2019-2021北京高一(下)期中物理汇编：同步卫星的运动规律

1/172019-2021北京高一（下）期中物理汇编同步卫星的运动规律一、单选题1．（2021·北京·101中学高一期中）2017年11月5日19时45分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十四、二十五颗北斗导航卫星。北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统空间段由35颗卫星组成，其中5颗是地球同步卫星。关于同步卫星绕地球运动的相关物理量，下列说法正确的是（）A．角速度等于地球自转的角速度 B．向心加速度大于地球表面的重力加速度C．线速度大于第一宇宙速度 D．线速度等于第一宇宙速度2．（2021·北京市昌平区沙河中学高一期中）“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的是（）A．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的1nB．同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转线速度的1nC．同步卫星运行速度是近地卫星环绕速度的1nD．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1n3．（2021·北京市顺义区第一中学高一期中）已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G。有关同步卫星，下列表述正确的是（）A．同步卫星可以在北京上空B．同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度C．同步卫星运行时受到的向心力大小为GMmD．同步卫星运行的向心加速度大于地球表面的重力加速度4．（2021·北京市顺义区第二中学高一期中）质量不同的人造卫星在同一轨道绕地球做匀速圆周运动，则它们具有不同的（）A．周期 B．速度 C．加速度 D．向心力5．（2021·北京市延庆区教育科学研究中心高一期中）若已知地球质量为M，万有引力常量为G，将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体，忽略地球自转影响，仅由这些信息不能计算出（）A．地面附近的重力加速度B．地球的第一宇宙速度C．同步卫星距地面的高度D．近地卫星绕地球做圆周运动的周期6．（2020·北京二十中高一期中）如图所示，A是静止在赤道上随地球自转的物体，B、C是在赤道平面内的两颗人造卫星，B位于离地面高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星．下列关系正确的是A．物体A随地球自转的线速度大于卫星B的线速度B．卫星B的角速度小于卫星C的角速度C．物体A随地球自转的周期大于卫星C的周期D．物体A随地球自转的向心加速度小于卫星C的向心加速度7．（2020·北京市第五十中学高一期中）对于地球同步卫星的认识，正确的是（）A．它们只能在赤道的正上方，但不同卫星的轨道半径可以不同B．它们运行的角速度与地球自转角速度相同，相对地球静止C．不同卫星的轨道半径都相同，且一定在赤道的正上方，它们以第一宇宙速度运行D．它们可在我国北京上空运行，故用于我国的电视广播8．（2020·北京·和平街第一中学高一期中）如图所示，实线圆表示地球，竖直虚线a表示地轴，虚线圆b、c、d、e表示地球卫星可能的轨道，对于此图，下列说法正确的是（）A．b、c、d、e都可能是地球卫星的轨道B．c不可能是地球卫星的轨道C．b可能是地球同步卫星的轨道D．d一定是地球同步卫星的轨道9．（2021·北京市第四十三中学高一期中）我国发射的神州十一号载人宇宙飞船的周期约为91min．如果把它绕地球的运动看作匀速圆周运动，飞船的运动和人造地球同步卫星的运动相比A．飞船的轨道半径大于同步卫星的轨道半径B．飞船的向心加速度大于同步卫星的向心加速度C．飞船运动的角速度小于同步卫星运动的角速度D．飞船的运行速度小于同步卫星的运行速度10．（2021·北京二中高一期中）地球同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，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（

）①a1a2＝rR

②a1a2=R2r2A．①③ B．①④ C．②③ D．②④11．（2021·北京四中高一期中）如图甲所示，a是地球赤道上的一点，某时刻在a的正上方有b、c、d三颗轨道位于赤道平面的卫星，各卫星的运行方向均与地球自转方向（顺时针转动）相同，其中d是地球同步卫星．从该时刻起，经过时间t（已知时间t均小于三颗卫星的运行周期），在乙图中各卫星相对a的位置最接近实际的是（

