第7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（人教版 江苏专用）

专题探究七同步 黑题专题强化 题型1同步卫星的运动特点 1.**(2025·广东广州期末)北斗系统空间段 由若干地球静止轨道卫星(GEO)、倾斜地球 同步轨道卫星(IGS0)和轨道更低的中圆地球 轨道卫星(ME0)等组成.关于北斗导航卫星 系统，下列说法正确的是 () A.它们的周期都是24h B.地球静止轨道卫星可以长期“悬停”于北京 正上空 C.它们的线速度大小都小于7.9km/s D.倾斜地球同步轨道卫星可以长期“悬停”于 北京正上空 2.*设地球同步卫星的轨道半径是地球半径 的n倍，已知地球自转周期为T,引力常量为 G,下列说法中正确的是 () A.同步卫星运行速度是第一宇宙速度的√倍 B.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随 地球自转获得的速度的 之 C.同步卫星的向心加速度是地球 表面重力加速度的元 D.若忽略地球的自转效应，地球的密度可表 示为p=3m r 题型2同步卫星与其他卫星的比较 3.**(2024·湖南长沙期初)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，心加速度大小约为气 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 第七章 卫星的运动规律 电子错题本 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.*轨道平面与赤道平面夹角为 北极 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 45LC 赤道 极区的上空，需要在全球范围内 进行观测和应用的气象卫星、导 南极 航卫星等都采用这种轨道如图，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大于7.9km/s B.该卫星绕地球运行的周期与同步卫星的周 期之比为1：4 C.该卫星轨道半径与同步卫星轨道半径之比 为1：8 D.该卫星加速度与同步卫星加速度之比为16：1 5.整(2025·四川内江月考)某科学卫星在赤 道平面内自西向东绕地球做匀速圆周运动， 对该卫星监测发现，该卫星离我国北斗三号系 统中的某地球同步卫星的最远距离是最近距 离的3倍.已知地球同步卫星绕地球运动一周 的时间是24h.则下列说法正确的是 科学卫星 地球同步卫星 A.发射该科学卫星的速度大于发射地球同步 卫星的速度 B.该科学卫星在轨运行周期为6√2h C.该科学卫星在轨运行线速度是地球同步卫 星在轨运行线速度的3倍 D.该科学卫星和地球同步卫星，两者与地心 的连线在相同时间内扫过的面积相等 黑白题059 专题探究八卫 黑题专题强化 题型1卫星的发射与变轨 1.*(2025·湖南名校联盟联考)如图所示， 载人飞船先后在圆形轨道I、椭圆轨道Ⅱ和 圆形轨道Ⅲ上运行.已知轨道I、Ⅲ的半径分 别为r1、r2,轨道I和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ分别相切于A、 B两点，则飞船 () A.在轨道Ⅲ上加速追上天和核心舱完成对接 B.在轨道Ⅱ和轨道I上经过A点时加速度 相同 C.在轨道Ⅱ和轨道I上运行的周期之比为 店： D.在轨道Ⅲ和轨道I上的线速度大小之比为 √F2: 轨道2 2 轨道1 船A 十B 轨道】 轨道Ⅱ 地球 “天和” 轨道Ⅲ 核心舱 (第1题) (第2题) *(2024·江苏南京期中)如图，卫星由火 箭送入近地点约200公里、远地点约40万公 里的地月转移轨道1.在远地点40万公里处点 火加速，由椭圆轨道变成高度为40万公里的 圆轨道2，在此圆轨道上飞船运行周期等于月 球公转周期.下列判断正确的是 A.卫星在轨道1的运行周期大于在轨道2的 运行周期 B.卫星在轨道1的P点减速进入轨道2 C.卫星在此圆轨道2上运动的角速度等于月 球公转运动的角速度 D.卫星变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速 度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度 必修第二册黑： 由 的轨道问题 于错题本 限时：45min 整(2024·山东百师联盟月考)如图卫星先 在半径为R,的近地圆轨道①上以v,做匀速 圆周运动，然后在点P点火进入椭圆轨道②， 在椭圆轨道上稳定运行时经过点P速度大小 为vp,经过点Q速度大小为vo,运行稳定后某 次到达椭圆轨道上远地点Q再次点火，最终 在半径为R2的圆轨道③上以v,做匀速圆周 运动.