答案】D【详解】A ．由图可知，轨道2和轨道3的半径相等，且大于轨道1的半长轴，根据开普勒第三定律a 3T 2=k 可知卫星在三个轨道上的周期关系为T 3=T 2>T 1故A 错误；B ．由轨道1变至轨道2，卫星在P 点向后喷气加速，使卫星做离心运动，故B 错误；C ．由轨道1变至轨道2，卫星必须在P 点加速，则E 2>E 1轨道2和轨道3的半径相等，则E 3=E 2因此E 3=E 2>E 1故C 错误；D ．假设卫星在过Q 点的圆轨道上运行的速度为v 1，卫星轨道1在Q 点的线速度为v 1，在轨道3的线速度为v 3。
从过Q 点的圆轨道变轨到轨道1，必须在Q 点加速，则v 1<v 1根据卫星做匀速圆周运动的线速度公式v =GM r可知v 3<v 1因此v 3<v 1<v 1则轨道1在Q 点的线速度大于轨道3的线速度，故D 正确。
故选D 。
2.如图为同一平面内绕地球运行的三颗不同卫星A 、B 、C 的轨道示意图，I 、III 为圆轨道，II 为椭圆轨道，III 的半径与II 的半长轴相等，且III 与II 相交于M 点，I 与II 相切于N 点。
则()A.A 、B 经过N 点时的速度大小相等B.B 、C 绕地球运行的周期相等C.B在椭圆轨道上运行的速度均大于A的速度D.B、C在M点的向心加速度大小相等【答案】B【详解】A．设地球的质量为M，根据a=Fm=G Mr2则，A、B经过N点时的加速度相等，A在N点时做圆周运动，B在N点时做离心运动，所以B的速度大于A的速度，故A错误；B．根据开普勒第三定律可知Ⅲ的半径与Ⅱ的半长轴相等，则B、C绕地球运行的周期相等，故B正确；C．B在椭圆轨道上N点的速度比A在N点的速度大，此后B从N向远地点运动过程中速度变小而A的速度大小不变，因此B的速度并不是一直比A大，故C错误；D．根据a=Fm =G Mr2则B、C在M点加速度大小相同，但是B在M的向心加速度为加速度的一个分量，因此向心加速度大小不相等，故D错误。
人造卫星 宇宙速度 (解析版)--2025届新高考物理
人造卫星宇宙速度1.高考真题考点分布题型考点考查考题统计选择题第一宇宙速度2024年湖南卷、广东卷选择题人造卫星2024年江西卷、福建卷2.命题规律及备考策略【命题规律】高考对这不内容的考查比较频繁，多以选择题的形式出现，题目的背景材料多为我国在航天领域取得的成就，比如神州飞船、天宫轨道舱等。
【备考策略】1.掌握不同轨道卫星加速度、线速度等参量的求解。
2.掌握同步卫星的特点，并能够比较近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动。
3.会求解不同天体的第一宇宙速度。
【命题预测】重点关注与我国航空航天成就有关的卫星运动问题。
一、不同轨道卫星参量(1)将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供。
(2)基本关系式G Mmr 2=ma =m v 2r →v =GM rmrω2→ω=GM r 3mr 2πT 2→T =2πr 3GMmvω二、宇宙速度1．第一宇宙速度(1)第一宇宙速度是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动时的速度，其数值为7.9km/s 。
(2)第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星的最大环绕速度。
(3)第一宇宙速度的计算方法由G Mm R2=m v 2R 得v =GM R ；由mg =m v 2R得v =gR 。
2．第二宇宙速度使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，其数值为11.2km/s 。
3．第三宇宙速度使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，其数值为16.7km/s。
考点一不同轨道卫星参量宇宙速度考向1不同轨道卫星参量不同轨道卫星参量G Mmr2=ma→a=GMr2m v2r→v=GMr mω2r→ω=GMr 3m4π2T2r→T=4π2r3GM越高越慢12024年4月30日08时43分，神舟十七号载人飞船与空间站组合体成功分离．在中国空间站出差的神舟十七号航天员已启程返航，踏上回家之旅。
临别前，神十七、神十八六名航天员在天和核心舱合影留念。
已知地球半径为R，天和核心舱围绕地球做圆周运动过程中离地面高度约为地球半径的1N，万有引力常量为G，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转，则天和核心舱的线速度大小和舱内航天员的加速度大小分别为()A.NgRN+1NN+12g B.NgRN+12NN+12gC.2NgRN+1NN+12g D.2NgRN+12NN+12g【答案】A【详解】在地球表面，重力可视为等于万有引力，则GMmR2=mg设天和核心舱的线速度大小为v，舱内航天员的加速度大小为a，万有引力提供向心力，有GMm舱1+1N2R2=m舱v21+1NRGMm人1+1N2R2=am人联立解得v=NgRN+1，a=NN+12g故选A。
第3章 4.人造卫星 宇宙速度 全部知识点Word版含答案
