第3章 专题探究7 同步卫星的运动规律-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理必修第二册（教科版）

项A错误，根据开普勒第三定律可知良意，则 同- T g T'it n √r最√m3 ,选项B错误；根据。=√7 可知= v同√T盘 ,卫，选项C错误：根据0T可知T=√亿，根据 T =r可知量子卫星与P点的速率之比为"堡_“生·m =m √m√，选项D正确；故选D /n3/n3 2.ACD解析：A.地球的第二字宙速度是11.2km/s,达到此值 时，卫星将脱离地球的束缚，绕太阳运动，故嫦娥卫星在地月 转移轨道上的运行速度不可能大于11.2km/s,故A正确： B根据开普勒第三定律可如。=太，与地球的质量有关， b 手与月球的题量有关，则只+故B错误：C,从调相 轨道切入地月转移轨道时，做离心运动，所以卫星在P点必 须加速，故C正确；D.从地月转移轨道切入绕月轨道时，做近 心运动，所以卫星在Q点必须减速，故D正确：故选ACD. 3.B解析：A.根据万有引力提供圆周运动向心力，有G= m”,由于高分五号卫星在轨道1上运动的半径小于在轨 道Ⅲ上的运行半径，所以高分五号卫星在轨道I上运动的线 速度大于在轨道Ⅲ上的线速度，故A错误：B.由于轨道Ⅲ上 的运行半径大于轨道Ⅱ的半长轴，轨道Ⅱ的半长轴大于轨道 I的半径，根据开普勒第三定律可知，高分五号卫星在三条 轨道上的运行周期，在轨道I上最小，在轨道Ⅲ上最大，故 B正确：C.由G=ma可知，高分五号卫星在轨道1上 加速度大于在轨道Ⅲ上的加速度，故C错误；D.高分五号卫 星在A处变轨要加速，在B处变轨也要加速，故D错误.故 选B. 4.B解析：A第一宇宙速度为卫星绕地球的最大环绕速度，故 空间站绕地球运动的线速度应小于7.9km/s,故A错误； ®根据开管动第三定律可利骨由于>r,故T>发 故B正确；C,根据万有引力提供向心力可得a6,由于锁 道卫星A运动半径大于空间站，故轨道卫星A绕地运动向心 加速度小于空间站的向心加速度，故C错误；D.根据开普勒 第三定律可得 T- //2.74×1013 = 室√屋√6.85x10) =8,从图示位置 开始，二者转过的角度相差n·2加时可得（层）= n·2π(n=1,2,3…),解得t=- ,,故在卫星A运行一周时 间内，n的取值为(0,7]，共有7次相距最近，故D错误. 故选B. 5.C解析：A.卫星运行过程中由重力提供向心 GM地m 2 ®，可得2入 G题，可知M的线速度是m的线速度的 参考答案与解析 5倍，A错误；B.同理根据CMm- 4m2 -=m 2 可得T= ?画，可知y的周期是m的是倍，B特误：C激光系 r 统启动时，若m与M与中心天体“三点一线”，则无法击中 目标，C正确；D.卫星运行过程中由重力提供向心力 (2R)2m02·2R,可得u= GM地m GM地 从启动激光系统到击 N 8R3 中，m转过了的弧度为0=ω△t=△， GM,选项中M不是中 8R3 心天体质量，D错误；故选C 32m2R 6.(1) G7% (2)42 解析：(1)对卫星一，行星对其万有引力提供向心力6 R 32m2R8 mR1· G78 GM 《之)限GMm'=m'R,如”= 42πR R -=m ,解得u= 了，=87=87，当相距最远时满 RR (3)由开普勒三定律 1 即行，解得2。 足w1t-w=3T,即2T-2π-1 压轴挑战 7.