第七章 专题强化 同步卫星及其综合问题（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一物理必修第二册教师用书（人教版 浙江）

专题强化　同步卫星及 其综合问题 DIQIZHANG 第七章 1 1.掌握地球同步卫星的特点(重点)。 2.知道“赤道上的物体”“同步卫星”“近地卫星”的联系与区别(重难点)。 学习目标 2 一、地球同步卫星 二、地球同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 专题强化练 内容索引 3 一 地球同步卫星 4 地球上空分布着许多的地球同步卫星，其中静止卫星在地面上的人看来，始终静止不动。请思考： (1)这些静止卫星是否就真的静止不动吗？ 答案　这些静止卫星都在绕地心做匀速圆周运动，其周期等于地球自转的周期，故卫星相对于地球静止。 (2)这些静止卫星有什么共同的特点呢？ 答案　这些静止卫星都在赤道上空(轨道平面与赤道平面成0度角)，周期一定、高度一定、线速度大小和角速度一定。 周期、角速度一定 与地球自转周期、角速度相同，即T= h 高度一定 卫星离地面高度h=3.6×104 km≈6R 速率一定 速度大小v==3.1 km/s 加速度大 小一定 由于卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心 加速度大小an=ω2r=(R+h)不变 1.地球同步卫星的四个“一定” 梳理与总结 24 2.主要用于 ，故也称通信卫星。 通信 关于地球静止卫星，下列说法正确的是 A.它只能分布在赤道上空一定高度处 B.已知它的质量是1.42 t，若将它的质量增为2.84 t，其同步轨道半径变为 原来的2倍 C.它可以绕过北京的正上方，所以我国可以利用它进行电视转播 D.它运行的速度是7.9 km/s 例1 √ 地球静止卫星是运行在地球同步轨道上的人造卫星，距离地面的高度约为36 000 km，卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上方的圆形轨道，由于北京不在赤道上，所以它不可以绕过北京的正上方，故A正确，C错误； 由G=m()2r 可知，卫星质量不影响运动的轨道半径，故B错误； 由G=m知，地球静止卫星轨道半径大于地球的半径，所以它运行 的速度小于第一宇宙速度7.9 km/s，故D错误。 (2023·宁波市余姚中学高一期中)我国于2020年建成了覆盖全球的北斗卫星导航系统。如图所示，北斗卫星导航系统由静止轨道卫星、中地球轨道卫星(离地面高度约21 000 km)及其他轨道卫星组成。则 A.静止轨道卫星指相对地表静止的卫星，其可 定位在北京正上空 B.中地球轨道卫星的线速度比静止轨道卫星大 C.中地球轨道卫星周期大于24小时 D.静止轨道卫星的发射速度小于第一宇宙速度 例2 √ 静止轨道卫星只能定位在赤道上空，故A错误； 静止轨道卫星是同步卫星，其离地面高度约36 000 km，周期为24 h，它的轨道半径比中地球轨道卫星的大，故静止轨道卫星的线速度比中地球轨道卫星小，周期比中地球轨道卫星 大，故B正确，C错误； 第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，故 D错误。 返回 二 地球同步卫星、近地卫星、 赤道上的物体的比较 11 1.地球静止卫星和赤道上物体有什么相同点和不同点？ 答案　相同点：周期和角速度相同 不同点：向心力来源不同 对于地球静止卫星，万有引力全部提供向心力，有=man=mω2r 对于赤道上物体，万有引力的一个分力提供向心力，有=mg+mω2r， 因此要通过v=ωr，an=ω2r比较两者的线速度和向心加速度的大小。 2.地球同步卫星和近地卫星有什么相同点和不同点？ 答案　相同点：都是万有引力提供向心力 即都满足=m=mω2r=mr=man。 不同点：轨道半径不同。近地卫星的轨道半径约等于地球的半径，同步卫星的轨道半径约等于地球半径的7倍。 地球同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较   赤道上的物体 近地卫星 地球同步卫星 向心力来源 万有引力和支持力的_____ ________ 向心力方向 指向_____ 重力与万有 引力的关系 重力略小于万有引力 重力等于万有引力 提炼·总结 合力 万有引力 地心   赤道上的物体 近地卫星 地球同步卫星 线速度 v1=ω1R v2= v3=ω3(R+h)= v1 v3 v2(v2为第一宇宙速度) 角速度 ω1=ω自 ω2= ω3=ω自= ω1 ω3 ω2 向心加速度 a1=R a2=R= a3=(R+h)= a1 a3 a2 < < = < < < 　(2022·湖北卷)2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约 90分钟。下列说法正确的是 A.组合体中的货物处于超重状态 B.组合体的速度大小略大于第一宇宙速度 C.组合体的角速度大小比地球同步卫星的大 D.