）A． B．C． D．12．（2020·北京市第五中学高一期中）地球的同步卫星是指相对于地面静止不动的人造卫星（）A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心距离可按需要选择不同的值B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心距离是一定的C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的13．（2020·北京·牛栏山一中实验学校高一期中）2019年11月5日，我国成功发射了“北斗三号卫星导航系统”的第3颗倾斜地球同步轨道卫星。“北斗三号卫星导航系统”由静止地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星、中圆地球轨道卫星组成。“同步轨道”卫星的轨道周期等于地球自转周期，卫星运行轨道面与地球赤道面的夹角叫做轨道倾角。根据轨道倾角的不同，可将“同步轨道”分为静止轨道（倾角为零）、倾斜轨道（倾角不为零）和极地轨道。根据以上信息，下列说法中正确的是A．倾斜地球同步轨道卫星的高度大于静止地球同步轨道卫星的高度B．倾斜地球同步轨道卫星的线速度小于静止地球同步轨道卫星的线速度C．可以发射一颗倾斜地球同步轨道卫星，静止在北京上空D．可以发射一颗倾斜地球同步轨道卫星，每天同一时间经过北京上空14．（2020·北京·清华附中朝阳学校高一期中）月球和太阳对地球引力作用产生的潮汐，就像是一个小小的“刹车片”，使地球自转缓慢变慢，还导致月球以每年3.8cm的速度远离地球，若不考虑其它因素，则在遥远的未来（）A．地球同步卫星的线速度变大 B．地球近地卫星的周期变大C．地球赤道处的重力加速度变小 D．月球绕地球做圆周运动的角速度变小15．（2019·北京市第九中学高一期中）关于地球同步通讯卫星，下列说法中正确的是：A．它一定在两极上空运行 B．各国发射的这种卫星轨道半径都不同C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度 D．它的角速度大于地球自转的角速度16．（2019·北京·101中学高一期中）关于地球的同步卫星，下列说法正确的是(

)A．它处于平衡状态，且具有一定的高度B．它的加速度等于9.8m/s²C．它的周期是24小时，且轨道平面与赤道平面重合D．它绕行的速度大于7.9km/s17．（2019·北京交通大学附属中学高一期中）2018年12月27日，北斗三号基本系统已完成建设，开始提供全球服务其导航系统中部分卫星运动轨道如图所示：a为低轨道极地卫星；b为地球同步卫星；c为倾斜轨道卫星，其轨道平面与赤道平面有一定的夹角，周期与地球自转周期相同．下列说法正确的是（）A．卫星a的机械能一定比卫星b的机械能大B．卫星a的机械能一定比卫星b的机械能小C．卫星b的向心加速度与卫星c的向心加速度大小相等D．卫星b的向心加速度与卫星c的向心加速度大小不相等18．（2019·北京交通大学附属中学高一期中）下列关于同步卫星的说法中，正确的是（）A．它的周期与地球自转周期相同，但高度和速度可以选择B．它的周期、高度和速度大小都是一定的C．我国发射的同步通信卫星定点在北京上空D．不同的同步卫星所受的向心力相同二、多选题19．（2020·北京·北师大二附中高一期中）“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报