(1)4mR√GM /2R /3R 6mR√CM (2)66mR R '33-22VGM 5R (3)12mR√13GM 解析：(1)卫星做圆周运动的向心力等于X星的万有引力， "(2R)2m·2R.4m 则对甲有GmM 2R ·,解得了=4R√诚对忆 (3R)2=m·3R.4 有GmM 行解得=6，√儒（2)当三 者正好又在一条直线上时需要的最短时间满足22江=， 33-22√M(3)设绳的拉力为R,则对甲有 6N6πRR 解得t Mm 4m2 2R2F=m ·2R;对乙有G 0 4π2 G 7·3, 联立解得T=12mR√3GM 5R 专题探究七 同步卫星的运动规律 黑题 专题强化练 1.BC 2B解析：A.万有引力提供向心力GMm三m4 2m ,r为轨道半 径，得r= CMT √4m,而卫星到地表的高度=7-R=, CMT 4T2 R,A错误；B第一字宙速度为=√风，第一字宙速度是最 GM 大的圆轨道运行速度，所以卫星的线速度小于第一宇宙速 黑白题23 度，B正确；C.卫星运行时受到的向心力大小是F=CMm (R+h)2, C错误；D.根据GMm 心R2一，地表重力四速度为名二，根据 2=ma,卫星运行的向心加速度a三2，卫星运行的向 加速度小于地球表面的重力加速度，D错误故选B 3.B解析：A.设M表示地球的质量，m表示卫星的质量，根据 万有引方提供向心力c恤=m(伊），可得T=2,C 2m 则有号、√设)子√月一分可知中圆执道卫生 的运行周期不等于12h,故A错误；B.在地球表面质量为mo Mmo 的物体有G m8,中圆轨道卫星ma=, GMmGMm (R+3R)216R2 联立可得中圆轨道卫屋向心加速度约为a=。,故B正确； C.同步轨道卫星与中圆轨道卫星的质量关系不确定，故不能 判断所受的向心力的关系，故C错误；D.因为同步轨道卫星 的轨道半径大于中圆轨道卫星的轨道半径，所以卫星从中圆 轨道变轨到同步轨道，需向后方喷气加速做离心运动，故 D错误故选B. 4.AC解析：第一宇宙速度是卫星做圆周运动的最大环绕速 度，可知卫星的运行速度一定小于7.9k/s,故A正确.极地 轨道卫星从北纬45°的正上方按图示方向首次运行到南纬 45°的正上方用时45min,可知极地卫星的周期T=4× 45min=180min=3h,而同步卫星的周期为24h,则该卫星 与同步卫星的周期之比为1：8，故B错误根据G r二具r二4，a=2,周明之比为18，贝则凯 道半径之比为1：4，加速度大小之比为16：1，故C正确， D错误.故选AC. 01 2 5.C解析：根据几何关系可得R。sin =Risin 2, 2 ,所以 R 4sin 2=sin2,选项A错误；根据T=2T人C ,T6= R 2,√解得，选项B错误根超（） T 0,+02,解得t= (81+02)T ，选项C正确，D错误。 14π 专题探究八卫星的轨道问题 黑题专题强化练 1.C解析：A.对于卫星A、B,根据万有引力提供向心力，有 6解得√一由闲可知所以对 GM 于卫星P、B,由u=rw,w相等，所以vg>p,则卫星A、B、P的 线速度大小关系为vA>vB>vp,故A错误；B.要将卫星A转移 到卫星B的轨道上，需先在近地圆轨道加速做离心运动，进 入椭圆轨道，使椭圆轨道的远地点在地球同步轨道上，当卫 星运行到远地点时，再加速进入地球同步轨道，故要将卫 星A转移到卫星B的轨道上至少需要对卫星A进行两次加 必修第二册·JK 速，故B错误：C.地球同步卫星B在12h内转动的圆心角 为0=2×2=m,故C正确；D.卫星B和卫星P同轴转动，角 速度相等，根据a=wr可知，卫星B的向心加速度大小大于 卫星P随地球自转的向心加速度大小，故D错误故选C 2AD解析：A根据开普勒第三定律只：可知，飞船在轨道 上运动时，运行的周期T■>Tm>T1,故A正确；B.