组合体的加速度大小比地球同步卫星的小 例3 √ 组合体只受万有引力的作用，则组合体中的货物处于失重状态，A错误； 由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，而第一宇宙速度为最大的环绕速度，则组合体的速度大小不可能大于第一宇宙速度，B错误； 已知地球同步卫星的周期为24 h，则根据角速度和周期的关系有ω=，由于T同>T组合体，则组合体的角速度比地球同步卫星的大，C正确； 由G=mr，可得T=2π，由于T同>T组合体，则r同>r组合体，又由G=ma，则有a同<a组合体，D错误。 　(多选)(2024·浙江省浙里特色联盟高一期中)如图所示，a为地球赤道表面随地球一起自转的物体，b为绕地球做匀速圆周运动的近地卫星，轨道半径可近似为地球半径。c为绕地球做匀速圆周运动的同步卫星。a、b、c的角速度大小分别为ωa、ωb、ωc；线速度大小分别为va、vb、vc；加速度大小分别为aa、ab、ac；周期分别为Ta、Tb、Tc， 则下列关系正确的是 A.ωa<ωb<ωc B.Ta=Tb>Tc C.va<vc<vb D.aa<ac<ab 例4 √ √ 对于卫星b、c，由万有引力提供向心力可得=mω2r=mr=m=ma，可得ω=，T=，v=，a=， 由于rb<rc，则有ωb>ωc，Tb<Tc，vb>vc，ab>ac， 对于a、c，两者的角速度相等，周期相同，根 据v=ωr，a=ω2r，ra<rc，可得vc>va，ac>aa，综 上分析可得ωa=ωc<ωb，Ta=Tc>Tb，va<vc<vb，aa <ac<ab，故选C、D。 返回 专题强化练 三 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 题号 1 2 3 4 5 6 答案 A B D B D (1)　(2) 题号 7 8 9 10 　11 答案 B C A AD 　B 对一对 答案 1.(2020·天津卷)如图所示，北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星 A.周期大 B.线速度大 C.角速度大 D.加速度大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 基础强化练 √ 11 答案 根据万有引力提供向心力有G=m()2r=m=mω2r=ma，可知T=2π、v=、ω=、a=，因为地球静止轨道卫星的轨道 半径大于近地轨道卫星的轨道半径， 所以地球静止轨道卫星的周期大、线 速度小、角速度小、向心加速度小， 故选A。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 2.(2023·温州市高一期中)中国“北斗”卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国GPS系统和俄罗斯“格洛纳斯”系统之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间段、地面段和用户段组成，其中空间段包括若干地球同步卫星和非地球同步卫星，关于空间段的地球同步卫星，以下说法正确的是 A.这些地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度 B.这些地球同步卫星的运行周期都与地球自转周期相等 C.这些地球同步卫星运动的向心加速度大小不一定相同 D.为避免相撞，不同国家发射的地球同步卫星必须运行在不同的轨道上 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 根据万有引力提供向心力，可得=，解得v=，可知这些地球同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度，故A错误； 由于地球同步卫星与地球自转同步，因此地球同步卫星的周期与地球自转周期相同，故B正确； 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由=m可知地球同步卫星离地面的高度相同，地球静止卫星在相同的轨道上，故D错误； 根据万有引力提供向心力，可得=ma，可得地球同步卫星的向心加速度的大小a=，所以这些地球同步卫星的向心加速度大小一定相同，故C错误。 11 答案 3.(2024·温州市高一期中)天通一号01星是地球静止轨道同步卫星，另外已知我国的“天宫”空间站运行周期约为90分钟，“天宫”空间站和天通一号01星的运动均可看作绕地球做匀速圆周运动，“天宫”空间站和天通一号01星均可视为质点，忽略地球自转对重力大小的影响，则下列说法正确的是 A.天通一号01星运行的线速度大于“天宫”空间站运行的线速度 B.天通一号01星运行的向心加速度大于“天宫”空间站运行的向心加速度 C.“天宫”空间站中的航天员由于受到离心力而处于漂浮状态 D.