4.人造卫星 宇宙速度1．人造卫星卫星是太空中绕行星运动的物体．将第一颗人造卫星送入围绕地球运行轨道的国家是前苏联．2．宇宙速度1．第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度．(√) 2．第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行的最小速度．(×) 3．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度．(×) 若要发射火星探测器，试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射？ 【提示】 火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s ＜v ＜16.7 km/s.发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：图341探讨1：不同星球的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？【提示】 不同，根据G Mm R ＝m v 2R ，v ＝GMR，第一宇宙速度决定于星球的质量和半径． 探讨2：把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 【提示】 轨道越高，需要的发射速度越大．1．解决天体运动问题的基本思路：一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体时可建立基本关系式：G Mm R＝ma ，式中a 是向心加速度．2．常用的关系式(1)G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2T2r ，万有引力全部用来提供行星或卫星做圆周运动的向心力．(2)mg ＝G MmR2即gR 2＝GM ，物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力．该公式通常被称为黄金代换式．3．四个重要结论：设质量为m 的天体绕另一质量为M 的中心天体做半径为r 的匀速圆周运动．(1)由GMm r 2＝m v 2r得v ＝GMr，r 越大，天体的v 越小． (2)由G Mm r2＝m ω2r 得ω＝GMr 3，r 越大，天体的ω越小． (3)由G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 得T ＝2πr 2GM，r 越大，天体的T 越大． (4)由G Mm r2＝ma n 得a n ＝GM r2，r 越大，天体的a n 越小．以上结论可总结为“一定四定，越远越慢”．4．地球同步卫星及特点：地球同步卫星及特点：(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星．(2)特点：①确定的转动方向：和地球自转方向一致；②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h；③确定的角速度：等于地球自转的角速度；④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)；⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)．1．下面关于同步通信卫星的说法中不正确的是( )A．各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的B．同步通信卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大；高度降低，速率减小，仍同步C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低D．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小【解析】同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度相同，由ω＝GM r3和h＝r－R知卫星高度确定．由v＝ωr知速率也确定，A正确，B错误；由T＝2πr3GM知第一颗人造地球卫星高度比同步通信卫星的低，C正确；由v＝GMr知同步通信卫星比第一颗人造地球卫星速率小，D正确．故选B.【答案】 B2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( )【导学号：22852074】A．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最大速度C．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度D．不同行星的第一宇宙速度都是相同的【解析】第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飞行的卫星绕地球公转的线速度．卫星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，由GMmR ＋h2＝mv 2R ＋h可得v ＝GMR ＋h.可见卫星的高度越高，则公转的线速度越小，所以靠近地球表面飞行的卫星(h 的值可忽略)的线速度最大，故选项B 正确；地球同步卫星在地球的高空运行，所以它的线速度小于第一宇宙速度，所以选项C 错误；行星的质量和半径不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不相同，所以选项D 错误．【答案】 B3.