宇宙航行并答案Word文件下载.docx
《宇宙航行并答案Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宇宙航行并答案Word文件下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2、地球同步卫星
（1）运转方向与地球的自转方向相同，均为自西向东；
（2）运转周期与地球自转周期相同，均为24h，角速度与地球自转角速度相同；
4
（3）相对于地面静止，位于赤道上空的某一点，距离地面高度约为3.59×
10km；
（4）所有同步卫星的环绕速度大小一定，均为3.08km/s，所有同步卫星由于到地心距离相
2
同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为0.23m/s【典型例题】
题型一：
宇宙速度
例1、金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍。
那么，
（1）金星表面的自由落体加速度是多大？
（2）金星的第一宇宙速度是多大？
变式1、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，万有引力恒量为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．gRC．
R
BvωR
D．ωR
题型二：
同步卫星
例2、据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”于2019年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°
赤道上空的同步轨道。
关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是（）
A．运行速度大于7.9km/s
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
变式2、地球上两相距很远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是（）
A．一人在南极，一人在北极，观察不到此现象
B．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍C．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等
D．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍题型三：
卫星的发射与变轨问题
例3、我国是能够独立设计和发射地球同步卫星的国家之一。
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，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（）A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率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点时的加速度等于它在轨道3上经过
P点时的加速度
变式3、2019年10月24日我国从西昌卫星发射中心成功发射了“嫦娥一号”，“嫦娥一号”飞行的路线示意图如下图，关于嫦娥一号相关的说法中，正确的是（）
A．在P点由a轨道转变到b轨道时，速度必须变小
B．在Q点由d轨道转变到c轨道时，速度必须变小（不计嫦娥一号的质量变化）C．在b轨道上，P点速度比R点速度大
D．嫦娥一号在a、b轨道上正常运行时，通过同一点P时，加速度相等
【随堂巩固】
1、假定宇宙空间站绕地球做匀速圆周运动，则在空间站上，下列实验不能做成的是：
（）
A、天平称物体的质量B、用弹簧秤测物体的重量C、用测力计测力
D、用水银气压计测飞船上密闭仓内的气体压强
2、土星的外层有一个环，为了判断它是土星的一部分，即土星的“连续群”，还是土星的“卫
星群”，可以通过测量环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系来判断：
A.若v∝R，则该层是土星的连续群B.若v∝R，则该层是土星的卫星群C.若v
1
，则该层是土星的连续群
D.若v2
，则该层是土星的卫星群R
3、月球的质量约为地球的1/81，半径约为地球半径的1/4，地球上第一宇宙速度约为7.9km/s,
则月球上第一宇宙速度为多少？
4、人造地球卫星与地面的距离为地球半径的1.5倍，卫星正以角速度ω做匀速圆周运动，
地面的重力加速度为g，R、、g这三个物理量之间的关系是（）
A：
22g2g33g25g
55RB：
5RC：
22RD：
52R
5、下列关于地球同步卫星的说法中正确的是：
（）