“天宫”空间站运行的角速度大于地球自转的角速度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 11 答案 根据万有引力提供向心力，G=m=mω2r=ma=mr，可得v=，ω=，a=，T=2π，由于“天宫”空间站运行周期约为90分 钟，而天通一号01星运行周期为24 h，则天通一号01星运行的轨道半径大于“天宫”空间站运行的轨道半径，故天通一号01星运行的线速度小于“天宫”空间站运行的线速度；天通一号01星运行的向心加速度小于“天宫”空间站运行的向心加速度；“天宫”空间站运行的角速度大于天通一号01星运行的角速度，即大于地球自转的角速度，故A、B错误，D正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 “天宫”空间站中的航天员由于受到的地球引力刚好提供向心力而处于漂浮状态，故C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 4.(2021·江苏卷)我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行，从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星 A.运动速度大于第一宇宙速度 B.运动速度小于第一宇宙速度 C.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星 D.轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 11 答案 第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度，是环绕地球做圆周运动的所有卫星的最大环绕速度，由G=m，可知v=，该卫 星的轨道半径远大于地球的半径，可知运动速度小于第一宇宙速度，选项A错误，B正确； 根据G=mr，可知r=，因为该卫星的运动周期与地球自转 周期相同，等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周期，可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径，选项C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 5.(2023·新课标卷)2023年5月，世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号，携带约5 800 kg的物资进入距离地面约400 km(小于地球同步卫星与地面的距离)的轨道，顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后，这批物资 A.质量比静止在地面上时小 B.所受合力比静止在地面上时小 C.所受地球引力比静止在地面上时大 D.做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由于物体的质量不随位置而改变，所以选项A错误； 地球上物体与同步卫星角速度相同，由a=ω2r可得a地<a同。对同步卫 星和空间站进行比较，根据a=，可得a空>a同，所以a空>a同>a地。由 于F合=ma，故物体在空间站所受合力大于地面上所受合力，故B错误； 根据F引=，且空间站r较大，可得F引较小，所以选项C错误； 根据a=ω2r，由于a空>a同，r空<r同，故ω空>ω同，可得ω空>ω地，所以选项D正确。 11 答案 6.(2023·宁波市高一月考)在若干年后，人类寻找到了银河系中的一颗类地行星，并迁徙到该行星上居住。已知该行星的半径为R，该行星表面重力加速度为g，其自转周期为T，引力常量为G。求： (1)该行星的质量M； 答案　 若忽略该行星自转的影响，物体在该行星表面受到的重力等于其受到 的万有引力，可得G=mg 解得M= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (2)该行星同步卫星的轨道半径r。 答案　 该行星同步卫星的运行周期与该行星的自转周期相同 对其同步卫星，由万有引力提供向心力可得G=m'r 联立(1)中的结论可得r=。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 7.(2024·浙江省9+1高中联盟高一期中)如图所示，A是静止在地球赤道面上的一个物体，B是绕地球做圆周运动的一颗卫星，其轨道平面与赤道面重合，离地高度为1 500 km。下列说法正确的是 A.A的线速度大小等于7.9 km/s B.A的周期要比B的周期大 C.A的向心加速度比B的向心加速度大 D.地球对A的万有引力大于地球对B的万有引力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 能力综合练 √ 11 答案 第一宇宙速度7.9 km/s是人造卫星在地球表面绕地球做匀速圆周运动的速度，则同步卫星的线速度小于7.9 km/s，地球同步卫星的角速度等于A的角速度，根据v=ωr，A的线速度小于同步卫星的线速度，所以A的线速度小于7.9 km/s，故A错误； A的周期等于同步卫星的周期，根据G= mr得T=2π，同步卫星的周期大于B的 周期，所以A的周期要比B的周期大，故B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 根据a=ω2r，同步卫星的向心加速度大于A的向心加速度，根据a=，同步卫星的向心加速度小于B的向心加速度，所以A的向心加速度比B的向心加速度小，故C错误； A、B质量大小不确定，则地球对A的万有引力 与地球对B的万有引力大小不确定，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 8.