专题：同步卫星、近地卫星与赤道上物体的比较 讲义-2025-2026学年高二下学期物理人教版必修第二册

本讲义聚焦同步卫星、近地卫星与赤道上物体的运动规律比较这一核心知识点，系统梳理三者在向心力来源、轨道半径、角速度、线速度及向心加速度等物理量的关系，构建“高轨低速长周期”的结论作为学习支架。 该资料通过表格对比清晰呈现知识差异，结合16道精选练习题及详细解析，强化运动和相互作用观念与科学推理能力。课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过实例巩固知识，查漏补缺，提升物理核心素养。

同步卫星、近地卫星与赤道上物体的比较 具体比较如下： 近地卫星 (R、ω1、v1、a1) 同步卫星 (r、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体 (R、ω3、v、a) 向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 r＞R＝R 角速度 由＝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＝得v＝，故v1＞v2 由v＝rω得 v2＞v3 v1＞v2＞v 向心加 速度 由＝ma得a＝，故a1＞a2 由a＝ω2r得 a2＞a3 a1＞a2＞a 结论：高轨低速长周期 一、单选题 1．卫星未发射时静置在赤道上随地球转动，地球半径为，卫星发射后在地球同步轨道上做匀速圆周运动，轨道半径为。则卫星未发射时和在轨道上运行时（　　） A．角速度之比为 B．线速度之比为 C．向心加速度之比为 D．受到地球的万有引力之比为 2．有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．在相同时间内，c转过的弧长最短 B．b的向心加速度小于d的向心加速度 C．c在内转过的角度是 D．d的运动周期可能是 3．有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则（　　） A．a的向心加速度等于重力加速度g，c的向心加速度大于d的向心加速度 B．在相同时间内b转过的弧长最长，a、c转过的弧长对应的角度相等 C．c在4小时内转过的圆心角是，a在1小时内转过的圆心角是 D．b的周期一定小于d的周期，d的周期一定小于24小时 4．如图所示，我国的地球静止卫星、量子卫星均在赤道平面内绕地球做圆周运动，是地球赤道上一点。则（　　） A．点的周期比的大 B．点的速度等于第一宇宙速度 C．的向心加速度比的向心加速度大 D．的角速度比的角速度大 5．如图，卫星沿倾斜圆轨道运行，由南向北穿过赤道平面的点称为升交点，反之称为降交点，这两点对卫星的任务规划具有重要意义。某卫星每天仅在北京时间10∶30经过一次升交点，22∶30经过一次降交点，则该卫星（　　） A．始终相对地面静止 B．线速度大于第一宇宙速度 C．角速度比在赤道上物体的大 D．向心加速度比在赤道上物体的大 6．如图所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半径），c为地球的同步卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是（　　） A．b卫星转动线速度大于7.9 km/s B．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为aa＞ab＞ac C．a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta＝Tc<Tb D．在b、c中，b的线速度大 7．如图所示，a为地球赤道上的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星。关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中正确的是（　　） A．a、b、c都仅由万有引力提供向心力 B．周期关系为 C．线速度的大小关系为 D．向心加速度的大小关系为 8．我国将在2030年前后实施火星采样返回。若为火星表面赤道上的物体，为轨道在火星赤道平面内的近火星表面卫星，为在赤道上空的火星同步卫星，卫星和卫星的轨道半径之比为，两卫星的绕行方向相同，下列说法正确的是（　　） A．的线速度大小关系为 B．卫星和卫星绕火星运动的周期之比8：1 C．的角速度大小关系为 D．的向心加速度大小关系为 9．