高考物理一轮复习单元综合训练专题29 不同轨道卫星参量、同步静止卫星、“三体”运动比较（2份，原卷版+解析版）

这是一份高考物理一轮复习单元综合训练专题29 不同轨道卫星参量、同步静止卫星、“三体”运动比较（2份，原卷版+解析版），文件包含高考物理一轮复习单元综合训练专题29不同轨道卫星参量同步静止卫星“三体”运动比较原卷版docx、高考物理一轮复习单元综合训练专题29不同轨道卫星参量同步静止卫星“三体”运动比较解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共28页， 欢迎下载使用。
不同轨道卫星参量
1.不同轨道人造卫星的加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系
Geq \f(Mm,r2)＝eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(ma→a＝\f(GM,r2),m\f(v2,r)→v＝ \r(\f(GM,r)),mω2r→ω＝ \r(\f(GM,r3)),m\f(4π2,T2)r→T＝ \r(\f(4π2r3,GM))))eq \a\vs4\al(越,高,越,慢)
2.宇宙速度
（1）第一宇宙速度的推导
方法一：由Geq \f(Mm,R2)＝meq \f(v12,R)得v1＝ eq \r(\f(GM,R))
方法二：由mg＝meq \f(v12,R)得v1＝eq \r(gR)
第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，对于人造地球卫星而言，最小周期：Tmin＝2π eq \r(\f(R,g))＝5 075 s≈85 min。
（2）宇宙速度与人造地球卫星运动轨迹的关系
(1)v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动。
(2)7.9 km/s＜v发＜11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。
(3)11.2 km/s≤v发＜16.7 km/s，卫星绕太阳做椭圆运动。
(4)v发≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
【例1】北斗卫星导航系统（BDS）是联合国卫星导航委员会认定的四大商用导航系统之一。图为北斗导航系统的部分卫星绕地球做匀速圆周运动的模型简图，下面说法正确的是（ ）

A．a、b两颗卫星运行的周期不相等
B．a、c两颗卫星运行的速率不同，但都大于7.9km/s
C．b、c两颗卫星运行的向心加速度大小相同
D．考虑稀薄大气阻力，若卫星没有进行能量补充，其机械能会变小
【例2】2021年5月，我国天问一号着陆器顺利降落在火星乌托邦平原，实现了我国首次火星环绕、着陆、巡视探测三大目标，一次性实现这三大目标在人类历史上也是首次。已知火星与太阳的距离是地球与太阳距离的1.5倍，火星半径是地球半径的，火星质量是地球质量的，火星与地球均视为质量均匀的球体，它们的公转轨道近似为圆轨道，下列说法正确的是（ ）
A．天问一号的发射速度小于地球的第二宇宙速度
B．天问一号着陆器在火星上受到的重力约为在地球上受到重力的
C．火星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的
D．火星公转的加速度约为地球公转加速度的
同步静止卫星
同步静止卫星的6个“一定”
【例3】我国北斗卫星导航系统第41颗和第49颗卫星已完成在轨测试、入网评估等工作，并正式入网工作。第41颗卫星为地球同步轨道卫星，第49颗卫星为倾斜地球同步轨道卫星，它们的轨道半径约为，运行周期都等于地球的自转周期24h。倾斜地球同步轨道平面与地球赤道平面成一定夹角，如图所示。已知万有引力常量，下列说法中正确的是（ ）
A．同步轨道卫星可能经过北京上空
B．根据题目数据可估算出地球的质量
C．倾斜地球同步轨道卫星的运行速度大于第一宇宙速度
D．倾斜地球同步轨道卫星一天经过赤道上同一位置一次
“三体”运动比较
1.如图所示，a为近地卫星，半径为r1；b为地球同步卫星，半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，半径为r3。
2.各运行参量比较的两条思路
(1)绕地球运行的不同高度的卫星各运行参量大小的比较，可应用：eq \f(GMm,r2)＝meq \f(v2,r)＝mω2r＝meq \f(4π2,T2)·r＝ma，选取适当的关系式进行比较。
(2)赤道上的物体的运行参量与其他卫星运行参量大小的比较，可先将赤道上的物体与同步卫星的运行参量进行比较，再结合(1)中结果得出最终结论。
【例4】如图所示，极地卫星是轨道平面与赤道面夹角为的人造地球卫星，常用来地球资源探测、气象、导航等应用。某极地卫星做匀速圆周运动，其轨道距地面的高度为。已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，该极地卫星运行的高度小于同步卫星的高度，万有引力常量为G，关于该极地卫星下列说法正确的是（ ）
A．极地卫星的周期为
B．地球自转的角速度为
C．极地卫星的向心加速度大小大于赤道上物体随地球自转的向心加速度大小
D．极地卫星的向心加速度大小小于赤道上物体随地球自转的向心加速度大小
【综合提升专练】
1．现有一航天器A，通过一根金属长绳在其正下方系一颗绳系卫星B，一起在赤道平面内绕地球做自西向东的匀速圆周运动。航天器A、绳系卫星B以及地心始终在同一条直线上。不考虑稀薄的空气阻力，不考虑绳系卫星与航天器之间的万有引力，金属长绳的质量不计，下列说法正确的是（ ）

