2025版高考物理一輪總復(fù)習(xí)考點(diǎn)突破第5章萬有引力與宇宙航行專題強(qiáng)化6天體運(yùn)動中的三類典型問題考點(diǎn)1赤道上物體近地衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的差異

考點(diǎn)1赤道上物體、近地衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的差異(實(shí)力考點(diǎn)·深度研析)1．地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。同步衛(wèi)星有以下“七個確定”的特點(diǎn)：(1)軌道平面確定：軌道平面與赤道平面共面。(2)周期確定：與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T＝24h。(3)角速度確定：與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同。(4)高度確定：由Geq\f(Mm,R＋h2)＝meq\f(4π2,T2)(R＋h)得地球同步衛(wèi)星離地面的高度h＝eq\r(3,\f(GMT2,4π2))－R≈3.6×107m。(5)速率確定：v＝eq\r(\f(GM,R＋h))≈3.1×103m/s。(6)向心加速度確定：由Geq\f(Mm,R＋h2)＝man得an＝eq\f(GM,R＋h2)＝gh＝0.23m/s2，即同步衛(wèi)星的向心加速度等于軌道處的重力加速度。(7)繞行方向確定：運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一樣。2．赤道上的物體、近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的異同點(diǎn)比較內(nèi)容赤道上的物體近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星向心力來源萬有引力的分力萬有引力向心力方向指向地心重力與萬有引力的關(guān)系重力略小于萬有引力重力等于萬有引力軌道半徑地球半徑R地球半徑R地球半徑R與衛(wèi)星離地面高度h之和周期T1＝24hT2＝85minT3＝24h角速度ω1＝ω自ω2＝eq\r(\f(GM,R3))ω3＝ω自＝eq\r(\f(GM,R＋h3))ω1＝ω3<ω2線速度v1＝ω1Rv2＝eq\r(\f(GM,R))v3＝ω3(R＋h)＝eq\r(\f(GM,R＋h))v1<v3<v2(v2為第一宇宙速度)向心加速度a1＝ωeq\o\al(2,1)Ra2＝ωeq\o\al(2,2)R＝eq\f(GM,R2)a3＝ωeq\o\al(2,3)(R＋h)＝eq\f(GM,R＋h2)a1<a3<a2?考向1同步衛(wèi)星問題(2024·河北卷)“祝融號”火星車登陸火星之前，“天問一號”探測器沿橢圓形的停岸軌道繞火星飛行，其周期為2個火星日。假設(shè)某飛船沿圓軌道繞火星飛行，其周期也為2個火星日。已知一個火星日的時長約為一個地球日，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的0.1倍，則該飛船的軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑的比值約為(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]由于某飛船繞火星做勻速圓周運(yùn)動，地球同步衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，萬有引力供應(yīng)做圓周運(yùn)動的向心力，得Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，解得r3＝eq\f(GMT2,4π2)，則eq\f(r\o\al(3,船),r\o\al(3,衛(wèi)))＝eq\f(M火,M地)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(T船,T衛(wèi))))2＝eq\f(2,5)，得eq\f(r船,r衛(wèi))＝eq\r(3,\f(2,5))，故D正確。?考向2赤道上的物體、近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的差異[解析]三顆衛(wèi)星的半徑關(guān)系為r1＝r2<r3。將衛(wèi)星1和衛(wèi)星3作為一組，依據(jù)同步衛(wèi)星的特點(diǎn)可知ω1＝ω3，T1＝T3，依據(jù)公式v＝rω和a＝rω2可知v1<v3，a1<a3；將衛(wèi)星2和衛(wèi)星3作為一組，由eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mrω2＝meq\f(4π2,T2)·r得v2>v3，T2<T3，ω2>ω3。綜上可知T1＝T3>T2，ω1＝ω3<ω2，v2>v3>v1，故B項(xiàng)正確，A、C兩項(xiàng)錯誤；對于衛(wèi)星1、3，向心力F＝mrω2，則F1<F3；對于衛(wèi)星2、3，向心F＝eq\f(GMm,r2)，則F2>F3，所以F2>F3>F1，故D項(xiàng)錯誤?！靖櫽?xùn)練】(同步衛(wèi)星問題)盧旺達(dá)2024年5月2日至3日遭受強(qiáng)降雨，引發(fā)該地區(qū)的洪水和山體滑坡等災(zāi)難。我國通過風(fēng)云—2H靜止氣象衛(wèi)星供應(yīng)持續(xù)監(jiān)測。風(fēng)云—2H衛(wèi)星于2024年6月5日成功放射到離地面高度約為地球半徑5倍的地球靜止軌道，可以為亞太空間合作組織成員國和“一帶一路”沿線國家供應(yīng)良好的觀測視角和高頻次區(qū)域觀測。則關(guān)于風(fēng)云—2H衛(wèi)星說法正確的是(C)A．圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度大于地球自轉(zhuǎn)角速度B．運(yùn)行速度應(yīng)是7.9km/sC．向心加速度約為其地面上物體的重力加速度的eq\f(1,36)D．我國能利用它進(jìn)行氣象觀測，是因?yàn)樗梢越?jīng)過北京的正上方[解析]地球靜止衛(wèi)星圍繞地球的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度大小相等，故A錯誤；第一宇宙速度7.9km/s是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，也是地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最大環(huán)繞速度，而靜止衛(wèi)星的軌道半徑要大于近地衛(wèi)星的軌道半徑，其線速度確定小于第一宇宙速度，故B錯誤；依據(jù)萬有引力供應(yīng)向心力，得eq\f(GMm,5R＋R2)＝ma，據(jù)地球表面萬有引力等于重力，得eq\f(GMm,m)＝mg，由以上兩等式得a＝eq\f(1,36)g，所以它的向心加速度約為其地面上物體的重力加速度的eq\f(1,36)，故C正確；靜止衛(wèi)星軌道和赤道在同一平面，所以不行能經(jīng)過北京的正上空，故D錯誤。故選C。(赤道上的物體、近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的差異)有a、b、c、d四顆衛(wèi)星，a還未放射，在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動，b在地面旁邊近地軌道上正常運(yùn)行，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期為24h，全部衛(wèi)星的運(yùn)動均視為勻速圓周運(yùn)動，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則下列關(guān)于衛(wèi)星的說法中正確的是(C)A．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度gB．c在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角eq\f(π,6)C．b在相同的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長D．d的運(yùn)動周期可能是23h[解析]同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，角速度相同，則a和c的角速度相同，依據(jù)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的向心加速度約為g，故a的向心加速度小于重力加速度g，選項(xiàng)A錯誤；由于c為同步衛(wèi)星，所以c的周期為24h，因此4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角θ＝eq\f(π,3)，選項(xiàng)B錯誤；由eq\f(GMm,r2)＝eq\f(m