2025年8月26日，我国在海南商业航天发射场使用长征八号甲运载火箭，成功将卫星互联网低轨10组卫星发射升空。长征八号甲运载火箭700公里太阳同步轨道运载能力达7吨级。如图所示，太阳同步轨道卫星所在平面与赤道平面近似垂直，且轨道平面始终与太阳保持固定的取向。下列说法正确的是（　　） A．低轨卫星做圆周运动的速度小于高轨卫星的 B．太阳同步轨道卫星的周期大于24小时 C．太阳同步轨道卫星的向心加速度小于赤道上某物体的 D．太阳同步轨道平面绕地轴转动的角速度大小等于地球公转的角速度 10．甲是地球赤道上的一个物体，乙是周期约为90分钟的卫星，丙是地球的静止同步卫星，它们运行的轨道示意图如图所示，它们都绕地心做匀速圆周运动，甲的轨道半径为，向心加速度大小为，乙的轨道半径为，向心加速度大小为，丙的轨道半径为，向心加速度大小为，下列判断正确的是（　　） A． B． C． D． 11．自1970年4月24日中国第一颗人造卫星“东方红一号”的成功发射，我国已发射各式卫星、飞船、空间站等人造天体600余颗，航天事业取得了举世瞩目的伟大成就。如图所示，为地球赤道上的物体，为近地空间站，为中轨道极地卫星，为地球同步轨道卫星，则下列说法中正确的是（　　） A．的向心加速度比的向心加速度大 B．与地心的连线在相同的时间内扫过的面积都相同 C．线速度大小关系为 D．周期的关系为 12．如图所示，人造地球卫星M、N（可看作质点）绕地球的运动可视为匀速圆周运动，卫星N为地球同步轨道卫星。C是纬度为α的地球表面上一点，若某时刻C、M、N与地球自转轴在同一平面内，其中O、C、M在一条直线上，且∠OMN=90°，则（　　） A．卫星M的向心加速度小于地球表面上C点的向心加速度 B．地球表面上C点做匀速圆周运动的圆心与卫星M做匀速圆周运动的圆心相同 C．卫星M与卫星N的周期之比为 D．卫星M与卫星N的线速度之比为 二、多选题 13．如图所示，a为地球赤道上随地球自转的物体，b、c均为人造卫星，其中c为地球静止轨道同步卫星。已知地球半径为R，卫星b、c的轨道半径分别为、，则（　　） A．a、c的向心加速度的大小之比为 B．a、c的向心加速度的大小之比为 C．a、b的周期之比为 D．a、b的周期之比为 14．如图所示，P是纬度为θ的地球表面上一点，人造地球卫星A、B均做匀速圆周运动，卫星B为地球赤道同步卫星。若某时刻P、A、B与地心O在同一平面内，其中O、P、A在一条直线上，且∠OAB=90°，下列说法正确的是（　　） A．P点物体的向心加速度小于卫星A的向心加速度 B．卫星A、B的加速度相同 C．卫星A、B的线速度之比为 D．卫星A、B的周期之比为 15．现有a、b、c、d四颗地球卫星，其中卫星a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，卫星b在地面附近近地轨道上正常运行，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，重力加速度为g，则有（   ） A．d的运行周期最小 B．b的环绕速度最快 C．c在6小时内转过的圆心角是 D．a的向心加速度大小等于重力加速度大小g 16．如图所示，A是静止在赤道上的物体，B、C是同一平面内两颗人造卫星。B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星。下列说法中正确的是（　　） A．卫星B的速度大于地球的第一宇宙速度 B．A、B的线速度大小关系为vA<vB C．B、C的向心加速度大小关系为aB<aC D．A、B、C周期大小关系为TA=TC>TB 试卷第6页，共7页 2 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C D B A D D B B D C 题号 11 12 13 14 15 16 答案 D C BD AD BC BD 1．C 【详解】A．同步卫星的角速度与地球自转角速度相等，赤道上静置的卫星随地球自转，角速度也等于地球自转角速度，因此二者角速度之比为，故A错误； B．由线速度公式，二者角速度相等，因此线速度之比等于运动半径之比，为，故B错误； C．由向心加速度公式，二者角速度相等，因此向心加速度之比等于运动半径之比，为，故C正确； D．由万有引力公式，万有引力大小与到地心距离的平方成反比，因此引力之比为，故D错误。 故选C。 2．D 【详解】A．因a在地球上，c为地球同步卫星，所以a、c角速度相同，由可知c的线速度比a的线速度大，因此在相同时间内，c转过的弧长一定比a转过的弧长更长，A错误； B．