提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的是（）A．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的1nB．同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转线速度的1nC．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的1nD．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1n20．（2019·北京四中高一期中）如图，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入近地停泊轨道Ⅰ，然后由Q点进入椭圆轨道Ⅱ，再在P点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨Ⅲ，则（）A．将卫星发射至轨道Ⅰ，发射速度必定大于11.2km/sB．卫星在同步轨道Ⅲ上运行时，其速度小于7.9km/sC．卫星在P点通过加速来实现由轨道Ⅱ进入轨道ⅢD．卫星在轨道Ⅱ上经过P点时的加速度大于在轨道Ⅲ上经过P点时的加速度三、解答题21．（2021·北京市顺义区第一中学高一期中）假如宇航员乘坐宇宙飞船到达某行星，在该行星“北极”距地面ℎ处由静止释放一个小球（引力视为恒力，阻力可忽略），经过时间t落到地面。已知该行星半径为r，自转周期为T，引力常量为G，求：(1)该行星表面的重力加速度大小；(2)该行星的平均密度ρ；(3)该行星的第一宇宙速度v；(4)如果该行星有一颗同步卫星，其距行星表面的高度h为多少？22．（2019·北京四中高一期中）随着人类航天技术的不断发展，进行地外天体的探测已经成为可能．假如宇航员抵达一个半径为R的星球表面，进行了如下测量：在离星球表面高h（h<<R）处将一小球以初速度v0平抛，小球的水平位移为2h，不计阻力．已知引力常量G，求：（1）这颗星球表面的重力加速度；（2）在这颗星球上发射一颗卫星，则发射卫星的最小速度是多少；（3）若这颗星球的自转周期为T，则该星球的同步卫星距离星球表面的高度是多少．

