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（人教版多选 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98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)国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”。1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上。设东方红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为(　　) A．a2＞a1＞a3　　　　 B．a3＞a2＞a1 C．a3＞a1＞a2 D．a1＞a2＞a3 解析：卫星围绕地球运行时，万有引力提供向心力，对于东方红一号，在远地点时有G＝m1a1，即a1＝，对于东方红二号，有G＝m2a2，即a2＝，由于h2＞h1，故a1＞a2，东方红二号卫星与地球自转的角速度相等，由于东方红二号做圆周运动的轨道半径大于地球赤道上物体做圆周运动的半径，根据a＝ω2r得a2＞a3，所以a1＞a2＞a3，D正确，A、B、C错误。 答案：D 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到地心的距离小于c到地心的距离，