如图342，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r 1、r 2，线速度大小分别为v 1、v 2，则( )【导学号：22852075】图342A.v 1v 2＝ r 2r 1B.v 1v 2＝r 1r 2C.v 1v 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 2r 12D.v 1v 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 1r22【解析】 对人造卫星，根据万有引力提供向心力GMm r 2＝m v 2r，可得v ＝GMr.所以对于a 、b 两颗人造卫星有v 1v 2＝r 2r 1，故选项A 正确． 【答案】 A4．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( )A ．轨道半径变小B ．向心加速度变小C ．线速度变小D ．角速度变小【解析】 探测器做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则：G Mm r 2＝m 4π2T2r ，整理得T ＝2πr 3GM ，可知周期T 较小的轨道，其半径r 也小，A 正确；由G Mm r 2＝ma n ＝m v 2r ＝m ω2r ，整理得：a n ＝G M r2，v ＝G Mr，ω＝GMr 3，可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B 、C 、D 错误．【答案】 A5．如图343所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )图343A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大 【解析】 根据G Mm r 2＝ma 得a ＝GM r 2.故甲卫星的向心加速度小，选项A 正确；根据G Mmr2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ，得T ＝2πr 3GM ，故甲的运行周期大，选项B 错误；根据G Mm r2＝m ω2r ，得ω＝GMr 3，故甲运行的角速度小，选项C 错误；根据G Mm r 2＝mv 2r，得v ＝GMr，故甲运行的线速度小，选项D 错误．【答案】 A6．研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时．假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比( )A ．距地面的高度变大B ．向心加速度变大C ．线速度变大D ．角速度变大【解析】 地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大．由GMmR ＋h2＝m4π2T 2(R ＋h )，得h ＝3GMT 24π2－R ，T 变大，h 变大，A 正确．由GMm r 2＝ma ，得a ＝GMr2，r 增大，a 减小，B 错误．由GMm r 2＝mv 2r ，得v ＝GM r ，r 增大，v 减小，C 错误．由ω＝2πT可知，角速度减小，D 错误．【答案】 A天体运动问题解答技巧(1)比较围绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的v 、ω、T 、a n 等物理量的大小时，可考虑口诀“越远越慢”(v 、ω、T )、“越远越小”(a n )．(2)涉及绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的计算问题时，若已知量或待求量中涉及重力加速度g ，则应考虑黄金代换式gR 2＝GM ⎝⎛⎭⎪⎫mg ＝G Mm R2的应用．(3)若已知量或待求量中涉及v 或ω或T ，则应考虑从G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2T2r 中选择相应公式应用．1．经典力学的成就与局限性 2．了解相对论(选学) 3．初识量子论(选学)1．经典力学的成就英国物理学家牛顿在《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系．他的理论只用几个基本的概念和原理，不但可以解决人们日常看到的种种物体的运动问题，也可以说明天体运动规律．经典力学的思想方法的影响远远超出了物理学与天文学的研究领域，对其他自然科学、社会科学领域都产生了巨大影响．2．经典力学的局限性(1)经典力学是从日常的机械运动中总结出来的，超出宏观的、日常生活经验的领域常常就不适用了．(2)绝对时空观：把时间、空间、物质及其运动之间的联系割裂开来，不能解释高速运动领域的许多现象．(3)经典力学认为一切自然现象都服从、遵守力学原理，严格按力学规律发生、演化，并且变化是连续的，这种观点与微观世界的很多现象都不相符．3．经典力学的适用范围(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动．(2)只适用于宏观物体的运动，不适用于微观粒子的运动．(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境．1．经典力学的基础是牛顿运动定律．(√)2．经典力学中时间、空间与物质及其运动完全无关．(√)3．