(2024·浙江省强基联盟月考)“神舟十七号”于2023年10月26日顺利对接“天宫”空间站，“天宫”距地约400 km，哈勃望远镜距地约600 km，北斗同步卫星距地约36 000 km，珠峰顶海拔约8 800 m，则 A.珠峰顶山岩随地球自转的角速度比山脚下的物体大 B.哈勃望远镜绕地球的线速度比“天宫”的线速度大 C.北斗同步卫星绕地球的周期与珠峰随地球自转的周期相同 D.“天宫”对接后由于质量增大，向心加速度将变大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 11 答案 珠峰顶山岩与山脚下的物体都随地球自转，角速度都相等，A错误；根据万有引力提供向心力可得G=m，得v=，“天宫”的轨道 半径小于哈勃望远镜的轨道半径，哈勃望远镜绕地球的线速度比“天宫”的线速度小，B错误； 北斗同步卫星绕地球的周期与珠峰随地球自转的周期相同，都是24 h，C正确； 根据万有引力提供向心力可得G=man，求得an=G，“天宫”对接后质量增大，但向心加速度与“天宫”质量无关，向心加速度大小不变，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 9.研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在相比 A.距地球的高度变大 B.向心加速度变大 C.线速度变大 D.角速度变大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 11 答案 由题意可知，未来地球自转的周期将进一步变长，所以未来发射的地球同步卫星的周期也将变长。设地球质量为M，同步卫星的质量为m， 轨道半径为r，运行周期为T，万有引力提供向心力，有G=mr，可得T=2π，可见要增大同步卫星的运行周期，需增大同步卫星的 轨道半径，则同步卫星距地球的高度将变大，A正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 由a=，v=及ω=可知，同步卫星的向心加速度、线速度和角速度都将变小，B、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 10.(多选)(2024·杭州市外国语学校高一期末)如图所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则下列比值正确的是 A.= B.=()2 C.= D.= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ √ 11 答案 根据万有引力提供向心力，有G=m，G=m'=，对于同步卫星和地球赤道上的物体，其共 同点是角速度相等，有a1=ω2r，a2=ω2R， 则有=，故选A、D。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 11.土星外层有一个环，为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群，可以测量环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系，则下列判断正确的是 A.若v2∝R，则该层是土星的卫星群 B.若v∝R，则该层是土星的一部分 C.若v∝，则该层是土星的卫星群 D.若v2∝，则该层是土星的一部分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 尖子生选练 √ 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 若外层的环是土星的一部分，则它们各部分转动的角速度ω相等，由v=ωR知v∝R，B正确，D错误； 若是土星的卫星群，则由G=m，得v2∝，故A、C错误。 返回 11 答案 $ 专题强化　同步卫星及其综合问题 [学习目标]　1.掌握地球同步卫星的特点(重点)。2.知道“赤道上的物体”“同步卫星”“近地卫星”的联系与区别(重难点)。 一、地球同步卫星 地球上空分布着许多的地球同步卫星，其中静止卫星在地面上的人看来，始终静止不动。请思考： (1)这些静止卫星是否就真的静止不动吗？ (2)这些静止卫星有什么共同的特点呢？ 答案　(1)这些静止卫星都在绕地心做匀速圆周运动，其周期等于地球自转的周期，故卫星相对于地球静止。 (2)这些静止卫星都在赤道上空(轨道平面与赤道平面成0度角)，周期一定、高度一定、线速度大小和角速度一定。 1.地球同步卫星的四个“一定” 周期、角速 度一定 与地球自转周期、角速度相同，即T=24 h 高度一定 卫星离地面高度h=3.6×104 km≈6R 速率一定 速度大小v==3.1 km/s 加速度大 小一定 由于卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加速度大小an=ω2r=(R+h)不变 2.