参考答案1．A【详解】A．地球同步卫星相对于地球静止，其运行周期等于地球自转的周期，地球同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，故A正确；B．由万有引力等于向心力,则有GMm在地球表面物体重力等于万有引力，有GMm卫星的运动半径大于地球半径，则同步卫星绕地球运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故B错误；CD．第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大的运行速度（且只有贴近地表时的运行速度等于第一宇宙速度），所以同步卫星的线速度小于第一宇宙速度，故CD错误。故选A。2．C【详解】AC.根据GMmr2=mv2rB.根据v=ωr，同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转线速度的n倍，B错误；D.根据GMmr2=ma得，故选C。3．B【详解】A．地球同步卫星若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，就稳定做圆周运动，这是不可能的，因此地球同步卫星相对地面静止不动，所以必须定点在赤道的正上方，故A错误；B．第一宇宙速度是最大环绕速度，即近地卫星的速度，根据高轨低速可得：同步卫星的轨道半径比近地卫星的轨道半径大，故线速度小于第一宇宙速度。故B正确；C．同步卫星运行时受到的向心力大小为GMmr2，D．对近地卫星，得GMm对于同步卫星，根据万有引力提供向心力，得：GMm其中r为同步卫星轨道半径，r=R+h，比较得到，同步卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故D错误；故选B。4．D【详解】ABC．由公式GMm可得a=GMr2、由于在同一轨道，则半径相同，所以加速度、周期、速度都相同，故ABC错误；D．向心力为F=m由于质量不同，所以向心力不同，故D正确。故选D。5．C【详解】A．设地球表面的物体质量为m，有G解得g=根据题给信息可计算出地面附近的重力加速度，故A不符合题意；B．设地球的近地卫星质量为m′，有G解得v=根据题给信息可计算出地球的第一宇宙速度，故B不符合题意；C．根据牛顿第二定律，有GT为地球自转周期，题目未给，故无法计算出同步卫星距地面的高度，故C符合题意；D．根据牛顿第二定律，有G解得T根据题给信息可计算出近地卫星绕地球做圆周运动的周期，故D不符合题意。故选C。6．D【详解】A．根据G知v=GMC的轨道半径大于B的轨道半径，则B的线速度大于C的线速度，A、C的角速度相等，根据v=rω知，C的线速度大于A的线速度，可知物体A随地球自转的线速度小于卫星B的线速度，故A错误．B．根据G知ω=因为C的轨道半径大于B的轨道半径，则B的角速度大于C的角速度，故B错误．C．A的周期等于地球的自转周期，C为地球的同步卫星，则C的周期与地球的自转周期相等，所以物体A随地球自转的周期等于卫星C的周期，故C错误．D．因为AC的角速度相同，根据a=rω2知，C的半径大于A的半径，则C的向心加速度大于A的向心加速度，所以物体A随地球自转的向心加速度小于卫星C的向心加速度，故D正确．故选D．7．B【详解】BD．地球同步卫星与地面相等静止，所以一定在赤道的正上方，公转的周期等于地球自转的周期，故B正确，D错误；AC．同步卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供，由向心力公式得G解得T=v=因为同步恒星的周期相同，所以它们的轨道半径相同；因为它们的轨道半径比地球半径大，所以它们的运动速度比第一宇宙速度小，故AC错误；故选B。8．B【详解】AB．地球的所有卫星的轨道圆心一定在地心，故b、d、e都可能是地球卫星的轨道，c不可能是地球卫星的轨道，故A错误，B正确。CD．地球同步卫星和地面相对静止，一定在赤道的正上方，所以b不可能是地球同步卫星的轨道，d可能是地球同步卫星的轨道，故CD错误。故选B。9．B【详解】根据万有引力提供向心力得出：GA.周期T=2πrB.向心加速度a=GMC.角速度ω=GMD.速度v=GM10．B【详解】因为同步卫星的周期等于地球自转的周期，所以角速度相等，根据a=rω2得：a1a2＝rR．根据万有引力提供向心力有：【点睛】解决本题的关键知道同步卫星和随地球自转的物体角速度相等，同步卫星以及贴近地球表面运行的卫星靠万有引力提供向心力．11．D【详解】半径越大线速度越小，同步卫星与地面是相对静止的，D对12．D【详解】同步卫星相对于地球静止，需要满足两个条件：一绕地球旋转的旋转轴与地球的地轴相同；二是旋转周期与地球自转周期相同，根据开普勒第三定律，同一中心天体R313．D【详解】A．倾斜地球同步轨道卫星与静止地球同步轨道卫星具有相同的周期（24h），则由GMmB．两种卫星具有相同的周期和角速度，运转半径相同，则根据v=ωr可知，两种卫星具有相同的线速度，选项B错误；CD．同步卫星相对于地球静止，必须为地球赤道面上的同步卫星，因为倾斜地球同步轨道卫星为倾斜轨道，因此不能与地球保持相对静止，但因为周期总为24h，则可以每天同一时间经过北京上空，选项C错误，D正确；故选D.14．D【详解】A．地球自转缓慢变慢，则地球自转周期增加，同步卫星的周期变大，根据G有Gv可知轨道半径变大。轨道半径变大，则线速度减小，故A错误；B．近地卫星的轨道半径为地球半径，故近地卫星的轨道半径不变，则近地卫星的周期不变，故B错误；C．地球自转缓慢变慢，则地球自转周期增加，角速度将减小，根据G可知赤道上的物体做匀速圆周运动需要的向心力减小，所以地球赤道处的重力加速度增大。故C错误；D．月球绕着地球做匀速圆周运动，故有G化简得G月球以每年3.8厘米的速度远离地球，则地月间距增加，月球绕地球做圆周运动的角速度将减小。故D正确。故选D。15．C【详解】A.同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上空圆形轨道，轨道固定不变，故A项错误；B.因为同步卫星要和地球自转同步，即同步卫星周期T为一定值，根据GMmr2=mr4C.第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是最大的圆周运动的环绕速度．而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，所以同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度，故C项正确；D.因为同步卫星要和地球自转同步，即周期相同，由公式ω=216．C【详解】A．地球同步卫星即地球同步轨道卫星，又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，所以同步卫星是相对地球静止的卫星，因做圆周运动，则处于不平衡状态，故A错误；B．地球表面向心加速度a=GMR2=9.8m/sC．它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合，故C正确；D．地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1km/s，小于7.9km/s，故D错误；17．C【详解】AB．由于卫星a与卫星b质量未知，所以无法确卫星a的机械能与卫星b的机械能的关系，故选项AB错误；CD．根据万有引力提供环绕天体的向心力，GMmr2=ma18．B【详解】所有的地球同步卫星的必要条件之一：是它们的轨道都必须位于地球的赤道平面内，且轨道高度和速度是确定的，同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，周期等于地球自转的周期，由万有引力等于向心力，由向心力公式知