根据牛顿第二定律可得，b是近地轨道卫星，d是高空探测卫星，b的向心加速度大于d的向心加速度，B错误； C．c为地球同步卫星，内转过的角度为，则内转过的角度为，C错误； D．由开普勒第三定律可知卫星的半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期（24h），则d的运动周期可能是，D正确。 故选D。 3．B 【详解】A．b的向心加速度等于重力加速度，a和c角速度相等，但a圆周运动的半径比 c的小，根据可知，a的向心加速度比c的小，根据万有引力提供向心力有 得 即轨道半径越大，向心加速度越小，故b的向心加速度比c的大，故a的向心加速度小于重力加速度g，c的向心加速度大于d的向心加速度，故A错误； B．a、c角速度相等，故相等的时间内a、c转过的弧长对应的角度相等，但a圆周运动的半径比c的小，根据可知， a的线速度比c的小，根据万有引力提供向心力有 得 即轨道半径越大，线速度越小，故 故b的线速度最大，在相同时间内b转过的弧长最长，故B正确； C．c在4小时内转过的圆心角是，a在1小时内转过的圆心角是，故C错误； D．根据开普勒第三定律可知， 因，d的周期一定大于24小时，故D错误。 故选B。 4．A 【详解】A．根据题意有， 根据万有引力提供向心力有 解得 即轨道半径越大则周期越大，故 则，故A正确； B．方法1：点和M点的角速度相等，P点圆周运动的半径比M点小，根据可知，点的线速度小于M点的线速度，根据万有引力提供向心力有 解得 即轨道半径越大线速度越小，故第一宇宙速度大于M点的线速度，故点的线速度小于第一宇宙速度。 方法2：点的线速度 而第一宇宙速度 故点的速度小于第一宇宙速度，故B错误； C．根据万有引力提供向心力有 解得 即轨道半径越大向心加速度越小，故，故C错误； D．根据万有引力提供向心力有 解得 即轨道半径越大角速度越小，故，故D错误。 故选A。 5．D 【详解】A．地球的同步卫星始终相对地面静止, 同步卫星运行的轨道平面在赤道平面,而该卫星沿倾斜圆轨道运行,故A错误; B．第一宇宙速度是卫星运行的最大速度,故该卫星的线速度小于第一宇宙速度, 故B错误; C．由题知该卫星周期等于24h，与同步卫星周期相等,即该卫星和同步卫星的轨道半径、运动的角速度、线速度相等，而同步卫星和赤道上物体相对静止，故该卫星角速度与赤道上物体的角速度相等，故C错误； D．由，结合C项分析知该卫星的向心加速度比在赤道上物体的大,故D正确。 故选D。 6．D 【详解】A．b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，根据万有引力定律有 解得 又 可得 与第一宇宙速度大小相同，即，故A错误。 B．地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度，所以，根据知，c的向心加速度大于a的向心加速度，根据得b的向心加速度大于c的向心加速度，即，故B错误。 C．卫星c为地球同步卫星，所以，根据得c的周期大于b的周期，即，故C错误。 D．在b、c中，根据，可知b的线速度比c的线速度大，故D正确。 故选D。 7．B 【详解】A．是地球赤道上的物体，向心力由万有引力的分力提供；、是卫星，向心力由万有引力提供，故 A 错误； B．是地球赤道上的物体，是地球同步卫星，二者周期与地球自转周期相同，即，根据卫星周期公式 的轨道半径小于，故 即，故B正确； C．和角速度相同，由 的轨道半径大，故；和由万有引力提供向心力，由 的轨道半径小，故，因此，故C错误； D．和角速度相同，由 的轨道半径大，故；和由万有引力提供向心力，由 的轨道半径小，故，因此，故D错误。 故选B。 8．B 【详解】ACD．火星静止卫星的角速度等于火星自转角速度，则知与的角速度大小相等，即 根据， 因卫星的轨道半径大于火星的半径，可知， 对于卫星与，根据万有引力提供向心力可得 可得，， 因卫星的轨道半径小于卫星的轨道半径，则，， 由上分析可知，三者的线速度大小关系为 角速度大小关系为 向心加速度大小关系为，故ACD错误； B．根据万有引力提供向心力得 解得 火星静止卫星和卫星的轨道半径之比为4：1，卫星和卫星的周期之比为，故B正确。 故选B。 9．D 【详解】A．卫星做圆周运动由万有引力提供向心力，则有 可得 则轨道半径r越小，速度v越大，所以低轨卫星做圆周运动的速度大于高轨卫星，故A错误； B．太阳同步轨道卫星所在平面始终与太阳保持固定的取向，则卫星的周期必须与地球自转周期一致，即24小时，故B错误； C．