主要用于通信，故也称通信卫星。 例1　关于地球静止卫星，下列说法正确的是(　　) A.它只能分布在赤道上空一定高度处 B.已知它的质量是1.42 t，若将它的质量增为2.84 t，其同步轨道半径变为原来的2倍 C.它可以绕过北京的正上方，所以我国可以利用它进行电视转播 D.它运行的速度是7.9 km/s 答案　A 解析　地球静止卫星是运行在地球同步轨道上的人造卫星，距离地面的高度约为36 000 km，卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上方的圆形轨道，由于北京不在赤道上，所以它不可以绕过北京的正上方，故A正确，C错误；由G=m()2r 可知，卫星质量不影响运动的轨道半径，故B错误；由G=m知，地球静止卫星轨道半径大于地球的半径，所以它运行的速度小于第一宇宙速度7.9 km/s，故D错误。 例2　(2023·宁波市余姚中学高一期中)我国于2020年建成了覆盖全球的北斗卫星导航系统。如图所示，北斗卫星导航系统由静止轨道卫星、中地球轨道卫星(离地面高度约21 000 km)及其他轨道卫星组成。则(　　) A.静止轨道卫星指相对地表静止的卫星，其可定位在北京正上空 B.中地球轨道卫星的线速度比静止轨道卫星大 C.中地球轨道卫星周期大于24小时 D.静止轨道卫星的发射速度小于第一宇宙速度 答案　B 解析　静止轨道卫星只能定位在赤道上空，故A错误；静止轨道卫星是同步卫星，其离地面高度约36 000 km，周期为24 h，它的轨道半径比中地球轨道卫星的大，故静止轨道卫星的线速度比中地球轨道卫星小，周期比中地球轨道卫星大，故B正确，C错误；第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，故D错误。 二、地球同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 1.地球静止卫星和赤道上物体有什么相同点和不同点？ 答案　相同点：周期和角速度相同 不同点：向心力来源不同 对于地球静止卫星，万有引力全部提供向心力，有=man=mω2r 对于赤道上物体，万有引力的一个分力提供向心力，有=mg+mω2r， 因此要通过v=ωr，an=ω2r比较两者的线速度和向心加速度的大小。 2.地球同步卫星和近地卫星有什么相同点和不同点？ 答案　相同点：都是万有引力提供向心力 即都满足=m=mω2r=mr=man。 不同点：轨道半径不同。近地卫星的轨道半径约等于地球的半径，同步卫星的轨道半径约等于地球半径的7倍。 地球同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 赤道上的物体 近地卫星 地球同步卫星 向心力来源 万有引力和支持力的合力 万有引力 向心力方向 指向地心 重力与万有 引力的关系 重力略小于万有引力 重力等于万有引力 线速度 v1=ω1R v2= v3=ω3(R+h)= v1<v3<v2(v2为第一宇宙速度) 角速度 ω1=ω自 ω2= ω3=ω自= ω1=ω3<ω2 向心加速度 a1=R a2=R= a3=(R+h)= a1<a3<a2 例3　(2022·湖北卷)2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是(　　) A.组合体中的货物处于超重状态 B.组合体的速度大小略大于第一宇宙速度 C.组合体的角速度大小比地球同步卫星的大 D.组合体的加速度大小比地球同步卫星的小 答案　C 解析　组合体只受万有引力的作用，则组合体中的货物处于失重状态，A错误；由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，而第一宇宙速度为最大的环绕速度，则组合体的速度大小不可能大于第一宇宙速度，B错误；已知地球同步卫星的周期为24 h，则根据角速度和周期的关系有ω=，由于T同>T组合体，则组合体的角速度比地球同步卫星的大，C正确；由G=mr，可得T=2π，由于T同>T组合体，则r同>r组合体，又由G=ma，则有a同<a组合体，D错误。 例4　(多选)(2024·浙江省浙里特色联盟高一期中)如图所示，a为地球赤道表面随地球一起自转的物体，b为绕地球做匀速圆周运动的近地卫星，轨道半径可近似为地球半径。c为绕地球做匀速圆周运动的同步卫星。a、b、c的角速度大小分别为ωa、ωb、ωc；线速度大小分别为va、vb、vc；加速度大小分别为aa、ab、ac；周期分别为Ta、Tb、Tc，则下列关系正确的是(　　) A.ωa<ωb<ωc B.Ta=Tb>Tc C.va<vc<vb D.aa<ac<ab 答案　CD 解析　对于卫星b、c，由万有引力提供向心力可得=mω2r=mr=m=ma，可得ω=，T=，v=，a=，由于rb<rc，则有ωb>ωc，Tb<Tc，vb>vc，ab>ac，对于a、c，两者的角速度相等，周期相同，根据v=ωr，a=ω2r，ra<rc，可得vc>va，ac>aa，综上分析可得ωa=ωc<ωb，Ta=Tc>Tb，va<vc<vb，aa<ac<ab，故选C、D。 专题强化练　[分值：100分] 1~5题每题8分，6题12分，共52分 1.