A、为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上B、通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯卫星的周期都是24hC、不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上D、不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的。
a2b2c
6、地球同步卫星到地心的距离r可由r求出，已知式中a的单位是m，b的单位2
4
3
是s，c的单位是m/s，则：
（）
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。
7、侦察卫星在通过地球两极上的圆轨道上运行，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的情况下全都拍摄下来，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，地面处的重力加速度为g，地球自转的周期为T。
8、如图是在同一平面不同轨道上运行的两颗人造地球卫星。
设它们运行的周期分别是T1、
T2，（T1＜T2），且某时刻两卫星相距最近。
问：
⑴两卫星再次相距最近的时间是多少？
⑵两卫星相距最远的时间是多少？
9、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆形轨道1运行，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆形轨道3运行。
设轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，⑴比较卫星经过轨道1、2上的Q点的加速度的大小；
以及卫星经过
轨道2、3上的P点的加速度的大小
⑵设卫星在轨道1、3上的速度大小为v1、v3，在椭圆轨道上Q、P点
的速度大小分别是v2、v2，比较四个速度的大小
10、“黑洞”问题是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊的天体。
它的密度很大，对周围的物质（包括光子）有极强的吸引力。
根据爱因斯坦理论，光子是有质量的，光子到达黑洞表面时，也将被吸入，最多恰能绕黑洞表面做圆周运动。
根据天文观察，银河系中心可能有一个黑洞，距离可能黑洞为6.0×
10m远的星体正以2.0×
10m/s的速度绕它旋转，据此估算该可能黑洞的最大半径是多少？
（保留一位有效数字）
11、科学探测表明，月球上至少存在氧、硅、铝、铁等丰富的矿产资源。
设想人类开发月球，不断地月球上的矿藏搬运到地球上，假定经过长时间开采以后，月球和地球仍看做均匀球体，月球仍然在开采前的轨道运动，请问：
⑴地球与月球的引力怎么变化？
⑵月球绕地球运动的周期怎么变化？
⑶月球绕地球运动的速率怎么变化？
12
6
/
参考答案
典型例题
例1、解析：
（1）由于万有引力产生重力，设金星和地球的半径、质量及星球表面的自由落体的加速度分别为r1、m1、g1、r2、m2、g2。
分别对金星和地球列两个方程：
Gmm1/r21＝mg1Gmm2/r22＝mg2
mr2①÷
②式得：
g1＝g2＝8.9m/s2。
m2r1
（2）重力提供星体做圆周运动的向心力。
设星体的质量为m，分别对金星和地球列两个方程：
mg1＝mv21/r1，mg2＝mv2/r2
由上两式得：
v1v＝7.3km/sg2r22
答案：
（1）8.9m/s2
（2）7.3km/s变式1、答案：
ABC
GMmmv1
解析：
第一宇宙速度等于近地卫星运行的速度，由mg，解得第一宇宙速
RR度v1＝2
GMGMmmv
A、C项正确；
对同步卫星，设运行半径为r，由v＝ωr，Rrr
B项正确。
ωR
v1GMm
结合＝mv1＝
RR
GMmmv例2、解析：
由万有引力提供向心力得：
＝，v＝
rr，即线速度v随轨道r
半径r的增大而减小，7.9km/s为第一宇宙速度即围绕地球表面运行的速度，因同步卫星轨道半径比地球半径大很多，因此其线速度应小于7.9km/s，故A错；
因同步卫星与地球自转3GMm2
同步，即T、ω相同，因此其相对地面静止，由公式＝m（R＋h）ω得：
hR，
ωR＋h因G、M、ω、R均为定值，因此h一定为定值，故B对；
变式2、C
例3、解析：
本题主要考查人造卫星的运动，尤其是考查了同步卫星的发射过程，对考生理解物理模型有很高的要求。
vMm
由G＝m得v＝
rr因为r3＞r1所以v3＜v1Mm
由G＝mω2r得ω＝
r
r2
因为r3＞r1，所以ω3＜ω1
卫星在轨道1上经Q点时的加速度为地球引力产生的加速度，而在轨道2上经过Q点时，也只有地球引力产生加速度，故应相等，同理，卫星在轨道2上经P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。
