第3章 专题探究8 卫星的轨道问题-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理必修第二册（教科版）

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 专题探究八] 黑题 专题强化练 题型1卫星的发射与变轨 1.(2023·湖南益阳期末)如图所示，卫星A是 2022年8月20日我国成功发射的遥感三十 五号04组卫星，卫星B是地球同步卫星，若 它们均可视为绕地球做匀速圆周运动，卫星P 是地球赤道上还未发射的卫星，已知地球周 期为24h,下列说法正确的是 () A.卫星A、B、P的线速度大小关系为vp>vA>uB B.要将卫星A转移到卫星B的轨道上需要对 卫星A进行减速 C.卫星B在12h内转过的圆心角是T D.卫星B的向心加速度大小小于卫星P随地 球自转的向心加速度大小 轨道Ⅲ 轨道几， 轨道 (第1题) (第2题) 2.(多选)最近几十年，人们对探测火星十分感 兴趣，先后发射过许多探测器，且计划在火星 建立人类聚居基地.登陆火星需经历如图所示 的变轨过程，已知引力常量为G,则下列说法 正确的是 () A.飞船在轨道上运动时，运行的周期Tm> T1>T1 B.飞船在轨道I上的P点的加速度大于在轨 道Ⅱ上的P点的加速度 C.飞船在P点从轨道Ⅱ变轨到轨道I,需要 在P点朝速度反方向喷气 D.若轨道I贴近火星表面，已知飞船在轨道 I上运动的角速度，则可以推知火星的 密度 必修第二册·JK 星的轨道问题 限时：45min 3.（2022·江苏修远中学质检)人造卫星的发射 过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，在 发射地球同步卫星的过程中，卫星从圆形轨 道I的A点先变轨到椭圆轨道Ⅱ，然后在B 点变轨进入地球同步轨道Ⅲ.下列说法正确 的是 () A.该卫星在B点通过减速实现由轨道Ⅱ进入 轨道Ⅲ B.该卫星在轨道I上过A点的加速度比卫星 在轨道Ⅱ上过B点的加速度小 C.若卫星在I、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行的周期分别 为T1、T2、T3,则T<T2<T D.在轨道I上的速度大于在轨道Ⅱ上的速度 同步轨道 地球 (第3题) (第4题) 4.(2023·江苏苏州期中)如图所示为“天问一 号”探测器经过多次变轨后登陆火星前的 部分轨迹图，轨道I、轨道Ⅱ、轨道Ⅲ相切于P 点，轨道Ⅲ为环绕火星的圆形轨道，P、S两 点分别是椭圆轨道Ⅱ的近火星点和远火星 点，P、S、Q三点与火星中心在同一直线上，下 列说法正确的是 () A.探测器在P点由轨道I进入轨道Ⅱ需要点 火加速 B.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 C.探测器在轨道I上经过P点时的加速度大 于在轨道Ⅱ上经过P点时的加速度 D.探测器在轨道Ⅱ上由P点运动到S点的时 白题060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24 在A的正上方时，由角度关系得2”2 TTo =2m,解得tT。-T TT。 故C正确.D.A与B相距最远，即A、B在地球两边，A与B第 一次相距最远时，由角度关系得号？一是=，解得 T 2T)故D错误故选C 7.D解析：A.由几何关系知卫星b绕地球运行轨道半径为r= 日由72得72由似得地球质量M 4T21 2 CTG放A错误B由于地球半径末知，不能确定地球 4m2r353 的密度大小，B错误C若T。:T,=1:k(k>1,为正整数)，从 图示位置开始，设每隔时间T,a、b相距最近，则(w。 o6)T=2m.所以T= 元，卫星6运动一周的过程中，两人造 卫星a,b相距最近的次数为n=T= T,T,-T_k。T=k-1,卫 T。T。 星a、b距离最近的次数为k-1次，选项C错误D.设每隔时 间，abc类线一次，则(o,-,1=m,所以12-卫 星6运动一周的过程中，a,,c共线的次数为n=。 2(T,-T)_2h7,-2=2k-2,选项D正确故选D. T T 8D,解：A肉开年萄第三定轴膏=龙现。 解得T2=27T1,A正确；BC如图所示： 高轨卫星 两卫星每次“不见面”对应的角度∠AOB=0,+0,,设“不见 面时间为，则受：-名=8+8，代入数据可得1 27(01+62 T1,B正确，C错误；D.设月球半径为ro,由题意可 52π 01 ro 知sin2=R,si 号0风如 61 2 号，D正确故 =9sin 选ABD. 本章达标检测 白题单元达标测 1.A2.D3.B4.C 4π2 5.D解析：A.火星绕太阳运动的向心加速度a=T,其中T 和应该是火星绕太阳运动的公转周期和公转半径，选 项A错误；B.若忽略火星自转，火星表面的重力加速度g= 。,根据GT=mg,可得火星的质量%R 2Gh,选项B错误； C对火星的同步卫星G,Mm 4m2 (Rtho)2=m (R+h,),可得同步 参考答案与解析 3 voRTe 卫星的高度h。F√8mh -R,选项C错误；D若忽略火星自 转cn m,火星的第一字宙速度，=0√2，选项 D正确.故选D. 6.D解析：A物体B受到地球的引力应为万有引力F= GMm R2, 不等于向心力，故A错误：B.根据万有引力提供向心力可得 GM (2R)2=m 2因此卫星A的线速度v=√ ,故B错误； GM C依题意得，卫星A的角速度为@，√2R,此时A和B 恰好相距最近，当它们下次相距最近时间满足（ω4-w,)t=2π， 因此联立解得t= 2m—,故C错误；D.依题意得，卫星A GM V8R3-0 的向心加速度为a4= 4R,物体B的向心加速度aB=R,因 价故D正确放港D 此向心加速度之比为：=GM m 7.BC解析：AB.根据万有引力提供向心力有G 2 n(停)子兴中心天体质量整大图位氛丰超大因 木星质量大于地球质量，故图线①是木星卫星运动的规 律，A错误，B正确；CD.图线②是地球卫星运动的规律，故 C。邂得M4同理M=4所以木星与地 b4π2 球质量之比为Ma0, 为M未-d,C正确，D错误故选BC &.BC解析：A.由万有引力提供向心力有CMm=m4灯， 2 1,可得 CMT2 4,可以求出水星与地球轨道半径之比，无法求得质 量之比，放A错误；B.一年时间设为了，则了=T,1*=号7， 两次大距时间间隔为△1= 一年内能看到水星的次 2π2π 4 数为元=2×>解得n=6,故B正确；C.由A项分析和几何关 4 系可知大距时，水星和太阳距角的正弦值约为4，故C正 确；D开普勒第二定律是针对同一环绕天体而言的，太阳分 别与水星和地球的连线在相同时间内扫过的面积不相等，故 D错误.故选BC. 9.AC解析：A.“天问一号”两次点火时都要做离心运动，所以 需要加速，则喷射方向必须都与速度方向相反，从而给探测 器向前的推力，使之加速，从而变到更高的轨道，A正确； B.“天问一号”运行中在转移轨道上P点的加速度与在火星 轨道上P点的加速度均由万有引力来提供，由于在该点探 测器受到的万有引力相等，根据牛顿第二定律可知，它们的 加速度相等，故B错误：C.根据开普勒第三定律知，探测器在 黑白题25