(2020·天津卷)如图所示，北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星(　　) A.周期大 B.线速度大 C.角速度大 D.加速度大 答案　A 解析　根据万有引力提供向心力有G=m()2r=m=mω2r=ma，可知T=2π、v=、ω=、a=，因为地球静止轨道卫星的轨道半径大于近地轨道卫星的轨道半径，所以地球静止轨道卫星的周期大、线速度小、角速度小、向心加速度小，故选A。 2.(2023·温州市高一期中)中国“北斗”卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国GPS系统和俄罗斯“格洛纳斯”系统之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间段、地面段和用户段组成，其中空间段包括若干地球同步卫星和非地球同步卫星，关于空间段的地球同步卫星，以下说法正确的是(　　) A.这些地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度 B.这些地球同步卫星的运行周期都与地球自转周期相等 C.这些地球同步卫星运动的向心加速度大小不一定相同 D.为避免相撞，不同国家发射的地球同步卫星必须运行在不同的轨道上 答案　B 解析　根据万有引力提供向心力，可得=，解得v=，可知这些地球同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度，故A错误；由于地球同步卫星与地球自转同步，因此地球同步卫星的周期与地球自转周期相同，故B正确；由=m可知地球同步卫星离地面的高度相同，地球静止卫星在相同的轨道上，故D错误；根据万有引力提供向心力，可得=ma，可得地球同步卫星的向心加速度的大小a=，所以这些地球同步卫星的向心加速度大小一定相同，故C错误。 3.(2024·温州市高一期中)天通一号01星是地球静止轨道同步卫星，另外已知我国的“天宫”空间站运行周期约为90分钟，“天宫”空间站和天通一号01星的运动均可看作绕地球做匀速圆周运动，“天宫”空间站和天通一号01星均可视为质点，忽略地球自转对重力大小的影响，则下列说法正确的是(　　) A.天通一号01星运行的线速度大于“天宫”空间站运行的线速度 B.天通一号01星运行的向心加速度大于“天宫”空间站运行的向心加速度 C.“天宫”空间站中的航天员由于受到离心力而处于漂浮状态 D.“天宫”空间站运行的角速度大于地球自转的角速度 答案　D 解析　根据万有引力提供向心力，G=m=mω2r=ma=mr，可得v=，ω=，a=，T=2π，由于“天宫”空间站运行周期约为90分钟，而天通一号01星运行周期为24 h，则天通一号01星运行的轨道半径大于“天宫”空间站运行的轨道半径，故天通一号01星运行的线速度小于“天宫”空间站运行的线速度；天通一号01星运行的向心加速度小于“天宫”空间站运行的向心加速度；“天宫”空间站运行的角速度大于天通一号01星运行的角速度，即大于地球自转的角速度，故A、B错误，D正确；“天宫”空间站中的航天员由于受到的地球引力刚好提供向心力而处于漂浮状态，故C错误。 4.(2021·江苏卷)我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行，从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星(　　) A.运动速度大于第一宇宙速度 B.运动速度小于第一宇宙速度 C.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星 D.轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星 答案　B 解析　第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度，是环绕地球做圆周运动的所有卫星的最大环绕速度，由G=m，可知v=，该卫星的轨道半径远大于地球的半径，可知运动速度小于第一宇宙速度，选项A错误，B正确；根据G=mr，可知r=，因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同，等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周期，可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径，选项C、D错误。 5.(2023·新课标卷)2023年5月，世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号，携带约5 800 kg的物资进入距离地面约400 km(小于地球同步卫星与地面的距离)的轨道，顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后，这批物资(　　) A.质量比静止在地面上时小 B.所受合力比静止在地面上时小 C.所受地球引力比静止在地面上时大 D.做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大 答案　D 解析　由于物体的质量不随位置而改变，所以选项A错误；地球上物体与同步卫星角速度相同，由a=ω2r可得a地<a同。