2020年复习必做【模拟试题】高考母题解读(五)万有引力和航天11复习专用试卷

1、欢迎下载高中物理学习材料（精心收集*整理制作）高考母题解读（五）万有引力和航天11高考题千变万化，但万变不离其宗。千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生 而来。研究高考母题，掌握母题解法规律，使学生触类旁通，举一反三，可使学生从 题海中跳出来，轻松备考，事半功倍。母题11、地球同步卫星【方法归纳】：卫星绕地球的运动，万有引力提供向心力。卫星绕地球做匀速圆周运动， 其轨道平面一定过地心，轨道半径等于卫星与地心的距离。地球同步卫星的轨道一定 与赤道共面，其周期等于地球自转周期。卫星问题是高考热点，解决地球同步卫星问 题的方法是，根据题述条件及物理情景，利用卫星周期等于地球自转周期，应用卫星 相

2、关规律列出相应方程联立解得。典例.（2010全国理综2）已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的 6倍。若某 行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的 2.5 倍，则该行星的自转周期约为A . 6小时B. 12小时C. 24小时D. 36小时【解析】设地球半径为H某行星的半径为屯则地球的同步卫星的周期为Tl2 小时，轨道半fe =7At,密度阿。某行星的同歩卫星周期为執道半径为442=3.5R密度丸予2地球质量r某行星的质量Af=Pz -TJ?,334、G叫 × P1-C根据牛顿第二定律和万有引力定律分别有-=（M）S叮T、G昵X纠一加两式化简得Tl

3、= A 2=12小时，选项B正确。【答衆】B【点评1姜注蔥卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径L卫星离地面的高度Ii- 地球半径皿【针对训练题精选解析】1.（2012年3月山东威海一模）假设月亮和同步卫星都是绕地心做匀速圆周运动的，下列说法正确的是A. 同步卫星的线速度大于月亮的线速度B. 同步卫星的角速度大于月亮的角速度C同步卫星的向心加速度大于月亮的向心加速度D.同步卫星的轨道半径大于月亮的轨道半径1.答案：ABC解析：同步卫星的线速度大于月亮的线速度，选项A正确，同步卫星的角速度大于月亮的角速度，选项 B正确；同步卫星的向心加速度大于月亮的向心加速 度，选项C正确；同步卫星的轨道半径小于月

4、亮的轨道半径，选项D错误。2 （ 2010四川理综卷第17题）.a是地球赤道上一栋建筑，b是在赤道平面内做匀速圆 周运动、距地面9.6×106m的卫星，C是地球同步卫星，某一时刻 b、C刚好位于a的 正上方（如图甲所示），经48h，a、b、C的大致位置是图乙中的（取地球半径 R=6.4 × 106m ,地球表面重力加速度g=10ms2' = .10）I*IIDI *III【解析】b, £都是地球卫星，共同連循地球对它们的万有引力提供冋心力J匚是 地球同歩卫星，亡在Q的正上方，对b有Gm（R+h- =r.联立可得；T2=2× IOISl经48h,

5、b转过的圈数科=4蓉彎°=&百4,析以选项B正确&【答秦】B【点评】处在同一轨道平面内的卫星，轨道半径越线速度越大，周期越中,3.如图所示，a是地球赤道上一点，某时刻在 a的正上方有三颗轨道位于赤道平面的卫 星b、c、d,各卫星的运行方向均与地球自转方向（图中已标出）相同，其中d是地球同步卫星。从该时刻起，经过一段时间 t （已知三颗卫星的周期都大于t），各卫星 相对a的位置最接近实际的是ABCD【解析1根据图中卫星b, S 轨道半径的关系可知，门由轨道半径 与周期关系可>ce由于d是地球同步卫星，与地球亦道上一点日相对 静止，角速度关系为 LU J LU JJ

6、 ° （JJ 二.>（jJ 二CjJ U © 卫星h相对地面速度最-匕所以各 卫星相对富的位置最接近实际的是D>【答案】D【点评】此题考查利用卫星的运动等知识定性分析能力。4 （浙江省2012年2月四校联考）2012年初，我国宣布北斗导航系统正式商业运行。 北斗导航系统又被称为 双星定位系统”，具有导航、定位等功能。北斗”系统中两颗工作星均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径为r,某时刻两颗工作卫星分别位于轨 道上的A、B两位置（如图所示）.若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为 g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力则以下判断中正确的是:星IA 这两颗卫星

