高考物理精品【一轮复习】讲义练习资料合集 (19)

这是一份高考物理精品【一轮复习】讲义练习资料合集 (19)，共8页。
[学习目标] 1.掌握地球同步卫星的特点.2.知道“赤道上的物体”“同步卫星”“近地卫星”的区别与联系．
一、地球同步卫星
导学探究
地球上空分布着许多的同步卫星，在地面上的人看来，始终静止不动．请思考：
(1)这些同步卫星是否就真的静止不动呢？
(2)这些同步卫星有什么共同的特点呢？
答案 (1)这些同步卫星都在绕地心做匀速圆周运动，其周期等于地球自转的周期，故卫星相对于地球静止．
(2)这些卫星都在赤道上空(轨道平面与赤道平面重合)，周期一定、高度一定、线速度大小和角速度大小一定．
知识深化
同步卫星的特点
(1)定周期：所有同步卫星周期均为T＝24 h.
(2)定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东．
(3)定高度：由Geq \f(mm地,R＋h2)＝meq \f(4π2,T2)(R＋h)可得，同步卫星离地面高度为h＝eq \r(3,\f(Gm地T2,4π2))－R≈ 3.58×104 km≈6R.
(4)定速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此线速度大小、角速度均不变．
(5)定加速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加速度大小不变．
例1 关于地球同步卫星，下列说法正确的是( )
A．它只能分布在赤道上空一定高度处
B．已知它的质量是1.42 t，若将它的质量增为2.84 t，其同步轨道半径变为原来的2倍
C．它可以绕过北京的正上方，所以我国可以利用它进行电视转播
D．它运行的速度是7.9 km/s
答案 A
解析 同步卫星是运行在地球同步轨道上的人造卫星，距离地面的高度约为36 000 km，卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上的圆形轨道，由于北京不在赤道上，所以它不可以绕过北京的正上方，故A正确，C错误；由Geq \f(Mm,r2)＝m(eq \f(2π,T))2r 可知，卫星质量不影响运动的轨道半径，故B错误；由Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)知，卫星轨道半径大于地球的半径，所以运动的速度小于第一宇宙速度7.9 km/s，故D错误．
针对训练1 (多选)下列关于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．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114 min，它的高度比同步卫星低
D．同步通信卫星可以定点在上海的正上方
答案 AC
二、同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较
导学探究
1．同步卫星和赤道上物体有什么相同点和不同点？
答案 相同点：周期和角速度相同
不同点：向心力来源不同
对于同步卫星，万有引力全部提供向心力，有eq \f(GMm,r2)＝man＝mω2r
对于赤道上物体，万有引力的一个分力提供向心力，有eq \f(GMm,r2)＝mg＋mω2r，
因此要通过v＝ωr，an＝ω2r比较两者的线速度和向心加速度的大小．
2．同步卫星和近地卫星有什么相同点和不同点？
答案 相同点：都是万有引力提供向心力
即都满足eq \f(GMm,r2)＝meq \f(v2,r)＝mω2r＝meq \f(4π2,T2)r＝man.
不同点：轨道半径不同．近地卫星的轨道半径约等于地球的半径，同步卫星的轨道半径约等于地球半径的7倍．
3．若已知地球半径为R，同步卫星离地高度为h，同步卫星的线速度大小为v1、向心加速度大小为a1，地球赤道上物体的线速度大小为v2，向心加速度大小为a2，近地卫星的线速度大小为v3，向心加速度大小为a3.
(1)求v1与v2及a1与a2的比值．
(2)求v1与v3及a1与a3的比值．
答案 (1)v1∶v2＝eq \f(R＋h,R)
a1∶a2＝eq \f(R＋h,R)
(2)v1∶v3＝eq \r(\f(R,R＋h))，a1∶a3＝eq \f(R2,R＋h2)
例2 如图所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星．三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为ωA、ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则( )
A．ωA＝ωCaA，
对同步卫星和近地卫星，根据eq \f(GMm,r2)＝meq \f(v2,r)＝mω2r＝meq \f(4π2,T2)r＝man，知vB>vC，ωB>ωC，TBaC.
故可知vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TBaC>aA.选项A正确，B、C、D错误．
针对训练2 (多选)同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，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，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.eq \f(a1,a2)＝eq \f(r,R) B.eq \f(a1,a2)＝(eq \f(R,r))2 C.eq \f(v1,v2)＝eq \f(r,R) D.eq \f(v1,v2)＝eq \r(\f(R,r))
答案 AD
解析 以第一宇宙速度运行的卫星为近地卫星．
对于卫星，其共同特点是万有引力提供向心力，
则Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)，故 eq \f(v1,v2)＝eq \r(\f(R,r)).
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，根据an＝ω2r，有eq \f(a1,a2)＝eq \f(r,R).故选A、D.
1.(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
答案 A
解析 根据万有引力提供向心力有Geq \f(Mm,r2)＝m(eq \f(2π,T))2r＝meq \f(v2,r)＝mω2r＝ma，可知T＝2πeq \r(\f(r3,GM))、v＝eq \r(\f(GM,r))、ω＝eq \r(\f(GM,r3))、a＝eq \f(GM,r2)，因为地球静止轨道卫星的轨道半径大于近地轨道卫星的轨道半径，所以地球静止轨道卫星的周期大、线速度小、角速度小、向心加速度小，故选A.
2．2022年1月，西安卫星测控中心圆满完成52颗在轨运行的北斗导航卫星健康状态评估工作．“体检”结果显示，所有北斗导航卫星的关键技术指标均满足正常提供各类服务的要求．北斗导航系统的同步通信卫星绕地心做匀速圆周运动，转动周期和地球的自转周期相等，下列说法正确的是( )
A．同步通信卫星可以位于北京上空
B．发射同步通信卫星时，发射速度一定小于第一宇宙速度
C．同步通信卫星的在轨运行速度大于第一宇宙速度
D．同步通信卫星的向心加速度小于近地卫星的向心加速度
答案 D
解析 同步通信卫星的轨道只能在赤道上空，故A错误；发射同步通信卫星时，发射速度一定大于第一宇宙速度(最小发射速度)，故B错误；同步通信卫星受到的万有引力提供向心力，得Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)，v＝eq \r(\f(GM,r))，同步通信卫星轨道半径大于地球的半径，所以同步通信卫星的速度一定小于绕地球表面运动的卫星的速度，即小于第一宇宙速度，故C错误；根据Geq \f(Mm,r2)＝ma，a＝eq \f(GM,r2)，同步通信卫星的向心加速度小于近地卫星的向心加速度，故D正确．
3．(多选)关于近地卫星、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．赤道上的物体和同步卫星的周期、线速度大小、角速度大小都相等
C．赤道上的物体和近地卫星的线速度大小、周期不同
D．同步卫星的周期大于近地卫星的周期
答案 CD
解析 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；同步卫星和近地卫星有相同的中心天体，根据eq \f(GMm,r2)＝meq \f(v2,r)＝meq \f(4π2,T2)r得v＝eq \r(\f(GM,r))，T＝2πeq \r(\f(r3,GM))，由于r同>r近，故v同T近，D项正确；赤道上的物体、近地卫星、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