飞船在P 点，无论在轨道I上，还是在轨道Ⅱ上，万有引力都相同，加 速度都相同，故B错误：C.从轨道Ⅱ变轨到轨道I,需减速， 应朝速度同方向喷气，故C错误；D根据万有引力提供圆周 运动向心力，有GM=mRm2,火星的密度为p= R2 一，联立 3 nhi 解得火星的密度p 3w2 4mG故D正确故选AD. 3.C解析：A.卫星在B点通过加速做离心运动才能实现由轨 道Ⅱ进人轨道，故A错误；B.根据G之=ma,可得asG/ 2, 可知该卫星在轨道I上过A点的加速度大于卫星在轨道Ⅱ 上过B点的加速度，选项B错误；C.设轨道Ⅱ的半长轴为2， 轨道I、Ⅲ的半径分别为1和3，则由题图可知1<2<3，根 据开普勒第三定律有子。 TTT ,所以T<T2<T,故C正 确；D.卫星在A点通过加速实现由轨道I进人轨道Ⅱ，可知 在轨道I上的速度小于在轨道Ⅱ上的速度，故D错误；故 选C. 4.B解析：A.探测器在P点由轨道I进入轨道Ⅱ，轨道变成 椭圆形，需要点火减速，做近心运动，故A错误；B.根据 GMm_m可知，探测器在轨道Ⅲ上Q点的速度大于以S点 到球心距离为半径的圆轨道上的速度，而在轨道Ⅱ上S点的 速度小于S点所在圆轨道的速度，可知探测器在轨道Ⅲ上Q 点的速度大于在轨道Ⅱ上S点的速度，故B正确；C万有引 力提供白心力，侧则加滤度为a片，P点为切点在两额 道上距离球心距离相同，故加速度也相同，故C错误；D.根据 开普勒第三定律，由于轨道Ⅱ半长轴大于轨道Ⅲ的半径，可 知探测器在轨道Ⅱ的运行周期大于在轨道Ⅲ上的运行周期， 故探测器在轨道Ⅱ上由P点运动到S点的时间大于在轨道 Ⅲ上由P点运动到Q点的时间，故D错误故选B. 5.B解析：设“钟子号卫星星座02组卫星”的运行周期为T, 由题意可得 货学)-2如解得万-是由开背霜第三定 2 律得=(R+h) 8之，h=3R,解得r=4R(） ,故选B. At+T 6.C解析：A,对卫星B,由万有引力提供向心力得CMm 2 m4π2r 3 P,解得T=2m√GM,由于同步卫星的周期与地球自转 周期相同，而T<T。,所以卫星离地的高度小于同步卫星离地 的高度，故A错误B.对卫星B,由万有引力提供向心力得 32TGM =am,联立解得a=2X2,,故B错误CB再次 2 黑白题24A.空间站绕地球运动的线速度大于7.9km/s B.轨道卫星A绕地运动周期大于空间站的 周期 C.轨道卫星A绕地运动向心加速度大于空间 站的向心加速度 D.在卫星A运行一周时间内，空间站与卫星 A相距最近的次数为19次 空间站、北斗卫星A 地球 (第4题) (第5题) 5.(2022·河北调研)现假设有一个质量为M的 卫星处于半径为R的地球卫星轨道上，某时 刻沿其运动方向，对一个半径为2R的卫星m 实施“激光打击”，假设从激光系统启动、调试 到击中m经△t时间，如图所示，则在此过程 中，下列说法正确的是 A.M的线速度是m的线速度的2倍 B.M的周期是m的3√2倍 C.激光系统启动时，m与M不能与中心天体 “三点一线” GM D.从启动激光系统到击中，m转过了△t 8R3 的弧度 6.(2023·山东济宁期中)如图所示，两颗卫星 绕某行星在同一平面内做匀速圆周运动，已 知卫星一运行的周期为T1=T。,行星的半径为 R,卫星一和卫星二到行星中心的距离分别 为R1=2R。,R2=8R,引力常量为G.某时刻两 卫星与行星中心连钱之间的夹角为号求： (结果均用T。、R,、G表示) (1)行星的质量M; (2)行星的第一宇宙速度； 必修第二册·JK (3)从图示时刻开始，经过多长时间两卫星第 一次相距最远？ R 卫星 压轴挑战 7.设想人类在X行星发射了两颗质量均为m 的“人造X星卫星”，行星可以看作质量为 M、半径为R的均匀球体，甲、乙两颗卫星的 轨道半径分别为2R和3R,在同一平面内， 运行方向相同，不计两卫星之间的万有引 力，引力常量为G (1)试求甲、乙两卫星各自的周期； (2)若某时刻两卫星与行星中心正好在一 条直线上，则最短经过多长时间，三者 正好又在一条直线上？ (3)如果将两颗卫星用轻而结实的绳连接 并且给以合适的速度，它们将可以一起 绕行星运动且与行星中心始终在一条 直线上，求此情况下两颗卫星的运行 周期， 甲 ⊙ 进阶突破拔高练P09 黑白题058 专题探究七同 黑题专题强化练 题型1同步卫星的运动特点 1.(2023·山西怀仁期中)（多选）我国“北斗” 卫星导航定位系统由5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫星组成.静止轨道卫星即 为同步卫星，卫星与地面的位置相对保持不 变，故这种轨道又称为静止卫星轨道，一般用 作通讯、气象等方面.下列关于同步卫星的说 法正确的是 () A.同步卫星的线速度大于近地卫星的线速度 B.同步卫星轨道平面与赤道平面重合 C.所有同步卫星距离地球表面的高度相同 D.所有同步卫星受到地球的万有引力大小相同 2.(2023·陕西西安期中)已知地球质量为M, 半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量 为m,引力常量为G,有关同步卫星，下列说法 正确的是 ( GMT A.卫星距离地面高度为 B.卫星的运行线速度小于第一宇宙速度 C.卫星运行时受到的向心力大小为GMm R2 D.卫星运行的向心加速度大于地球表面重力 加速度 题型2同步卫星与其他卫星的比较 3.(2023·江苏盐城月考)北斗系统主要由离地 面高度约为6R(R为地球半径)的同步轨道卫 星和离地面高度约为3R的中圆轨道卫星组 成，已知地球表面重力加速度为g,忽略地球 自转.则下列说法正确的是 A.中圆轨道卫星的运行周期为12h B.中圆轨道卫星的向心加速度大小约为% C.同步轨道卫星受到的向心力小于中圆轨道 卫星受到的向心力 第三章 卫星的运动规律 限时：20min D.因为同步轨道卫星的线速度小于中圆轨道 卫星的线速度，所以卫星从中圆轨道变轨 到同步轨道，需向前方喷气减速 4.(多选)轨道平面与赤道平面夹角为90°的人 造地球卫星被称为极地轨道卫星，它运行时 能到达南北极区的上空.如图，若某颗极地轨 道卫星从北纬45°的正上方按图示方向首次 运行到南纬45°的正上方用时45min,则 A.该卫星运行速度一定小于 北极 7.9 km/s B.该卫星绕地球运动的周期与 赤道 同步卫星周期之比为1：4 1南极 C.该卫星轨道半径与同步卫星轨道半径之比 为1：4 D.该卫星加速度与同步卫星加速度之比为 2:1 5.如图为“天链一号”卫星a、赤道 平面内的低轨道卫星b和地球a 的位置关系示意图，0为地心， 卫星a、b相对地球的张角分别为01和02(02 图中未标出)，卫星a的轨道半径是b的4倍 已知卫星a、b绕地球同向运行，卫星a的周期 为T,在运行过程中由于地球的遮挡，卫星b 会进入卫星α通信的盲区.卫星间的通信信号 视为沿直线传播，信号传输时间可忽略.下 列分析正确的是 () A.张角01和02满足sin02=4sin01 B.卫星6的周期为} C.卫星6每次在盲区运行的时间为(8，+0，)T 14m D.卫星6每次在盲区运行的时间为8，+，)7 16m 黑白题059