1、第三节飞向太空一、选择题考点一人造卫星同步卫星1由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的()A. 质量可以不同 B. 轨道半径可以不同C. 轨道平面可以不同 D. 速率可以不同答案A解析万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，m()2rm，解得周期T2，环绕速度v，可见周期相同的情况下轨道半径必然相同，B错误轨道半径相同必然环绕速度相同，D错误同步卫星相对于地面静止在赤道上空，所有的同步卫星轨道运行在赤道上空同一个圆轨道上，C错误同步卫星的质量可以不同，A正确2.中国计划2020年左右建成覆盖全球的北斗卫星导航系统如图1所示，北斗卫星导航系统由5颗静止轨道卫星、27颗
2、中地球轨道卫星(离地面高度约21 000 km)及其他轨道卫星共35颗组成则()图1A静止轨道卫星指相对地表静止，其可定位在北京正上空B中地球轨道卫星比同步卫星速度更快C中地球轨道卫星周期大于24小时D静止轨道卫星的发射速度小于第一宇宙速度答案B解析静止轨道卫星即同步卫星，其离地面高度约36 000 km，周期为24 h，它的轨道半径比中地球轨道卫星的大，故静止轨道卫星的线速度比中地球轨道卫星小，周期比中地球轨道卫星大，B正确，C错误静止轨道卫星只能定位在赤道上空，A错误第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，D错误【考点】同步卫星规律的理解和应用【题点】同步卫星规律的理解和应用3如图2所示是小明同
3、学画的人造地球卫星轨道的示意图，则卫星()图2A在a轨道运行的周期一定为24 hB在b轨道运行的速度始终不变C在c轨道运行的速度大小始终不变D在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的答案D4我国在轨运行的气象卫星有两类，如图3所示，一类是极地轨道卫星“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h，另一类是地球同步轨道卫星“风云2号”，运行周期为24 h下列说法正确的是()图3A“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度B“风云2号”的运行速度大于7.9 km/sC“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度D“风云1号”“风云2号”相对地面均静止答案A解析由k知，“风云2号”的轨道半
4、径大于“风云1号”的轨道半径，由Gm得v，r越大，v越小，所以A正确第一宇宙速度7.9 km/s是最大的环绕速度，B错误把卫星发射得越远，所需发射速度越大，C错误只有同步卫星相对地面静止，所以D错误【考点】同步卫星规律的理解和应用【题点】同步卫星规律的理解和应用5.如图4，若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心O的距离分别为r1、r2，线速度大小分别为v1、v2，则()图4A.B.C.()2D.()2答案A解析由题意知，两颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据Gm，得v，所以，故A正确，B、C、D错误6利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之
5、间保持无线电通讯目前地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为()A1 h B4 hC8 h D16 h答案B解析万有引力提供向心力，对同步卫星有：mr，整理得GM当r6.6R地时，T24 h若地球的自转周期变小，轨道半径最小为2R地三颗同步卫星如图所示分布则有解得T4 h，选项B正确【考点】同步卫星规律的理解和应用【题点】同步卫星规律的理解与应用考点二赤道上物体、同步卫星、近地卫星的比较7.如图5所示，地球赤道上的山丘e、近地卫星p和同步卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设e、p、q的线速度大小分别
6、为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则()图5Av1v2v3 Bv1v2v3Ca1a2a3 Da1a3a2答案D解析卫星的线速度大小v，可见卫星距离地心越远，r越大，则线速度越小，所以v3v2.q是同步卫星，其角速度与地球自转角速度相同，所以其线速度v3r3v1r1，选项A、B均错误由Gma，得a，同步卫星q的轨道半径大于近地卫星p的轨道半径，可知向心加速度a3a2.由于同步卫星q的角速度与地球自转的角速度相同，即与地球赤道上的山丘e的角速度相同，但q的轨道半径大于e的轨道半径，根据a2r可知a1a3.根据以上分析可知，选项C错误，D正确【考点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫
7、星运动规律对比【题点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫星运动规律对比8设地球半径为R，a为静止在地球赤道上的一个物体，b为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为r.下列说法中正确的是()Aa与c的线速度大小之比为Ba与c的线速度大小之比为Cb与c的周期之比为Db与c的周期之比为答案D解析物体a与同步卫星c角速度相等，由vr可得，二者线速度大小之比为，选项A、B均错误；而b、c均为卫星，由T2 可得，二者周期之比为，选项C错误，D正确【考点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫星运动规律对比【题点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫星运动规律对比二、非选择题9(卫星周期
8、的计算)据报道：某国发射了一颗质量为100 kg、周期为1 h的人造环月卫星，一位同学记不住引力常数G的数值，且手边没有可查找的资料，但他记得月球半径为地球半径的，月球表面重力加速度为地球表面重力加速度的，经过推理，他认定该报道是一则假新闻，试写出他的论证方案(地球半径约为6.4103 km，g地取9.8 m/s2)答案见解析解析对环月卫星，根据万有引力定律和牛顿第二定律得mr，解得T2 则rR月时，T有最小值，又g月故Tmin2 22 代入数据解得Tmin1.73 h环月卫星最小周期为1.73 h，故该报道是则假新闻【考点】人造卫星各物理量与半径的关系【题点】人造卫星各物理量与半径的关系10
9、(同步卫星运动参量的计算)已知地球的半径是 6.4106 m，地球的自转周期是 24 h，地球的质量是5.981024 kg，引力常数G6.671011 Nm2/kg2，若要发射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的轨道半径r；(2)地球同步卫星的环绕速度v的大小，并与第一宇宙速度比较大小关系答案(1)4.2107 m(2)3.1103 m/s小于第一宇宙速度解析(1)根据万有引力提供向心力得；m2r，则r m4.2107 m.(2)根据m得：v m/s3.1103 m/s3.1 km/s7.9 km/s.11(同步卫星的理解卫星追赶问题)我国正在逐步建立同步卫星与“伽利略计划”等中低轨
10、道卫星构成的卫星通信系统(1)若已知地球的平均半径为R0，自转周期为T0，地表的重力加速度为g，试求同步卫星的轨道半径r.(2)有一颗与上述同步卫星在同一轨道平面的低轨道卫星，自西向东绕地球运行，其运行半径为同步卫星轨道半径r的四分之一，试求该卫星至少每隔多长时间才在同一地点的正上方出现一次(计算结果只能用题中已知物理量的字母表示)答案(1)(2)解析(1)设地球的质量为M，同步卫星的质量为m，运动周期为T，因为卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，故Gmr()2同步卫星的周期为TT0而对地球表面的物体，重力近似等于万有引力，有mgG由式解得r.(2)由式可知T2r3，设低轨道卫星运行的周期为T，则，因而T，设卫星至少每隔t时间才在同一地点的正上方出现一次，根据圆周运动角速度与所转过的圆心角的关系t，得tt2，解得t，即卫星至少每隔时间才在同一地点的正上方出现一次【考点】卫星的“追赶”问题【题点】卫星的“追赶”问题