第4章 专题突破5 天体运动的3类热点问题-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

专题突破5　天体运动的三类热点问题 授课提示：对应学生用书第94页 突破点一　近地卫星、同步卫星和赤道上物体的区别 1．近地卫星、同步卫星及赤道上物体的比较 如图所示，a为近地卫星，半径为r1；b为地球同步卫星，半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，半径为r3。 比较项目 近地卫星 (r1、ω1、v1、a1) 同步卫星 (r2、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体(r3、ω3、v3、a3) 向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 r2>r1＝r3 角速度 由G＝mω2r得ω＝，故ω1>ω2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3 ω1>ω2＝ω3 线速度 由G＝m得v＝，故v1>v2 由v＝rω得v2>v3 v1>v2>v3 向心加速度 由G＝ma得a＝，故a1>a2 由a＝ω2r得a2>a3 a1>a2>a3 2.重要条件 (1)地球的公转周期为1年，其自转周期为1天(24小时)，地球半径约为6.4×103 km，地球表面重力加速度g约为9.8 m/s2。 (2)人造地球卫星的运行半径最小为r＝6.4×103 km，运行周期最小为T＝84.8 min，运行速度最大为v＝7.9 km/s。 典例1　(2023·广东东莞高三模拟)人造地球卫星的轨道可近似为圆轨道。下列说法正确的是(　　) A．周期是24 h的卫星都是地球同步卫星 B．地球同步卫星的角速度大小比地球自转的角速度小 C．近地卫星的向心加速度大小比地球两极处的重力加速度大 D．近地卫星运行的速率比地球表面赤道上的物体随地球自转的速率大 [解析]　周期为24 h的卫星不一定是同步卫星，故A错误；地球同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，故B错误；近地卫星的向心加速度大小等于地球表面的重力加速度，故与地球两极处的重力加速度大小相等，故C错误；近地卫星运行周期比地球自转周期小，则根据ω＝可知近地卫星角速度大于地球自转角速度，根据v＝ωR可知，近地卫星运行速率比地球表面赤道上的物体随地球自转的速率大，故D正确。 [答案]　D 典例2　(多选)我国北斗卫星导航系统(BDS)已经开始提供全球服务，具有定位、导航、授时、5G传输等功能。A、B为北斗系统中的两颗工作卫星，其中A是高轨道的地球静止同步轨道卫星，B是中轨道卫星，已知地球表面的重力加速度为g，地球的自转周期为T0。下列判断正确的是(　　) A．卫星A可能经过江苏上空 B．卫星B可能经过江苏上空 C．周期大小TA＝T0＞TB D．向心加速度大小aA＜aB＜g [解析]　A是高轨道的地球静止同步轨道卫星，静止在赤道上空，不可能经过江苏上空，故A错误；B是中轨道卫星，不是静止同步轨道卫星，所以卫星B可能经过江苏上空，故B正确；根据G＝m，可得T＝ ，半径越大，周期越大，所以TA＞TB，又TA＝T0，则TA＝T0＞TB，故C正确；根据万有引力提供向心力有G＝ma，a＝G，半径越大，向心加速度越小，所以向心加速度大小aA＜aB＜g，故D正确。 [答案]　BCD 1．(卫星与赤道上物体加速度的比较)(2023·四川巴中零诊)北斗三号系统第55颗卫星即“收官之星”已在西昌卫星发射中心发射成功，这是一颗地球同步卫星。若该卫星先在近地圆轨道上运行，线速度为v1、周期为T1、加速度为a1；经转移轨道变到地球同步轨道，在同步轨道上运行的线速度为v2、周期为T2、加速度为a2；卫星发射前在发射架上跟随地球自转的线速度为v3、周期为T3、向心加速度为a3，地球表面的重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) A．T1<T2<T3　　　　　 B．v1>v2>v3 C．a2>a1>a3 D．a3＝g 解析：该卫星在近地圆轨道上和在地球同步轨道上，由万有引力提供向心力可得G＝m＝mr＝ma，解得v＝，T＝ ，a＝G，近地圆轨道半径较小，故有v1>v2，T1<T2，a1>a2，其中在近地圆轨道上运行时a1＝g，卫星在地球同步轨道上和在发射架上随地球自转时具有相同的周期，即T2＝T3，同步卫星轨道半径较大，由v＝，a＝r，可知v2>v3，a2>a3，综上所述，可得T1<T2＝T3，v1>v2>v3，a1＝g>a2>a3，B正确。 答案：B 2．(卫星与赤道上物体各运行参量的比较)有a、b、c、d四颗地球卫星：a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动；b在地球的近地圆轨道上正常运行；c是地球同步卫星；d是高空探测卫星。各卫星排列位置如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．a的向心加速度大于b的向心加速度 B．四颗卫星的速度大小关系是va＞vb＞vc＞vd C．在相同时间内d转过的弧长最长 D．d的运动周期可能是30 h 解析：因为a、c的角速度相同，a到地心