下列说法正确的是 （) A.飞船从轨道②到轨道③需要在点Q减速 B.题中四个速度的关系为vp>v1>v3>vg C.飞船在点P点火前后，需要的向 心力大小不变 D.飞船在轨道②上经过点P的加速度大于在 轨道①上经过点P的加速度 ② p (第3题) (第4题) (2024·河北保定期末)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进人轨道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 题060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 /2.74×10 -= ≈8，从图示位置 室√室 6.85×105 开始，二者转过的角度相差n·2π时可得 ·2a(a=1,23…),解得1=号，放在卫星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根据题意可知，卫星a的角速度0，=，由万有 引力提供向心力有GMm三 R2=mwR,解得M=0 G,故A正确； B由万有引力是供向心力有学m,解得=，√一，由 CM 于卫星a的轨道半径小于卫星b的轨道半径，则卫星a的线 速度大于卫星b的线速度，故B正确；C.让卫星c加速，所需 的向心力增大，由于万有引力小于所需的向心力，卫星c会 做离心运动，离开原轨道，所以不能与b实现对接，故C错 误；D.由于b、c在地球的同步轨道上，所以卫星b、c和地球具 有相同的周期和角速度，此时a、b恰好相距最近，设卫星a 和6下次相距最近还荷时同为r,则有(？。=2，解得 t'=2m @c,故D正确故选C 32m2R8 6.(1 GT (2)42 R(3)20 4 T。 解析：(1)对卫星一，行星对其万有引力提供向心力，有 m=mR· R T。 ),解得M=32m GTO (2)根据GMm' 4W2mR。 Ro 元则受得 To (3)由开普勒第三定律可得 疗，1=87=87，当相距最 RR 远时满是uu了，即受-2=子 压轴挑战 2R 7.(1)4mR√GM /3R 6TRGM (2 66TRR 33-22GM 5R (3)12R√13GM 解析：(1)卫星做圆周运动的向心力等于X星对卫星的万有 (2R)2=m·2R.4m 引力，则对甲有GMm ·,解得7=4R。 √：对乙有GMm /2R 6m现·行解得不=R 3R (2)当三者正好又在一条直线上时需要的最短时间满足 六受部得4 33-22VGM (3)设绳的拉力为F,则对甲有GMm 4π2 (2R)2-F=m ·2R:对 乙有GMm '(3R)2+P=m /5R P·3R,联立解得T=12mR√3GM 必修第二册 专题探究七同步卫星的运动规律 黑题 专题强化 1.c 2C解折：A由万有引力提供向心力得6=m号则。= =成，第-字有这皮：，√风地球同步卫是的就 GM 道半径是地球半径的倍，所以同步卫星运行速度是第一宇 宙速度的，√厂，故A结误：B同步卫星与地球赤道上的物体 具有相同的角速度，根据u=w,可知同步卫星的运行速度是 地球赤道上物体随地球自转的速度的n倍，故B错误；C.根 =ma,可得ac,则同步卫星的向心加速度是地球 表面重力如速度的。，放C正确：D若忽略地球的自转效 （月引解M地球的度可表 应，则GMmn GT,故D错误故选C -MM=3n 3.B解析：A.设M表示地球的质量，m表示卫星的质量，根据 万有引力提供向心力G m(伊）可得2√瓜 (2π）2 T中 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兰 mog,对中圆轨道卫星有ma= CMm (R+3R)2= Mm联立可得中圆轨道卫星向心加速度约为a=6,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.D解析：由题意可知，极地轨道卫星的周期T-360°×45 h= 90°60 m1,得rx不， Mm。4m2 3h,同步卫星周期为24h,根据G 则极地轨道卫星与同步卫星的半径之比为子A由上述分析 可知，说明卫星轨道半径大于地球半径，则卫星的线速度小 于第一宇宙速度，即卫星的线速度小于7.9km/s,A错误；B. 由上述分析可知，该卫星绕地球运行的周期与同步卫星的周 期之比为1：8，B错误；C.由上述分析可知，该卫星轨道半 径与同步卫星轨道半径之比为1：4，C错误；D.根据 G学用会-片D王角放选n 5.B解析：A.