7、的加速度大小相等，均为R2g2r” -O %A卫星2地球卫星I由位置A运动至位置B所需的时间为3R g优质资料C. 卫星I向后喷气就一定能追上卫星2D .卫星1由位置A运动到位置B的过程中万有引力做正功斗答案：A解析：这两颗卫星距地面高度相爹，其加速度大小相等.均为JD = . I P 选项 A 正确1 由 GJn÷j=znri1 -l T.号率立解得卫星运行周期TWg耳Il卫星1由桂置上运动至噬置E所需的时间为Y胡-3R g5.选项B错误i卫星I向后喷气，速度增大做离心运动，高度増加，速度减小，不 能追上卫星2,选项C错惧.卫星：由位置貝运功到位置B的过程中，万有引 力方向与位移方

8、向垂直，万有引力不做功，选项D错误。（2012年2月深圳第一次调研）在地球的圆形同步轨道上有某一卫星正在运行，则下 列说法正确的是A.卫星的重力小于在地球表面时受到的重力B .卫星处于完全失重状态，所受重力为零C.卫星离地面的高度是一个定值D卫星相对地面静止，处于平衡状态5塔秦：AC辭析：在地球的圆形同歩轨道上正在运行的卫星卫星的重力丿卜于 在地球表面吋受列的重力，卫星处于完全失重状态.所受重力不为零J选项A 正确B错误'卫星离地面的高度是一个定值，卫星相对地面静止，处于匀速圆C 一祈汙工62012年2月山西四校联考）2011年11月29日我国在西昌卫星发射中心用 长征 三号甲”运载火

9、箭，成功将第9颗北斗导航卫星送入太空轨道.北斗”卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星（同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，30颗非静止轨道卫星中有 27颗是中轨道卫星，中轨道卫星平均分布在倾角55度的三个平面上，轨道高度约 21500公里，静止轨道卫星的高度约为36000公里，地球半径约为6400公里.已知馬053下列关于北斗导航卫星的说法正确的是A .静止轨道卫星的向心加速度比中轨道卫星向心加速度大B .静止轨道卫星和中轨道卫星的线速度均大于地球的第一宇宙速度C.中轨道卫星的周期约为12.7hD .地球赤道上随地球自转物体的向心加速度比静止轨道卫星向心加速度小 6.答案：CD解析：静止轨道

10、卫星距地面高度大于中轨道卫星，所以静止轨道卫星的向心加速度比中轨道卫星向心加速度小，选项错误弟T連度是卫星 W½m6WdMf靜止输直卫星和中轨直卫屋的线速度均力吁地球的第 YS 速度,选项B错昴静止轨追卫星的轨道半f约为3500DkIn-640OkIn=4240OkItI, 中轨道卫星的轨道半径釣为21500km6400km=900km,由幵普勒第三定律，中轨道卫星的周期约为厂=T=O 53<+h=12.7h1选顶C正碉，地球赤道3上随地球自转物体的角速度与静止轨道卫星的角谨度相等，由a=-r可知.地球 赤道上随地球自转物体的向心加速度比静止艇卫星冋心加速度K选项DlE 确。7

11、.（1998上海物理）发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1 ,然后点火, 使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火。将卫星送入同步 轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点（如图），则当卫星分别在1，2，3轨道上正常运行时，下说法正确的是A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1的速率B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道 2上经过Q点时的加速度D卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度【解析】由万有弓I力竽于向心力可得.卫星轨道半径越水.环绕速度越大角速 度越大，卫星在轨道3上的速率水于在轨道1的速率，卫星

12、在執道3上的角速度 小于在轨道I上的毎速度.选项A错误B正确：卫星在轨道i上经过。点时和它 在轨道2上经过0点时所受万有引力相等.加速度相等，选项C锥误?卫星在轨 道2 JJsa F点时和它在轨道$上a F点时所受万有引力相等，加速度相等, 选项D正确。【笞案】ED（1999高考题）地球同步卫星到地心的距离=2 2r可由r3=a驴 求出，已知式中a的单位4是m , b的单位是s, C的单位是m/s 2,A.a是地球半径,b是地球自转的周期,C是地球表面处的重力加速度B.a是地球半径,b是同步卫星绕地心运动的周期，C是同步卫星的加速度C.a是赤道周长,b是地球自转周期，C是同步卫星的加速度D.a

13、是地球半径,b是同步卫星绕地心运动的周期，C是地球表面处的重力加速度【解析】由，GMm.=mrr22TMm .,GRr=Mgp2-r 2联立解得r3= -T g4,对比r3=2. 2-2c可知，a是地球半径，b是地球自转的周期，也4 2是同步卫星绕地心运动的周期,C是地球表面处的重力加速度，选项 AD正确。【答案】AD9 （2006江苏物理）如图所示，A是地球的同步卫星。另一卫星 B的圆形轨道位于赤 道平面内，离地面高度为h。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, O为地球中心。（1）求卫星B的运行周期。（2） 如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻 A、B两卫星

14、相距最近（0、B、 A在同一直线上），则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？【解析】=0)由万有引力定律和问心力公式得,G '伽】=“定 + ' .©IR IA) I召丿G型 =啊R=联立得 Jf=Xj令怛(.2t)由题意得(3 eCdgJt- 2 JZ,- * * .©由=S,TE V(-A)代入得心一=>【点评】此题以卫星切入 意在考查万有引力定律、卫星的运动、圆周运动的追 击和相遇问题。10。地球上空有人造地球同步通讯卫星，它们向地球发射微波。但无论同步卫星的数 目增加到多少个，地球表面总有一部分面积不能直接收到它们发射的微波，求这个面 积的大

15、小。已知地球半径为 R0 =6.4 106m半径为R、高为h的球冠的表面积为SI =2Rh球的表面积S2 =4冗R2 ,结果保留一位有效数字<0 OJ【解析】如图所示，因为同步卫星总是在赤道上 空，其高度一定，由同步卫星所在处画一条到地 球表面的切线，可见两极地区周围的区域内就接 收不到微波信号。以m、M分别表示卫星和地 球质量，r表示卫星到地心的距离，T表示地球 自转周期，则对地球表面质量为 mo的物体，有GMmA = mog；RO对地球同步卫星有由几何关系、某个极周围的按收不到微波信号的区域面积为S =2-(l-s地球有两个极，因而接吐不到碱波信号的区域面积为S=2 g鈕-(LCOS

16、e)联立解得S=40l-Jl-苇爭:)代入数据得$=6 GQL)11.(2012江西三校联考)2011年7月11日23时41分，我国在西昌卫星发射中心用 长征三号丙运载火箭，成功将 天链一号02星”送入太空.火箭飞行约26分钟后，西安 卫星测控中心传来的数据表明，星箭分离，卫星成功进入地球同步转移轨道.天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星，又称跟踪和数据中继卫星，由中 国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制.中继卫星被誉为卫星的卫 星”，是航天器太空运行的数据 中转站”用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测 控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星.(1)已

17、知地球半径R=6400km,地球表面的重力加速度 g=10mS2,地球自转周期T =24 h，3 0.4 =0.7,请你估算 天链一号02星”的轨道半径为多少？(结果保留一位有效数字)(2)某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号，需要位于赤道地面基站正上方的 天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器，如果航天器与天链一号02星”处于同轨道最远可通信距离的情况下，航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是多少？已知地球半径为 R,地球同步卫星轨道半径为r,无线电波的传 播速度为光速c.【解祈儿C)从题目信息中可知=天链一号心星"是地球的同歩卫星处于同步卫星的 轨道口它的

18、周期与地球自转周期相等。GM=gR2(1分)解得尸'分)代入数据ir=4<10"m 门分)卢天链一号2星与同軌道的航天器的运行轨道都是同涉卫星轨道.所以天链 一号8星“与同轨道的航天器绕地球运转的半径为工”天確一堵0二星方航天器之间前最远时盹示蕙圈如圈所示。由几何知识可知厂天 链一号8星“与航天器之间的最远距离s=2 2 -JE * （1分）无线电披从发射到被航天器接收需要分两 o首先赤道她面基站发射的信号被中继卫星接收t =千，匚分；餒后中继卫星再杷信号传递到同轨道 的航天器C=S 'c=2>r; -RJr c（1 分）所以共用时：t=+H= -_ +2r -i c,.l分h£12 （2004广东物理第16题）某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他 用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，试问，春分那天（太阳光直射赤道）在日 落12小时内有多长时间该观察者看不见此卫星