专题08 同步卫星的运动规律-2022-2023学年高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第二册）

第七章 万有引力与宇宙航行 专题08：同步卫星的运动规律 一、选择题 1.(2021浙江温州高二下期中，)2020年6月23日，北斗三号全球卫星导航系统部署全面完成。北斗三号系统包括中圆地球轨道卫星、地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星(卫星周期等于地球自转周期)，中圆地球轨道卫星离地面的距离比地球静止轨道卫星离地面的距离小，其空间示意图如图所示。已知地球半径约为R=6 400 km，下列说法正确的是 (　 　) A.中圆地球轨道卫星的公转周期大于24小时 B.倾斜地球同步轨道卫星有可能在每天同一时刻经过北京上空 C.地球静止轨道卫星的角速度比倾斜地球同步轨道卫星的角速度大 D.中圆地球轨道卫星所受地球引力一定大于地球静止轨道卫星所受地球引力 2.(2020四川绵阳实验高级中学高三模拟，)a是静止在地球赤道上的物体，b是探测卫星，c是地球同步卫星，它们在同一平面内沿不同的轨道绕地心做匀速圆周运动，且绕行方向相同(图示逆时针方向)。若某一时刻，它们正好运行到同一条直线上，如图所示，则再经过6小时，关于a、b和c三者位置的图示可能正确的是 (　 　) 3.(2021河南郑州、新乡部分学校高一下期中联考，)某研究员乘科考船经过赤道时，用弹簧测力计测量了一下自己的手机受到的重力，示数为G1，到达南极时又重新测量了一次，示数为G2。若地球可看作均匀的球体，由此推算出地球同步卫星的轨道半径与地球半径比值为 (　 　) 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A. C. 4.(2021江西抚州南城一中高一下月考，)“玉兔号”月球车在月球表面做了一个自由下落实验，测得物体从静止自由下落h高度的时间为t。已知月球半径为R，自转周期为T，引力常量为G，则 (　 　) A.月球表面重力加速度为 B.月球的第一宇宙速度为 C.月球质量为 D.月球同步卫星离月球表面的高度为 二、非选择题 5.(2021黑龙江绥化肇东四中高三上期中，)地球同步卫星距地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R。则为多少？为多少？ 6.(2020河北石家庄元氏一中高一下期中，)土星是太阳系中第二大行星，也是一个气态巨行星，图示为绕土星飞行的飞行器近距离拍摄的土星表面的气体涡旋。假设飞行器绕土星做匀速圆周运动，距离土星表面高度为h。土星可视为均匀球体，已知土星质量为M，半径为R，引力常量为G。求： (1)土星表面的重力加速度g； (2)飞行器的运行速度v； (3)若土星的自转周期为T，求土星同步卫星距土星表面的高度H。 答案全解全析 1.B　卫星绕地球转动，万有引力提供向心力，有Gr，得T=2π，可知轨道半径越小，卫星的周期越小，因中圆地球轨道卫星的轨道半径小于地球静止轨道卫星的轨道半径，地球静止轨道卫星的周期为24小时，所以中圆地球轨道卫星的周期小于24小时，A错误；倾斜地球同步轨道卫星的运行周期为24 h，有可能在每天同一时刻经过北京上空，B正确；地球静止轨道卫星的周期与倾斜地球同步轨道卫星的周期相同，由ω=可知角速度相同，C错误；因为卫星质量未知，所以中圆地球轨道卫星所受地球引力不一定大于地球静止轨道卫星所受地球引力，D错误。 2.D　地球同步卫星c与地球保持相对静止，所以物体a、卫星c的角速度相同，c始终在a的正上方；卫星c的轨道半径比b的大，根据G=mω2r知，c的角速度小于b的角速度，经过6 h，b转过的角度最大，故D正确。 3.B　在赤道处，根据物体受到的重力与万有引力的关系，有GR；在南极处，物体受到的重力等于万有引力，G2=G；地球同步卫星绕地球做圆周运动，受到的万有引力提供向心力，有Gr，联立解得，故B正确，A、C、D错误。 4.C　由自由落体运动规律有h=gt2，解得g=，故A错误；月球的第一宇宙速度为近月卫星的运行速度，根据mg=m，得v=，故B错误；在月球表面的物体受到的重力等于月球对其的万有引力，mg=G，解得M=，故C正确；月球同步卫星绕月球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，有G·(R+h)，解得h=-R，故D错误。 5.答案　 解析　地球同步卫星绕地球做圆周运动的角速度与地球自转角速度相等，设地球自转角速度为ω。 地球同步卫星的向心加速度a1=ω2r 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度a2=ω2R 则 卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得G，G 解得v1=，v2= 则 6.答案　(1)　(2)　(3)-R 解析　(1)在土星表面，物体的重力等于其所受的万有引力，有 mg= 可得g= (2)由万有引力提供飞行器绕土星做匀速圆周运动的向心力，有 可得v= (3)土星同步卫星绕土星做匀速圆周运动的周期等于土星的自转周期