第七章　作业22　同步卫星及其综合问题-2025版高一物理必修二

作业22同步卫星及其综合问题1~6题每题8分，共48分1.(多选)下列关于地球同步卫星的说法正确的是()A.各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的B.地球同步卫星的角速度虽已确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大，高度降低，速率减小，仍同步C.我国发射的某颗人造地球卫星的周期是114min，它的高度比地球同步卫星低D.地球静止卫星可以定点在上海的正上方2.(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3.关于近地卫星、地球同步卫星、赤道上的物体，下列说法正确的是()A.都是万有引力等于向心力B.赤道上的物体和地球同步卫星的周期、线速度大小、角速度都相等C.赤道上的物体和近地卫星的线速度大小、周期均不同D.地球同步卫星的周期小于近地卫星的周期4.(多选)(2023·茂名市高一期中)我国新一代静止卫星“风云四号”与上一代相比，整星观察数据量提高了160倍，下列关于“风云四号”静止卫星的说法正确的是()A.一定位于赤道正上空B.为了避免相撞，应该与其他国家的静止卫星在不同的轨道上运行C.运行速度小于7.9km/sD.绕地球运行的周期比月球绕地球的周期大5.(2024·无锡市高一期中)我国航天人员发扬“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.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星C.地面某些地方的人将看到此卫星在其正上方“静止”D.处于完全失重状态6.如图所示，a为在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。假设a与b质量相同，地球可看作质量分布均匀的球体，则物体a和卫星b()A.角速度近似相等B.线速度大小近似相等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题每题10分，共40分7.(2023·辽宁省高一期末)如图所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为在地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c为地球静止卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是()A.b卫星的线速度大于7.9km/sB.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为aa>ab>acC.a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta=Tc<TbD.在b、c中，b的线速度大8.同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，角速度大小为ω1，向心加速度大小为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大小为a2，角速度大小为ω2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则下列关系式正确的是()A.ω1ω2=rR B.aC.v1v2=rR 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10.(2024·上海市高一期中)有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则()A.a的向心加速度等于重力加速度gB.四颗地球卫星中b的线速度最大C.c在4小时内转过的圆心角是πD.d的运动周期有可能是20小时(12分)11.(2023·眉山市高一期中)均匀分布在地球赤道平面上空的三颗同步通信卫星能够实现除地球南北极的少数地区外的“全球通信”，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，地球自转周期为T(忽略地球自转的影响)，则三颗卫星中任意两颗的距离为()A.334πC.3234

答案精析1.AC2.A[根据万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[赤道上的物体是由万有引力的一个分力提供向心力，A项错误；赤道上的物体和地球同步卫星有相同周期和角速度，但线速度大小不相等，B项错误；地球同步卫星和近地卫星有相同的中心天体，根据GMmr2=mv2r=m4π2T2r，得v=GMr，T=2πr3GM，由于r同>r近，故v同<v近，T同>T近，D项错误；赤道上的物体、近地卫星、地球同步卫星三者间的周期关系为T赤=T同>T近，根据v=ωr可知v赤<v同，则线速度大小关系为v4.AC[“风云四号”卫星为静止卫星，定点在地球赤道上空某处，所有的静止卫星距地面的高度相同，所以所有国家的静止卫星都应该在同一轨道上运行，A正确，B错误；近地卫星的绕行速度为第一宇宙速度(7.9km/s)，根据“高轨低速”可知，“风云四号”运行速度小于第一宇宙速度(7.9km/s)，C正确；静止卫星绕地球一周为1天，月球绕地球一周为27.3天，所以绕地球运行的周期比月球绕地球的周期小，D错误。]5.D[第一宇宙速度是最大的环绕速度，则该卫星的运动速度小于第一宇宙速度，选项A错误；根据GMmr2=m4π2T2r，该卫星的运动周期与地球自转周期相同，与同步卫星的周期相同，则轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星，选项6.D[由GMmr2=mv2r可得v=GMr，卫星b的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，则卫星b的线速度大小大于同步卫星的线速度大小；同步卫星与地球自转角速度相同，半径大于地球半径，同步卫星线速度大小大于a的线速度大小，则卫星b线速度大小大于a的线速度大小，故B错误；卫星b线速度大小大于a的线速度大小，半径近似相等，由ω=vr，可知卫星b的角速度大于a的角速度，由an=v2r可知卫星b的向心加速度大小大于a的向心加速度大小，故A、C错误；a与b质量相同，半径近似相等，由F=7.D[b为在地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，根据万有引力提供向心力有GMmR2=mv2R，解得v=GMR，又GMmR2=mg，可得v=gR，与第一宇宙速度大小相同，即v=7.9km/s，故A错误；地球赤道上的物体与静止卫星具有相同的角速度，所以ωa=ωc，根据a=rω2知，c的向心加速度大于a的向心加速度，根据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错误；卫星c为地球静止卫星，所以Ta=Tc，根据T=2πr3GM得c的周期大于b的周期，即Ta=Tc>Tb，故C错误；在b、c8.C[由v1=ω1r，v2=ω2R，ω1=ω2可知v1v2=rR，C正确，D错误；对于同步卫星和地球赤道上的物体，其共同特点是角速度相等，即ω1ω2=1，故A错误；根据an=ω2r，有9.A[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GMmr2=m2πT2r，可得T=2πr3GM，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=GMr2，v=GMr及ω=10.B[设地球质量为M，质量为m的卫星绕地球做半径为r、线速度为v、周期为T的匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力有GMmr2=mv2r=m解得v=GMr②T=2πrrGM③根据②式可知vb>vc>vd，a和c的周期相同，所以角速度相同，根据v=ωr可知vc>va，所以四颗地球卫星中b的线速度最大，故B正确；根据前面分析可知vb>va，由于b是近地轨道卫星，轨道半径可视为地球半径，所以其向心加速度等于重力加速度g，再根据a=v2r可知a的向心加速度小于g，故c的周期为2