2025高考物理一轮考点突破训练第5章万有引力与宇宙航行专题强化6天体运动中的三类典型问题考点1赤道上物体近地卫星与同步卫星的差异

这是一份2025高考物理一轮考点突破训练第5章万有引力与宇宙航行专题强化6天体运动中的三类典型问题考点1赤道上物体近地卫星与同步卫星的差异，共4页。试卷主要包含了地球同步卫星的特点等内容，欢迎下载使用。
1．地球同步卫星的特点
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。同步卫星有以下“七个一定”的特点：
(1)轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面。
(2)周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h。
(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。
(4)高度一定：由Geq \f(Mm,R＋h2)＝meq \f(4π2,T2)(R＋h)得地球同步卫星离地面的高度h＝eq \r(3,\f(GMT2,4π2))－R≈3.6×107 m。
(5)速率一定：v＝eq \r(\f(GM,R＋h))≈3.1×103 m/s。
(6)向心加速度一定：由Geq \f(Mm,R＋h2)＝man得an＝eq \f(GM,R＋h2)＝gh＝0.23 m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度。
(7)绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致。
2．赤道上的物体、近地卫星和同步卫星做圆周运动的异同点
►考向1 同步卫星问题
(2021·河北卷)“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日。已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为( D )
A.eq \r(3,4) B．eq \r(3,\f(1,4))
C．eq \r(3,\f(5,2)) D．eq \r(3,\f(2,5))
[解析] 由于某飞船绕火星做匀速圆周运动，地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供做圆周运动的向心力，得Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(4π2,T2)r，解得r3＝eq \f(GMT2,4π2)，则eq \f(r\\al(3,船),r\\al(3,卫))＝eq \f(M火,M地)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(T船,T卫)))2＝eq \f(2,5)，得eq \f(r船,r卫)＝eq \r(3,\f(2,5))，故D正确。
►考向2 赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的差异
[解析] 三颗卫星的半径关系为r1＝r2v1，故B项正确，A、C两项错误；对于卫星1、3，向心力F＝mrω2，则F1F3，所以F2>F3>F1，故D项错误。
【跟踪训练】
(同步卫星问题)卢旺达2023年5月2日至3日遭受强降雨，引发该地区的洪水和山体滑坡等灾害。我国通过风云—2H静止气象卫星提供持续监测。风云—2H卫星于2018年6月5日成功发射到离地面高度约为地球半径5倍的地球静止轨道，可以为亚太空间合作组织成员国和“一带一路”沿线国家提供良好的观测视角和高频次区域观测。则关于风云—2H卫星说法正确的是( C )
A．围绕地球运转的角速度大于地球自转角速度
B．运行速度应是7.9 km/s
C．向心加速度约为其地面上物体的重力加速度的eq \f(1,36)
D．我国能利用它进行气象观测，是因为它可以经过北京的正上方
[解析] 地球静止卫星围绕地球的角速度与地球自转角速度大小相等，故A错误；第一宇宙速度7.9 km/s是近地卫星的环绕速度，也是地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，而静止卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，其线速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；根据万有引力提供向心力，得eq \f(GMm,5R＋R2)＝ma，据地球表面万有引力等于重力，得eq \f(GMm,m)＝mg，由以上两等式得a＝eq \f(1,36)g，所以它的向心加速度约为其地面上物体的重力加速度的eq \f(1,36)，故C正确；静止卫星轨道和赤道在同一平面，所以不可能经过北京的正上空，故D错误。故选C。
(赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的差异)有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，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，设地球自转周期为24 h，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则下列关于卫星的说法中正确的是( C )
A．a的向心加速度等于重力加速度g
B．c在4 h内转过的圆心角eq \f(π,6)
C．b在相同的时间内转过的弧长最长
D．d的运动周期可能是23 h
[解析] 同步卫星的运行周期与地球自转周期相同，角速度相同，则a和c的角速度相同，根据a＝ω2r知，c的向心加速度大于a的向心加速度，由eq \f(GMm,r2)＝ma知，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，故a的向心加速度小于重力加速度g，选项A错误；由于c为同步卫星，所以c的周期为24 h，因此4 h内转过的圆心角θ＝eq \f(π,3)，选项B错误；由eq \f(GMm,r2)＝eq \f(mv2,r)，得v＝eq \r(\f(GM,r))，轨道的半径越大，线速度越小，所以b的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，选项C正确；由开普勒第三定律eq \f(R3,T2)＝k知，卫星的半径越大，周期越大，d的半径大于c的半径，所以周期应大于24 h，选项D错误。比较内容
赤道上的物体
近地卫星
同步卫星
向心力来源
万有引力的分力
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
轨道半径
地球半径R
地球半径R
地球半径R与卫星离地面高度h之和
周期
T1＝24 h
T2＝85 min
T3＝24 h
角速度
ω1＝ω自
ω2＝eq \r(\f(GM,R3))
ω3＝ω自＝eq \r(\f(GM,R＋h3))
ω1＝ω3