经典力学可以研究质子、中子等微观粒子的运动规律．(×)洲际导弹的速度可达6 000 m/s，此速度属于低速还是高速？【提示】属于低速.6 000 m/s远小于光速，因此属于低速．地球绕太阳公转的速度是3×104m/s；设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987 倍光速的速度．请思考：图511探讨：地球的公转和电子的运动情况都能用经典力学(牛顿力学)来研究吗？【提示】地球的公转属于宏观、低速运动，能用经典力学来研究；而电子的运动属于微观、高速运动，经典力学就不能适用了．1．以牛顿运动定律为基础的经典力学的成就(1)牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃．(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就．(3)18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命．(4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例．2．经典力学的局限性(1)经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．(2)经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象．3．经典力学的适用范围相对论和量子力学的出现，使人们认识到经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．1．经典力学不能适用于下列哪些运动( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器在火星着陆D．微观粒子的波动性【解析】经典力学适用于宏观物体的低速运动，故经典力学对A、B、C都能适用，对D不适用．【答案】 D2．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( )A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域B．地球表面上的物质世界C．人眼能看到的物质世界D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.【答案】 D3.(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( )A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律【解析】人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．所以A错，B、C、D对．【答案】BCD科学是不断发展和完善的一切科学的发展都是人们主动认识世界的过程，而每个人的研究又都是建立在前人的基础上，通过自己的努力去发展和提高．科学的成就总是在某些条件下的局部形成，在新的科学成就形成后，它将被包括在其中．爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形．1．狭义相对论爱因斯坦针对经典力学的运动规律在处理微观高速时所遇到的困难，创立了狭义相对论．狭义相对论的主要效应有：(1)长度收缩：在观测运动的物体时，物体沿运动方向上的长度会收缩．(2)时钟变慢：在观测运动的时钟时，时钟显示的时间变慢．(3)质量变化：物体的质量随速度的增大而增大．(4)质能关系：物体的质量和能量之间存在着相互联系的关系，关系式为：E＝mc2.(5)速度上限：任何物体的速度都不能超过光速．一般情况下，由于物体的速度v≪c，相对论效应消失，其结果还原为经典力学．因此认为经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．2．广义相对论(1)爱因斯坦于1916年创立了广义相对论．根据该理论推得一些结果，例：(a)当光线通过强引力场时，光线会发生偏折，即时空会发生“弯曲”．(b)引力场存在引力波．(2)广义相对论把数学与物理学紧密地联系在了一起．3．量子论的基本内容(1)量子假设最早是在1900年由德国物理学家普朗克提出来的．(2)量子论认为，微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子．(3)微观粒子有时显示出波动性，有时又显示出粒子性，这种在不同条件下分别表现出经典力学中的波动性和粒子性的性质称为波粒二象性，在粒子的质量或能量越大时，波动性变得越不显著，所以我们日常所见的宏观物体，实际上可以看做只具有粒子性．(4)由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能(填“不可能”或“一定”)同时具有确定的数值．例如粒子的位置和动量，其中的一个量愈确定，另一个量就愈不确定，粒子的运动不遵守确定性规律而遵守统计规律．1．物体高速运动时，沿运动方向上的长度会变短．(√)2．质量是物体的固有属性，任何时候都不会变．(×)3．对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大．(√)如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？【提示】不能．因为物体的质量随速度的增大而增大，假若物体的速度趋近于光速，这时物体的质量会趋近于无穷大，故不可能把物体的速度增大到等于光速，当然更不可能大于光速，因为光速是速度的最大值．探讨：在狭义相对论中，长度收缩是不是指物体的长度变短了？时钟变慢是不是指时钟走得慢了？【提示】 不是．长度收缩和时钟变慢是由于时空条件不同而引起的观测效应，不是物体的长度真的变短或时钟真的变慢了．1．尺缩效应运动长度l 会收缩，l ＝l 01－v 2c2，l 为沿运动方向观测到的物体长度，l 0为物体静止时观测到的长度，在垂直于运动方向上，物体的长度没有变化．2．钟慢效应 运动时钟会变慢，τ＝τ1－v 2c2，即运动时钟显示的时间τ比静止的时钟显示的时间τ延缓了，而时钟的结构并没有改变． 3．质速关系物体的质量m 随速度v 的增大而变大，m ＝m 01－v 2c2，m 0为静止时的质量，m 为运动时的质量．4．质能关系质量m 和能量E 之间存在着一个相互联系的关系式：E ＝mc 2，式中c 为光速．5．任何物体的速度不能超过光速．6．当v ≪c 时，相对论效应消失，其结果还原为经典力学，因此经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．4．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )【导学号：22852123】A ．这个人是一个矮胖子B ．这个人是一个瘦高个子C ．这个人矮但不胖D ．这个人瘦但不高 【解析】 由公式l ＝l 01－v 2c2可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变．【答案】 D5．A 、B 两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，v A ＞v B .在火箭A 上的人观察到的结果正确的是( )A ．火箭A 上的时钟走得最快B ．地面上的时钟走得最快C ．火箭B 上的时钟走得最快D ．火箭B 上的时钟走得最慢【解析】 在火箭A 看来，地面和火箭B 都高速远离自已，由t ＝t 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2知，在火箭A 上的人观察到的结果是地面和火箭B 的时钟都变慢了，且vA ＞v B ，故地面的时钟最慢，因此A 正确，B 、C 、D 错误．【答案】 A6．把电子从v 1＝0.9c 加速到v 2＝0.97c 时电子的质量增加多少？(已知电子静止质量m 0＝9.1×10－31 kg)【解析】 电子速度为v 1时电子质量为m 1＝m 01－v 1c2＝m 01－0.92电子速度为v 2时电子质量为m 2＝m 01－v 2c2＝m 01－0.972电子质量增量为Δm ＝m 2－m 1＝1.66×10－30kg.【答案】 1.66×10－30kg时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法1．(1)“钟慢效应”或“动钟变慢”是在两个不同惯性系中进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化，而是在不同参考系中对时间的观测效应．(2)运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了．2．(1)长度收缩效应是狭义相对论时空观的一种体现，即在不同惯性系中的观测者对同一物体的同一个空间广延性进行观测，测得的结果不同．(2)这种沿着运动方向的长度的变化是相对的；另外垂直于速度方向的长度不变．。
《4. 人造卫星 宇宙速度》(同步训练)高中物理必修2_教科版_2024-2025学年
《4. 人造卫星宇宙速度》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、人造卫星在轨道上做匀速圆周运动时，其向心力来自于何处？A、地球的吸引力B、卫星的喷气推进力C、地球的磁场力D、太阳的吸引力2、关于第一宇宙速度，下列哪种描述是正确的？A、它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时的速度。
B、它是发射人造卫星进入近地轨道的最小速度。
C、它是使物体能够脱离地球引力的最小速度。
D、它是使物体能够进入宇宙空间而不再受地球引力影响的最小速度。
3、人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，其运动速度与以下哪个因素无关？（）A、卫星的质量B、地球的质量C、卫星的轨道半径D、地球的半径4、已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，根据万有引力定律，第一宇宙速度v1是指人造卫星绕地球表面飞行时的最小速度，则v1的表达式为（）A、v1 = √(gR)B、v1 = √(gR/2)C、v1 = √(2gR)D、v1 = √(g/2R)5、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动时，下列说法正确的是（）A、离地球越近的卫星，其线速度越小B、所有卫星的线速度都等于第一宇宙速度C、卫星的轨道半径越大，其线速度越大D、卫星的轨道半径越大，其线速度越小6、若地球的质量是月球的81倍，那么地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为（）A、1:9B、9:1C、1:81D、81:17、下列关于人造卫星的说法正确的是：A. 人造卫星在环绕地球运行的过程中，其运行轨迹是圆形的。
B. 宇宙速度是指人造卫星绕地球做圆周运动时所需的最小速度。
C. 人造地球卫星的线速度随着轨道半径的增大而增大。
D. 人造卫星在同步轨道上绕地球运行的速度比在低轨道上绕地球运行的速度小。
二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、下列关于人造卫星的说法中，正确的是（）A、人造卫星在轨道上运动时，速度越大，其轨道半径越小。
B、人造卫星在轨道上运动时，轨道半径越小，其角速度越大。
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第21练 人造卫星 宇宙速度一、单项选择题（每小题只有一个选项符合题意）1.不久前欧洲天文学就发现了一颗可能适合人类居住的行星，命名为“格利斯581C ” .该行星的质量是地球的5倍，直径是地球的1.5倍.设想在该行星表面附近绕行星沿圆轨道运行的人造卫星的动能为E k 1，在地球表面附近绕地球沿圆轨道运行的同质量的人造卫星的动能为E k 2，则12k kE E 为 （ ） A.0.13 B.0.3 C.3.33 D.7.52.一艘宇宙飞船在预定轨道上做匀速圆周运动，在该飞船的密封舱内，下列实验能够进行的是 （ ）3.某人造卫星运动的轨道可近似看做是以地心为中心的圆.由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r 1慢慢变到r 2，用E k 1、E k 2分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则（ ）A. r 1＜r 2，E k 1＜E k 2B. r 1＞r 2，E k 1＜E k 2C. r 1＜r 2，E k 1＞E k 2D. r 1＞r 2，E k 1＞E k 24.银河系中的恒星中大约四分之一是双星.某双星由质量不等的星体S 1和S 2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点O 做匀速圆周运动.由天文观察测得其运动周期为T ，S 1到O 点的距离为r 1、S 1到S 2间的距离为r ，已知引力常量为G.由此可求出S 2的质量为 （ ）A.22124()r r r GT π-B.23124r GT πC.2324r GT π D.22124R R GT π5.如图所示关于静止地球赤道上的物体A ，贴着地面运行的人造卫星B ，相对地球静止的人造卫星C ，下列说法中正确的是 （ ）A.物体A 和卫星C 具有相同的加速度，但均小于卫星B 的加速度B.卫星B 的运行速度大于卫星C ，卫星C 的速度大于物体AC.卫星B 的运行周期大于物体A ，物体A 的周期等于卫星C 的周期D.若它们的质量相等，则所受合外力量大的是卫星C 二、多项选择题（每小题有多个选项符合题意）6.可以发射这样一颗人造地球卫星，使其圆轨道 （ ） A.与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆 B.与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C.与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地面是静止的D.与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地面是运动的 7.在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q 点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则 （ ）A.该卫星的发射速度必定大于11.2km/sB.卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/sC.在轨道Ⅰ上，卫星在P 点的速度大于在Q 点的速度D.卫星在Q 点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ8.地球的同步卫星质量为m ，离地面的高度为h ，若地球的半径为R 0，地球表面处的重力加速度为g 0，地球自转角速度为ω0，则同步卫星所受的地球对它的万有引力的大小为（ ）A.20m h ω B.20020()mR g R h +C.243000m R g ω D.200()m R h ω+9.土卫十和土卫十一是土星的两颗卫星，都沿近似为圆周的轨道绕土星运动.其参数如表：卫星半径（m ） 卫星质量（kg ） 轨道半径（m ） 土卫十 8.90×1042.01×10181.51×1018土卫十一5.70×1045.60×10171.51×103两卫星相比土卫十 （ ） A.受土星的万有引力较大 B.绕土星的圆周运动的周期较大 C.绕土星做圆周运动的向心加速度较大 D.动能较小三、计算或论述题10.一颗在赤道上空运行的人造卫星，其轨道半径r=2R （R 为地球半径），卫星的运动方向与地球自转方向相同.已知地球自转的角速度为ω，地球表面处的重力加速度为g.（1）求人造卫星绕地球转动的角速度；（2）若某时刻卫星通过赤道上某建筑物的正上方，求它下次通过该建筑物上方需要的时间.11.计划发射一颗距离地面高度为地球半径R0的圆形轨道地球卫星，卫星轨道平面与赤道片面重合，已知地球表面的重力加速度为g.（1）求出卫星绕地心运动周期T；（2）设地球自转周期T0，该卫星绕地旋转方向与地球自转方向相同，则在赤道上一点的人能连续看到该卫星的时间是多少？12.我国首个月球探测计划“嫦娥工程”将分三个阶段实施，大约用十年左右时间完成，这极大的提高了同学们对月球的关注程度.以下是某同学就有关月球的知识设计的两个问题，请你解答：（1）若已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，月球绕地球运动的周期为T，且把月球绕地球的运动近似看做是匀速圆周运动.试求出月球绕地球运动的轨道半径；（2）若某位宇航员随登月飞船登陆月球后，在月球表面某处以速度v0竖直向上抛出一个小球，经过时间t，小球落回到抛出点.已知月球半径为R月，引力常量为G.试求出月球质量M月.13.侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为h，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全部拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球半径为R，地面处的得力加速度为g，地球自转的周期为T.14.2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线，上演“火星冲日”的天象奇观.这是6万年来火星距地球最近的一次，与地球之间的距离只有5.576×107km，为人类研究火星提供了最佳时机.图示为美国宇航局最新公布的“火星冲日”的虚拟图.则有（）A.2003年8月29日，火星的线速度大于地球的线速度B.2003年8月29日，火星的线速度小于地球的线速度C.2004年8月29日，火星又回到了该位置D.2004年8月29日，火星还没有回到该位置15.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它们的引力作用.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，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；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.设每个星体的质量均为m.（1）试求第一种形式下，星体运动的线速度和周期；（2）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？第21练 人造卫星 宇宙速度1.C2.C 解析 飞船在预定轨道上做匀速圆周运动，飞船内的一切物体都处于完全失重状态，与重力有关的现象都消失.3.B 解析 卫星作近心运动，半径变小，速度变大.4.D 解析 双星模型，两星间的万有引力提供向心力，角速度相等，质量与半径成反比.5.B6.CD 解析 万有引力提供向心力，卫星轨道的圆心与地心重合.7.CD8.BCD9.BD10.地球对卫星的万有引力提供做圆周运动的向心力，即22卫ωmr rMm G =，地同表面附近的重力加速度2RM Gg = 把r =2R 代入，解方程可得Rg 8=卫ω （2）卫星下次通过该建筑物上方时，卫星比地球多转2πrad ，所需时间ωπωωπ-=-=Rgt 822卫 11.（1）万有引力提供向心力，则)2(4)2(02220R Tm R GMm π=，得： gR GM R T 0308282ππ==（2）如图所示设人在B 1位置刚好看见卫星出现在A 1位置，最后在B 2位置看到卫星从A 2位置消失，OA 1=2OB 1， 有∠A 1OB 1=∠A 2OB 2=3π，从B 1到B 2时间为t ，πππ22320T tT t =+，则有)82(382)(3000000gR T T gR T T TT t ππ-=-=12.（1）根据万有引力定律和向心力公式：222,)2(R MG g r T M r M M G==π月月 解得：22234πT gR r =（2）设月球表面处的重力加速度为g 月，根据题意有：2,2月月月月R M G g g v t ==解得：GtR v M 202月月=13.侦察卫星绕地球做匀速圆周运动的周期设为T 1，有：r T m r GMm 21224π=地面处重力加速度为g 1，有：g m RGMm 02= ② 得到卫星的周期gr R T 312π=（其中r =h +R ），地球自转的周期为T ，在卫星绕行一周时，地球自转过的角度为TT π21，摄像机应拍摄赤道圆周的弧长 g R h T s 32)(4+•=π 14.BD15.（1）第一种形式下，以某个运动星体为研究对象，由万有引力定律和牛顿第二定律，得：Rv m F F R m GF R mG F 221222221,)2(,=+==，运动星体的线速度： R Gm v 45=，周期为T ，则有：GmRR v R T 542ππ==（2）第二种形式星体之间的距离为r ，则三个星体做圆周运动的半径为R′，.30cos 2/︒='r R 由于星体做圆周运动所需的向心力靠两个星体的万有引力的合力提供，由万有引力定律和牛顿第二定律，得：F 合=︒30cos 222T Gm ，F 向=22222)2(30cos 230cos 2,4Tr m l m G R T m ππ︒=︒'所以星体之间的距离为5123Rr =.感谢您的阅读，祝您生活愉快。