根据能量守恒定律可知，要想发射到越高的轨 道需要的初速度越大，则发射该科学卫星的速度小于发射地 黑白题22 球同步卫星的速度，故A错误：B.设科学卫星的轨道半径为 R,同步卫星的轨道半径为R2,根据题意有R2+R,=3(R2 RR R),可得R2=2R,根据开普勒第三定律有 解得 T,=62h,故B正确；C.根据万有引力提供向心力有 GM =m”解得，，由于R,=2R,可知该科 在轨运行线速度是地球同步卫星在轨运行线速度的√2倍， 故C错误；D.绕地球运动的卫星与地心连线在相同时间t内 扫过的面积为5=了4=了√，宁a,可知该科学 卫星和地球同步卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积 不相等，故D错误故选B. 专题探究八卫星的轨道问题 黑题专题强化 1.B 2C解所向开音物第写定律0气是领道1的半长销小 于轨道2的半径，故卫星在轨道1的运行周期小于在轨道2 的运行周期，故A错误；卫星在轨道1的P点点火加速进入 轨道2，故B错误：圆轨道2上飞船运行周期等于月球公转 周期，根据®牙可知，卫星在此圆轨道2上运动的角速度 等于月球公转运动的角速度，故C正确；根据牛顿第二定 律，万有引力提供向心力，提供卫星的向心加速度，有 CMm=ma,同一位置，万有引力一定，向心加速度相等，卫星 2 变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度等于变轨后沿圆轨 道运动的加速度，故D错误故选C. 3.B解析：A飞船从轨道②变轨到轨道③需要在点Q点火加 速，A错误；B.飞船从轨道①变轨到轨道②需要在点P点火 加速，故>1，飞船从轨道②变轨到轨道③需要在点Q点 火加速，故>0，又因为卫星绕地球做圆周运动时万有引力 是供向心力6-可解得=√一 ,故轨道半径越小线 .2 速度越大，1>3，结合上述分析可得vp>1>v3>vo,B正确； C由向心力表达式下，=mm ,可知飞船在点P点火后，速度变 大，需要的向心力变大，C错误；D由G=0,可得a= 6 ,,故飞船在轨道②上经过点P的加速度等于在轨道① 上经过点P的加速度，D错误故选B. 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_mt可知，探测器在轨道Ⅲ上Q点的速度大于以S点 2 r 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 力提供心力，测加速度为a=产，P点为切点在两软 参考答案与解析 道上到球心距离相同，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.A 6.C解析：D.根据万有引力提供向心力有G m得 √，，故轨道半径越大，线速度越小，因03星”的线速度小于 GM “04星”的线速度，故rs>ro4,由图可知，re+ro4=10r,r-T4=6r, 解得r=8r,T4=2,故“03星”“04星”的轨道半径之比为4： 放D误：出，根据开膏精第三定往会得 由图可知，“03星”与“04星”相邻两次距离最远的时间间隔 为T,测有1，联立解得T。=7口，放AB错 误：C.“04星”的线速度大小为o=T _2mro4_2π·2r-32mr 7T 7T 8 故C正确.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= 72 【0得T=,由2=P,得地球质量M3 21 =0故A误B,由于地球半径末知，不能确定地级 的密度大小，B错误；C.若T。:T6=1:(>1,为正整数)，从 题图示位置开始，设每隔时间t1,a、b相距最近，则(w。- @=2m,所以7，卫星6运动一周的过程中，两人 造卫星a6相距最近的次数为n,7,7.红，-了-k LT. T 1,卫星a、b距离最近的次数为k-1次，C错误；D.设每隔时 TT 间2，ab、c共线一次，则(@，0，)b=,所以62(，-T) 卫星b运动一周的过程中，a、b、c共线的次数为n2= 2(T,-T.)2k7。-2江=2k-2,D正确故选D. T。 T C解析：A由开普勒第三定律，解得乃=271，A① 确；BC由几何关系可知两卫星每次“不见面”的对应的角度 为9，+02，设“不见面”时间为，则2严2严=0，+0，代入数据 TT 可得t 27(6,+0,)L,B正确，C错误；D.设月球半径为o,由 52π 01_ro 题意可知i血2R,sin2R, 确.故选C 第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性 白题基础过关 1.C2.C 黑白题23