对同步卫星和空间站进行比较，根据a=，可得a空>a同，所以a空>a同>a地。由于F合=ma，故物体在空间站所受合力大于地面上所受合力，故B错误；根据F引=，且空间站r较大，可得F引较小，所以选项C错误；根据a=ω2r，由于a空>a同，r空<r同，故ω空>ω同，可得ω空>ω地，所以选项D正确。 6.(12分)(2023·宁波市高一月考)在若干年后，人类寻找到了银河系中的一颗类地行星，并迁徙到该行星上居住。已知该行星的半径为R，该行星表面重力加速度为g，其自转周期为T，引力常量为G。求： (1)(6分)该行星的质量M； (2)(6分)该行星同步卫星的轨道半径r。 答案　(1)　(2) 解析　(1)若忽略该行星自转的影响，物体在该行星表面受到的重力等于其受到的万有引力，可得G=mg 解得M= (2)该行星同步卫星的运行周期与该行星的自转周期相同 对其同步卫星，由万有引力提供向心力可得G=m'r 联立(1)中的结论可得r=。 7~10题每题9分，共36分 7.(2024·浙江省9+1高中联盟高一期中)如图所示，A是静止在地球赤道面上的一个物体，B是绕地球做圆周运动的一颗卫星，其轨道平面与赤道面重合，离地高度为1 500 km。下列说法正确的是(　　) A.A的线速度大小等于7.9 km/s B.A的周期要比B的周期大 C.A的向心加速度比B的向心加速度大 D.地球对A的万有引力大于地球对B的万有引力 答案　B 解析　第一宇宙速度7.9 km/s是人造卫星在地球表面绕地球做匀速圆周运动的速度，则同步卫星的线速度小于7.9 km/s，地球同步卫星的角速度等于A的角速度，根据v=ωr，A的线速度小于同步卫星的线速度，所以A的线速度小于7.9 km/s，故A错误；A的周期等于同步卫星的周期，根据G=mr得T=2π，同步卫星的周期大于B的周期，所以A的周期要比B的周期大，故B正确；根据a=ω2r，同步卫星的向心加速度大于A的向心加速度，根据a=，同步卫星的向心加速度小于B的向心加速度，所以A的向心加速度比B的向心加速度小，故C错误；A、B质量大小不确定，则地球对A的万有引力与地球对B的万有引力大小不确定，故D错误。 8.(2024·浙江省强基联盟月考)“神舟十七号”于2023年10月26日顺利对接“天宫”空间站，“天宫”距地约400 km，哈勃望远镜距地约600 km，北斗同步卫星距地约36 000 km，珠峰顶海拔约8 800 m，则(　　) A.珠峰顶山岩随地球自转的角速度比山脚下的物体大 B.哈勃望远镜绕地球的线速度比“天宫”的线速度大 C.北斗同步卫星绕地球的周期与珠峰随地球自转的周期相同 D.“天宫”对接后由于质量增大，向心加速度将变大 答案　C 解析　珠峰顶山岩与山脚下的物体都随地球自转，角速度都相等，A错误；根据万有引力提供向心力可得G=m，得v=，“天宫”的轨道半径小于哈勃望远镜的轨道半径，哈勃望远镜绕地球的线速度比“天宫”的线速度小，B错误；北斗同步卫星绕地球的周期与珠峰随地球自转的周期相同，都是24 h，C正确；根据万有引力提供向心力可得G=man，求得an=G，“天宫”对接后质量增大，但向心加速度与“天宫”质量无关，向心加速度大小不变，D错误。 9.研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在相比(　　) A.距地球的高度变大 B.向心加速度变大 C.线速度变大 D.角速度变大 答案　A 解析　由题意可知，未来地球自转的周期将进一步变长，所以未来发射的地球同步卫星的周期也将变长。设地球质量为M，同步卫星的质量为m，轨道半径为r，运行周期为T，万有引力提供向心力，有G=mr，可得T=2π，可见要增大同步卫星的运行周期，需增大同步卫星的轨道半径， 则同步卫星距地球的高度将变大，A正确；由a=，v=及ω=可知，同步卫星的向心加速度、线速度和角速度都将变小，B、C、D错误。 10.(多选)(2024·杭州市外国语学校高一期末)如图所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则下列比值正确的是(　　) A.= B.=()2 C.= D.= 答案　AD 解析　根据万有引力提供向心力，有G=m，G=m'，则有=，对于同步卫星和地球赤道上的物体，其共同点是角速度相等，有a1=ω2r，a2=ω2R，则有=，故选A、D。 (12分) 11.土星外层有一个环，为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群，可以测量环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系，则下列判断正确的是(　　) A.若v2∝R，则该层是土星的卫星群 B.若v∝R，则该层是土星的一部分 C.若v∝，则该层是土星的卫星群 D.若v2∝，则该层是土星的一部分 答案　B 解析　若外层的环是土星的一部分，则它们各部分转动的角速度ω相等，由v=ωR知v∝R，B正确，D错误；若是土星的卫星群，则由G=m，得v2∝，故A、C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $