第七章　作業(yè)22　同步衛(wèi)星及其綜合問題-2025版高一物理必修二

作業(yè)22同步衛(wèi)星及其綜合問題1~6題每題8分，共48分1.(多選)下列關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是()A.各國(guó)發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的高度和速率都是相等的B.地球同步衛(wèi)星的角速度雖已確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增大，高度降低，速率減小，仍同步C.我國(guó)發(fā)射的某顆人造地球衛(wèi)星的周期是114min，它的高度比地球同步衛(wèi)星低D.地球靜止衛(wèi)星可以定點(diǎn)在上海的正上方2.(2020·天津卷)如圖所示，北斗問天，國(guó)之夙愿。我國(guó)北斗三號(hào)系統(tǒng)的收官之星是地球靜止軌道衛(wèi)星，其軌道半徑約為地球半徑的7倍。與近地軌道衛(wèi)星相比，地球靜止軌道衛(wèi)星()A.周期大 B.線速度大C.角速度大 D.加速度大3.關(guān)于近地衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星、赤道上的物體，下列說法正確的是()A.都是萬有引力等于向心力B.赤道上的物體和地球同步衛(wèi)星的周期、線速度大小、角速度都相等C.赤道上的物體和近地衛(wèi)星的線速度大小、周期均不同D.地球同步衛(wèi)星的周期小于近地衛(wèi)星的周期4.(多選)(2023·茂名市高一期中)我國(guó)新一代靜止衛(wèi)星“風(fēng)云四號(hào)”與上一代相比，整星觀察數(shù)據(jù)量提高了160倍，下列關(guān)于“風(fēng)云四號(hào)”靜止衛(wèi)星的說法正確的是()A.一定位于赤道正上空B.為了避免相撞，應(yīng)該與其他國(guó)家的靜止衛(wèi)星在不同的軌道上運(yùn)行C.運(yùn)行速度小于7.9km/sD.繞地球運(yùn)行的周期比月球繞地球的周期大5.(2024·無錫市高一期中)我國(guó)航天人員發(fā)揚(yáng)“兩彈一星”精神砥礪前行，從“東方紅一號(hào)”到“北斗”不斷創(chuàng)造奇跡?！氨倍贰钡?9顆衛(wèi)星的發(fā)射邁出組網(wǎng)的關(guān)鍵一步。該衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，軌道平面與地球赤道平面成一定夾角。該衛(wèi)星()A.運(yùn)動(dòng)速度大于第一宇宙速度B.軌道半徑大于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星C.地面某些地方的人將看到此衛(wèi)星在其正上方“靜止”D.處于完全失重狀態(tài)6.如圖所示，a為在地球赤道表面隨地球一起自轉(zhuǎn)的物體，b為繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的近地衛(wèi)星，軌道半徑可近似為地球半徑。假設(shè)a與b質(zhì)量相同，地球可看作質(zhì)量分布均勻的球體，則物體a和衛(wèi)星b()A.角速度近似相等B.線速度大小近似相等C.向心加速度大小近似相等D.所受地球引力大小近似相等7~10題每題10分，共40分7.(2023·遼寧省高一期末)如圖所示，a為放在赤道上相對(duì)地球靜止的物體，隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b為在地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星(軌道半徑約等于地球半徑)，c為地球靜止衛(wèi)星。下列關(guān)于a、b、c的說法中正確的是()A.b衛(wèi)星的線速度大于7.9km/sB.a、b、c做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小關(guān)系為aa>ab>acC.a、b、c做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期關(guān)系為Ta=Tc<TbD.在b、c中，b的線速度大8.同步衛(wèi)星與地心的距離為r，運(yùn)行速率為v1，角速度大小為ω1，向心加速度大小為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度大小為a2，角速度大小為ω2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列關(guān)系式正確的是()A.ω1ω2=rR B.aC.v1v2=rR 9.研究表明，地球自轉(zhuǎn)在逐漸變慢，3億年前地球自轉(zhuǎn)的周期約為22小時(shí)。假設(shè)這種趨勢(shì)會(huì)持續(xù)下去，地球的其他條件都不變，未來人類發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與現(xiàn)在相比()A.距地球的高度變大 B.向心加速度變大C.線速度變大 D.角速度變大10.(2024·上海市高一期中)有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在赤道表面上隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b是近地軌道衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，它們均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則()A.a的向心加速度等于重力加速度gB.四顆地球衛(wèi)星中b的線速度最大C.c在4小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是πD.d的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20小時(shí)(12分)11.(2023·眉山市高一期中)均勻分布在地球赤道平面上空的三顆同步通信衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)除地球南北極的少數(shù)地區(qū)外的“全球通信”，已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T(忽略地球自轉(zhuǎn)的影響)，則三顆衛(wèi)星中任意兩顆的距離為()A.334πC.3234

答案精析1.AC2.A[根據(jù)萬有引力提供向心力有GMmr2=m(2πT)2r=mv2r=mω2r=ma，可知T=2πr3GM、v=GMr、ω=3.C[赤道上的物體是由萬有引力的一個(gè)分力提供向心力，A項(xiàng)錯(cuò)誤；赤道上的物體和地球同步衛(wèi)星有相同周期和角速度，但線速度大小不相等，B項(xiàng)錯(cuò)誤；地球同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星有相同的中心天體，根據(jù)GMmr2=mv2r=m4π2T2r，得v=GMr，T=2πr3GM，由于r同>r近，故v同<v近，T同>T近，D項(xiàng)錯(cuò)誤；赤道上的物體、近地衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星三者間的周期關(guān)系為T赤=T同>T近，根據(jù)v=ωr可知v赤<v同，則線速度大小關(guān)系為v4.AC[“風(fēng)云四號(hào)”衛(wèi)星為靜止衛(wèi)星，定點(diǎn)在地球赤道上空某處，所有的靜止衛(wèi)星距地面的高度相同，所以所有國(guó)家的靜止衛(wèi)星都應(yīng)該在同一軌道上運(yùn)行，A正確，B錯(cuò)誤；近地衛(wèi)星的繞行速度為第一宇宙速度(7.9km/s)，根據(jù)“高軌低速”可知，“風(fēng)云四號(hào)”運(yùn)行速度小于第一宇宙速度(7.9km/s)，C正確；靜止衛(wèi)星繞地球一周為1天，月球繞地球一周為27.3天，所以繞地球運(yùn)行的周期比月球繞地球的周期小，D錯(cuò)誤。]5.D[第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度，則該衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度小于第一宇宙速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)GMmr2=m4π2T2r，該衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，與同步衛(wèi)星的周期相同，則軌道半徑等于“靜止”在赤道上空的同步衛(wèi)星，選項(xiàng)6.D[由GMmr2=mv2r可得v=GMr，衛(wèi)星b的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，則衛(wèi)星b的線速度大小大于同步衛(wèi)星的線速度大小；同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，半徑大于地球半徑，同步衛(wèi)星線速度大小大于a的線速度大小，則衛(wèi)星b線速度大小大于a的線速度大小，故B錯(cuò)誤；衛(wèi)星b線速度大小大于a的線速度大小，半徑近似相等，由ω=vr，可知衛(wèi)星b的角速度大于a的角速度，由an=v2r可知衛(wèi)星b的向心加速度大小大于a的向心加速度大小，故A、C錯(cuò)誤；a與b質(zhì)量相同，半徑近似相等，由F=7.D[b為在地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，根據(jù)萬有引力提供向心力有GMmR2=mv2R，解得v=GMR，又GMmR2=mg，可得v=gR，與第一宇宙速度大小相同，即v=7.9km/s，故A錯(cuò)誤；地球赤道上的物體與靜止衛(wèi)星具有相同的角速度，所以ωa=ωc，根據(jù)a=rω2知，c的向心加速度大于a的向心加速度，根據(jù)a=GMr2得b的向心加速度大于c的向心加速度，即ab>ac>aa，故B錯(cuò)誤；衛(wèi)星c為地球靜止衛(wèi)星，所以Ta=Tc，根據(jù)T=2πr3GM得c的周期大于b的周期，即Ta=Tc>Tb，故C錯(cuò)誤；在b、c8.C[由v1=ω1r，v2=ω2R，ω1=ω2可知v1v2=rR，C正確，D錯(cuò)誤；對(duì)于同步衛(wèi)星和地球赤道上的物體，其共同特點(diǎn)是角速度相等，即ω1ω2=1，故A錯(cuò)誤；根據(jù)an=ω2r，有9.A[由題意可知，未來地球自轉(zhuǎn)的周期將進(jìn)一步變長(zhǎng)，所以未來發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的周期也將變長(zhǎng)。設(shè)地球質(zhì)量為M，同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，軌道半徑為r，運(yùn)行周期為T，萬有引力提供向心力，有GMmr2=m2πT2r，可得T=2πr3GM，可見要增大同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期，需增大同步衛(wèi)星的軌道半徑，則同步衛(wèi)星距地球的高度將變大，A正確；由a=GMr2，v=GMr及ω=10.B[設(shè)地球質(zhì)量為M，質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞地球做半徑為r、線速度為v、周期為T的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)萬有引力提供向心力有GMmr2=mv2r=m解得v=GMr②T=2πrrGM③根據(jù)②式可知vb>vc>vd，a和c的周期相同，所以角速度相同，根據(jù)v=ωr可知vc>va，所以四顆地球衛(wèi)星中b的線速度最大，故B正確；根據(jù)前面分析可知vb>va，由于b是近地軌道衛(wèi)星，軌道半徑可視為地球半徑，所以其向心加速度等于重力加速度g，再根據(jù)a=v2r可知a的向心加速度小于g，故c的周期為2