BD
变式3、答案：
BCD随堂巩固1、【答案】:
ABD
【解析】：
本题考察了宇宙空间站上的“完全失重”现象。
2、【答案】:
AD
本题考察连续物与分离物的特点与规律
⑴该环若是土星的连续群，则它与土星有共同的自转角速度，vR，因此v∝R
Mmv2
⑵该环若是土星的卫星群，由万有引力定律G2m得：
v2
故A、D正确R
土星也在自转，能分清环是土星上的连带物，还是土星的卫星，搞清运用的物理规律，是解题的关键。
同时也要注意，卫星不一定都是同步卫星。
3、【答案】:
1.76km/s
设月球质量为M，地球质量81M；
月球半径为R，地球半径为4R。
则有
v地
v月2G81MGM
，月球第一宇宙速度为v月则速度之比为
4RRv地9
v月7.92/91.76km/s
4、【答案】:
A
mv2Mm
G2有【解析】：
首先要注意的是卫星轨道半径为1.5+1=2.5R，利用rr
GMGM
，又因为，有Ag
（2.5R）3R2
5、【答案】:
本题考察地球同步卫星的特点及其规律。
同步卫星运动的周期与地球自转周期相同，T=24h，角速度ω一定
mM42
根据万有引力定律G2m2r得知通讯卫星的运行轨道是一定的，离开地面的高
rT
度也是一定的。
地球对卫星的引力提供了卫星做圆周运动的向心力，因此同步卫星只能以地心为为圆心做圆周运动，它只能与赤道同平面且定点在赤道平面的正上方。
故B正确，C错误。
不同通讯卫星因轨道半径相同，速度大小相等，故无相对运动，不会相撞，A错误。
G2mam
r知：
通讯卫星运行的线速度、向心加速度大小一定。
r由
故正确答案是：
B、D6、【答案】:
Mm22mr（）2
T，【解析】：
由Gr
gR2T2Mm
223
及mg＝GR得r＝4AD正确。
427、【答案】:
S
T（hR）3
g
如果周期是12小时，每天能对同一地区进行两次观测。
如果周期是6小时，每天能对同一纬度的地方进行四次观测。
如果周期是小时，每天能对同一纬度的地
n
方进行n次观测。
Mm42（hR）设卫星运行周期为T1，则有Gm
（hR）2T122GMm0
T物体处在地面上时有解得：
mg10
R2R
在一天内卫星绕地球转过的圈数为
（hR）3
TT
，即在日照条件下有次经过赤道上空，所以每T1T1
422R2R
次摄像机拍摄的赤道弧长为S将T1结果代入得ST1，
TTT1
8、【答案】:
t
2k1T1T2T1T2
t
T2T12T2T1
k=0.1.2„„
本题考察同一平面不同轨道上运行的两颗人造地球卫星的位置特点及其卫星的运动规律
⑴依题意，T1＜T2，周期大的轨道半径大，故外层轨道运动的卫星运行一周的时间长。
设经
过△t两星再次相距最近
则它们运行的角度之差2„„①即:
TT22tt2„„②解得：
t12
T2T1T1T2
⑵两卫星相距最远时，它们运行的角度之差2k1„„③即:
22
tt2k1„„④k=0.1.2„„T1T2
解得：
t
2k1T1T2
2T2T1
„„⑤k=0.1.2„„
9、【解析】：
同步卫星的发射有两种方法，本题提供了同步卫星的一种发射方法，并考察了
卫星在不同轨道上运动的特点。
Mm
ma2
⑴根据牛顿第二定律，卫星的加速度是由于地球吸引卫星的引力产生的。
即：
r
G
可见
卫星在轨道2、3上经过P点的加速度大小相等；
卫星在轨道1、2上经过Q点的加速度大小也相等；
但P点的加速度小于Q点的加速度。
⑵1、3轨道为卫星运行的圆轨道，卫星只受地球引力做匀速圆周运动
vG2m
r得：
r由
可见：
v1＞v3
GM
由开普勒第二定律知，卫星在椭圆轨道上的运动速度大小不同，近地点Q速度大，远地点速度小，即：
v2＞v2
卫星由近地轨道向椭圆轨道运动以及由椭圆轨道向同步轨道运动的过程中，引力小于向
Mmv2G2m
r，卫星做离心运动，因此随着轨道半径r增大，卫星运动速度r心力，
增大，它做加速运动，可见：
v2＞v1，v3＞v2因此：
v2＞v1＞v3＞v2
v28
10、【答案】:
R2r310m
c
本题考察“黑洞”的基本知识，这是一道信息题。
黑洞做为一种特殊的天体，一直受到人们广泛的关注,种种迹象表明,它确实存在于人的视野之外。
黑洞之黑，就在于光子也逃不出它的引力约束。
光子绕黑洞做匀速圆周运动时，它的轨道半径就是黑洞的最大可能半径。
设光子的质量为m，黑洞的质量为M，黑洞的最大可能半径为R，光子的速度为c
Mmc根据牛顿定律Gm„„①得：
对银河系中的星体,设它的质量为m,它也在绕黑洞旋转,
Mmv2
因此G2m„„②
rr
由①②解得：
R2r310m
11、【答案】:
变小；
T小；
V大
本题主要考察数学在天文学上的应用。
⑴由万有引力定律FG
结合数学知识得：
2r
Mm2Mm
Mm
Mm
，当m=M时，积Mm最大。
可见M、m相差越大，积越小，而r一定，故F就越小
42r3mM42
⑵由G2m2r得：
T
GMrT
G、r一定，M增大，T减小
⑶由G2m知：
v
G、r一定，M增大，v增大
升级会员 