太阳同步轨道卫星与赤道上物体的角速度大小相等，则有， 因为 所以，故C错误； D．由于“太阳同步”的含义是使轨道平面相对于太阳保持近似固定方向，故其轨道平面绕地轴的转动角速度与地球公转角速度相同，故D正确。 故选D。 10．C 【详解】AB．由题意可知，乙、丙由万有引力提供向心力，则 所以，故AB错误； CD．因为甲是地球赤道上的一个物体，丙是地球的静止同步卫星，则甲和丙的周期、角速度均相等，根据 可得，故C正确，D错误。 故选C。 11．D 【详解】A．对卫星，根据牛顿第二定律，则有 解得 b为近地空间站，d为地球同步轨道卫星，所以 由于a、d具有相同角速度，相同周期，根据向心加速度与角速度的关系 可得 所以a的向心加速度比b的向心加速度小，故A错误； B．卫星与地心的连线扫过的面积为 根据万有引力提供向心力，则有 联立可得 由此可知，由于b、c、d卫星的轨道半径不相等，所以其与地心的连线在相同的时间内扫过的面积不相同，故B错误； C．根据万有引力提供向心力，则有 解得 由于，所以 根据线速度与角速度的关系 可知 线速度大小关系为，故C错误； D．根据万有引力提供向心力，则有 解得 由于，所以 由于为地球同步轨道卫星，则有 所以周期的关系为，故D正确。 故选D。 12．C 【详解】AB．地球表面上C点做匀速圆周运动的半径小于同步卫星，根据向心力公式，可知C点的向心加速度小于同步卫星，又根据 解得向心加速度为，故同步轨道卫星的向心加速度小于卫星M的向心加速度，故卫星M的向心加速度大于地球表面上C点的向心加速度。由图可得地球表面上C点做匀速圆周运动的圆心不在O点，故AB错误； CD．根据万有引力提供向心力 解得周期，线速度 根据几何关系，卫星M与卫星N的轨道半径满足 故卫星M与卫星N的周期之比为，线速度之比为，故C正确，D错误。 故选C。 13．BD 【详解】AB．a、c的角速度相等，根据可得，a、c的向心加速度的大小之比为，故A错误，B正确； CD．a、c的周期相等，所以a、b的周期之比等于c、b的周期之比，根据开普勒第三定律可得 可得a、b的周期之比为，故C错误，D正确。 故选BD。 14．AD 【详解】A．根据牛顿第二定律 可得 又卫星A的轨道半径小于卫星B的轨道半径，可得卫星A的向心加速度大于卫星B的向心加速度。卫星B为地球赤道同步卫星，故卫星B的角速度和P点相同，卫星B的轨道半径大于P点的轨道半径，根据 可得卫星B的向心加速度大于P点的向心加速度，故卫星A的向心加速度大于P点物体的向心加速度，故A正确； B．由题意可知，根据牛顿第二定律 解得加速度为 可得卫星A的加速度大于卫星B的加速度，故B错误； C．根据万有引力提供向心力 可得 因为 可得卫星A、B的线速度之比为，故C错误； D．根据万有引力提供向心力 解得 可得卫星A、B的周期之比为，故D正确。 故选AD。 15．BC 【详解】A．同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，a与c的运行周期相同，由万有引力提供向心力可得 解得 所以 即d的运行周期最大，故A错误； B．卫星环绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，故有 解得 可知卫星的轨道半径越小，环绕速度越大；而卫星a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，则有ωa = ωc，根据v = ωr可知va < vc，故卫星b在地面附近近地轨道上正常运行，其环绕速度最大，故B正确； C．c是地球同步卫星，周期是24小时，则c在6小时内转过的圆心角是90°，是，故C正确； D．同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同，则知a与c的角速度相同，根据 知，c的向心加速度大于a的向心加速度，由 则 卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度约为g，所以知a的向心加速度小于重力加速度g，故D错误。 故选BC。 16．BD 【详解】A．第一宇宙速度是最大的环绕速度，则卫星B的速度小于地球的第一宇宙速度，故A错误； B．对AC角速度相等，根据v=ωr可知， 对BC根据 可得 则 可知A、B的线速度大小关系为vB>vA，故B正确； C．根据 可得 可知B、C的向心加速度大小关系为aB>aC，故C错误； D．对AC角速度相等，周期相等 对BC，根据开普勒第三定律可知 可知 即A、B、C周期大小关系为TA=TC>TB，故D正确。 故选BD。 $