A．正常运行时，金属长绳中拉力为零
B．绳系卫星B的线速度大于航天器A的线速度
C．由于存在地磁场，金属长绳上绳系卫星A端电势高于航天器B端电势
D．若在绳系卫星B的轨道上存在另一颗独立卫星C，其角速度小于绳系卫星B的角速度
2．如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地图上容易测得地球—水星连线与地球—太阳连线夹角α，地球—金星连线与地球—太阳连线夹角β，两角最大值分别为αm、βm，则（ ）

A．水星的公转周期比金星的大
B．水星的公转向心加速度比金星的小
C．水星与金星的公转轨道半径之比为sinαm:sinβm
D．水星与金星的公转线速度之比为
3．2021年10月14日，我国成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，实现我国太阳探测零的突破，这标志着我国正式步入“探日”时代。“羲和号”卫星运行轨道离地高度，该轨道是经过地球南北极上空且圆心在地心的圆周。已知地球半径，地球同步卫星离地高度，下列说法正确的是（ ）
A．相同时间内，“羲和号”卫星与地心连线扫过的面积大于同步卫星与地心连线扫过的面积
B．“羲和号”卫星绕地球做匀速圆周运动的周期小于同步卫星的周期
C．“羲和号”卫星绕地球做匀速圆周运动的加速度小于同步卫星的加速度
D．“羲和号”卫星的线速度与地球同步卫星的线速度大小之比等于
4．北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，现有55颗卫星组成。如图所示，P是纬度为的地球表面上一点，人造地球卫星A、B均做匀速圆周运动，卫星B为地球赤道同步卫星。若某时刻P、A、B与地心O在同一平面内，其中O、P、A在一条直线上，且，下列说法正确的是（ ）
A．P点向心加速度大于卫星A的向心加速度
B．卫星A、B与P点均绕地心做匀速圆周运动
C．卫星A、B的线速度之比为
D．卫星A、B的周期之比为
5．“天宫一号”距离地球约340公里。而“天宫二号”距离地球约390公里，已知地球半径，地球表面重力加速度。根据以上数据可知（ ）
A．“天宫二号”的线速度大于第一宇宙速度
B．“天宫二号”的受到的地球引力小于天宫一号受到的地球引力
C．“天宫二号”的向心加速度与地球表面的重力加速度之比为
D．“天宫二号”的周期约为90分钟
6．2021年12月9日，“天宫课堂”第一课开课，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行太空授课。此次太空授课活动进行了全程现场直播，在中国科技馆设地面主课堂，在广西南宁、四川汶川、香港、澳门分设4个地面分课堂，共1420名中小学生代表参加现场活动。在“天宫课堂”上，王亚平提到：在太空，我们一天能看到16次日出。据王亚平所述，下列说法不正确的是（ ）
A．“神舟十三”号飞船的周期比地球同步卫星的周期小
B．“神舟十三”号飞船的角速度比地球同步卫星的角速度大
C．“神舟十三”号飞船的线速度比地球同步卫星的线速度小
D．“神舟十三”号飞船的向心加速度比地球同步卫星的向心加速度大
7．2022年10月25日，中国综合性太阳探测卫星“夸父一号”幸运地拍到了日偏食，该卫星轨道为近极地太阳同步晨昏轨道，可视为圆轨道，轨道高度小于地球同步卫星轨道高度。如图所示，a为“夸父一号”，b为地球同步卫星，c为赤道上随地球一起转动的物体。地球自转周期为T，地球半径为R，赤道上重力加速度为g，引力常量为G，则（ ）
A．地球的质量为
B．a、b、c的线速度大小关系为
C．a、b、c的周期大小关系为
D．地球同步卫星距地面高度为
8．习近平总书记指出：“发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”如图所示，a是静止在地球赤道上的物体。b是在地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星。c是地球同步卫星，已知地球表面的重力加速度为g，下列关于a、b、c的说法正确的是（ ）

A．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度最大的是c
B．a、b、c做匀速圆周运动的速率最大的是a
C．b做匀速圆周运动的加速度等于g
D．a、b、c做匀速圆周运动的周期最小的是a
9．2021年10月14日，我国成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，实现我国太阳探测零的突破，这标志着我国正式步入“探日”时代。“羲和号”卫星的轨道是经过地球南北极上空且圆心在地心的圆周，离地高度约为地球半径的。已知地球同步卫星运行轨道离地高度约为地球半径的6倍。则下列说法正确的是（ ）
A．“羲和号”卫星的发射速度大于11.2km/s
B．“羲和号”卫星的轨道平面可能与地球同步卫星的轨道平面重合
C．“羲和号”的运行速率约为地球同步轨道卫星运行速率的倍
D．“羲和号”的运行周期约为地球同步轨道卫星运行周期的倍
10．北京时间2021年5月15日，在经历“黑色九分钟”后，中国首辆火星车“祝融号”与着陆器成功登陆火星，这也意味着“天问一号”火星探测器已经实现了“绕”和“落”两项目标。火星可以看成半径为R，质量分布均匀，不断自转的球体。“天问一号”在火星赤道表面附近做匀速圆周运动一周时间为T。“祝融号”与着陆器总质量为m，假如登陆后运动到火星赤道，静止时对水平地面压力大小为F，引力常量为G，下列说法正确的是（ ）
A．火星自转角速度大小为
B．火星自转角速度大小为
C．火星的质量为
D．“天问一号”在火星赤道表面附近做匀速圆周运动的加速度小于火星赤道上物体随火星自转的加速度
11．科幻电影中常用强度很高的碳纳米材料制作“太空天梯”的缆绳，如图是太空天梯的结构示意图，平衡锤、空间站、地面基站间均通过碳纳米缆绳垂直连接，且相对地面静止。运载舱可沿缆绳上下运动，将人和货物运送至空间站。下列说法正确的是（ ）

A．地面基站可以建设在青岛
B．若空间站和平衡锤间的缆绳断开，平衡锤将做离心运动
C．平衡锤的轨道高度小于地球同步卫星的轨道高度
D．若运载舱停在距离地面高度等于地球半径处，缆绳给运载舱的拉力向上
12．中国空间站于2022年全面建成并转入应用与发展新阶段，计划于2023年5月发射天舟六号货运飞船，飞船将对接“天和”核心舱，对接完成后，可认为空间站贴近地球表面运行，已知地球的半径为R，地球同步卫星离地面的高度约为，地面的重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．空间站的速度大于B．空间站的周期约为
C．地球的自转周期约为D．空间站与地球同步卫星的线速度之比约为
13．相关科研发现，近年地球的自转速率呈现加快趋势。这样的极细微差别，尽管在人们的日常生活中无从体现，但却会在通讯、电力、导航等领域产生重要影响。由于地球自转加快引起的影响，下列描述正确的是（ ）
A．地球同步卫星的高度要略调高一些
B．地球的第一宇宙速度不变
C．在深圳的物体重力减小，方向不变
D．在长沙的物体重力减小，方向改变
14．12月4日，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，三名宇航员安全返回，我国的空间站仍在距地面的轨道飞行。我国的空间站与同步卫星相比较，下列说法正确的是（ ）
A．空间站的运行周期大于同步卫星的周期
B．空间站的速度大于同步卫星的速度
C．空间站的加速度大于同步卫星的加速度
D．空间站所受地球引力小于同步卫星所受地球引力
15．有a、b、c、d四颗地球卫星，卫星a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，卫星b处于地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．a的向心加速度小于重力加速度g
B．b在相同时间内转过的弧长最长
C．c在4 h内转过的圆心角是
D．d的运动周期有可能是23 h
导练目标
导练内容
目标1
不同轨道卫星参量
目标2
同步静止卫星
目标3
“三体”运动比较
近地卫星
(r1、ω1、v1、a1)
同步卫星
(r2、ω2、v2、a2)
赤道上随地球自转的物体
(r3、ω3、v3、a3)
向心力
万有引力
万有引力
万有引力的一个分力
轨道半径
r2>r3＝r1
角速度
由Geq \f(Mm,r2)＝mω2r得ω＝eq \r(\f(GM,r3))，故ω1>ω2
同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3
ω1>ω2＝ω3
线速度
由Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)得v＝ eq \r(\f(GM,r))，故v1>v2
由v＝rω得v2>v3
v1>v2>v3
向心加
速度
由Geq \f(Mm,r2)＝ma得a＝eq \f(GM,r2)，故a1>a2
由a＝ω2r得a2>a3
a1>a2>a3