高考物理 3年高考2年模拟1年原创 专题5.7 同步卫星(含解析)

专题5.7 同步卫星【考纲解读与考频分析】同步卫星是指围绕地球运动周期等于地球自转周期的卫星。

高考对同步卫星的考查频率较高。

【高频考点定位】：考点一：同步卫星 【3年真题链接】1．（2019海南物理·4）.2019年5月，我国第45颗北斗卫星发射成功。

已知该卫星轨道距地面的高度约为36000km ，是“天宫二号”空间实验室轨道高度的90倍左右，则（ ） A. 该卫星的速率比“天宫二号”的大 B. 该卫星的周期比“天宫二号”的大 C. 该卫星的角速度比“天宫二号”的大 D. 该卫星的向心加速度比“天宫二号”的大 【参考答案】B【名师解析】由G 2Mm r =m 2v r ，解得GMr ，由此可知第45颗北斗卫星的速率比“天宫二号”的小，选项A 错误；由G 2Mm r =mr （2T ）2，解得3r GM，由此可知第45颗北斗卫星的周期比“天宫二号”的大，选项B 正确；由G2Mm r =mω2r ，解得3GM r ，由此可知第45颗北斗卫星的角速度比“天宫二号”的小，选项C 错误；由G 2Mm r =ma ，解得a=2GMr，由此可知第45颗北斗卫星的加速度比“天宫二号”的小，选项D 错误。

2.（2019年4月浙江选考）某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星（即卫星相对于地面静止）。

则此卫星的A. 线速度大于第一宇宙速度B. 周期小于同步卫星的周期C. 角速度大于月球绕地球运行的角速度D. 向心加速度大于地面的重力加速度 【参考答案】C【名师解析】第一宇宙速度是所有绕地球运行的卫星的最大速度，则此卫星的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；卫星属于地球静止轨道卫星，即为地球的同步卫星，选项B错误；根据可知，因此卫星做圆周运动的半径远小于月球绕地球做圆周运动的半径，可知角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项C正确；根据可知，向心加速度小于地面的重力加速度，选项D错误；故选C.3．（2019高考北京理综卷18）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。

该卫星（）A．入轨后可以位于北京正上方 B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C．发射速度大于第二宇宙速度 D．若发射到近地圆轨道所需能量较少【参考答案】D【名师解析】由同步卫星的特点和卫星发射到越高的轨道所需的能量越大解答。

由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定小于第二宇宙速度，故C错误；将卫星发射到越高的轨道克服引力所作的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能量较小，故D正确。

4.（2016高考全国理综乙）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间保持无线电通讯，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的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（）A.1hB.4hC.8hD.16h【参考答案】.B【名师解析】设地球半径为R，画出仅用三颗同步卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信的同步卫星最小轨道半径示意图，如图所示。

由图中几何关系可得，同步卫星的轨道半径r=2R。

设地球自转周期的最小值为T，则由开普勒定律可得，()()336.62RR=2224T，解得:T=4h,选项B正确。

【2年模拟再现】1.(2019·银川市高三联考)我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日1点40分成功发射。

量子卫星成功运行后，我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

假设量子卫星轨道在赤道平面，如图所示。

已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m 倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n 倍，图中P 点是地球赤道上一点，由此可知( )A.同步卫星与量子卫星的运行周期之比为n 3m 3B.同步卫星与P 点的速度之比为1nC.量子卫星与同步卫星的速度之比为nmD.量子卫星与P 点的速度之比为n 3m【名师解析】 由开普勒第三定律R 3同R 3量＝T 2同T 2量可知，T 2同T 2量＝n 3m 3，可知同步卫星与量子卫星的运行周期之比为n 3m 3，选项A 错误；由于同步卫星的周期与地球自转周期相同，由v ＝ωr ＝2πT r 可得同步卫星与P 点的速度之比为v 同∶v P ＝n ∶1，选项B 错误；由G Mm r 2＝m v 2r 解得v ＝GM r ，量子卫星与同步卫星的速度之比为v 量v 同＝R 同R 量＝n m ，选项C 错误；量子卫星与P 点的速度之比为v 量v P ＝v 量v 同·v 同v P＝n 3m，选项D 正确。

【参考答案】D2.（2019浙江十校联盟模拟）地球同步卫星A 和另一卫星B 处在同一轨道平面内，其轨道半径之比为4：1，两卫星绕地球的公转方向相同，则下列关于A 、B 两颗卫星的说法正确的是（ ） A ．A 、B 两颗卫星所受地球引力之比为1：16B ．B 卫星的角速度小于地面上跟随地球自转的物体的角速度C ．用弹簧秤称量同一物体，弹簧秤示数在B 卫星中时更大D ．B 卫星的公转周期为3h【参考答案】.D【命题意图】 本题考查万有引力定律、牛顿运动定律、卫星的运动及其相关的知识点。

【解题思路】根据题述A 、B 两颗卫星的轨道半径之比为4∶1，可知两卫星距离地心的距离之比为r A ∶r B =4∶1，由万有引力定律F=G2Mm r可知，A 、B两颗卫星所受地球引力之比为F A ∶F B = m A r B 2∶m B r A 2= m A ∶16mB ，由于题述没有给出A 、B 两颗卫星的质量关系，所以A 、B 两颗卫星所受地球引力之比不是1∶16，选项A 错误；由G2Mm r=mrω2，解得卫星绕地球运动的角速度ω=3GM r ，由于卫星B 的轨道半径小于同步卫星A ，所以B 卫星的角速度大于同步卫星A 的角速度，而同步卫星A 的角速度等于地面上跟随地球自转的物体的角速度，所以B 卫星的角速度大于地面上跟随地球自转的物体的角速度，选项C 错误；同步卫星A 绕地球运动的公转周期T A =24h ，根据开普勒定律，33A B r r =22A BT T ，解得T B =33B A r r T A =3314×24h =18×24h=3h，选项D 正确。

【方法归纳】对于卫星的运动，一般利用万有引力提供向心力，根据题述情景，采用合适的向心力公式列方程解答。

预测考点一：同步卫星 【2年模拟再现】1．（2019江西南昌三模）轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星被称为极地轨道卫星，它运行时能到达南北极区的上空，需要在全球范围内进行观测和应用的气象卫星、导航卫星等都采用这种轨道。

如图，若某颗极地轨道卫星从北纬45°的正上方按图示方向首次运行到南纬45°的正上方用时45分钟，则（ ）A ．该卫星运行速度一定小于7.9km/sB ．该卫星绕地球运行的周期与同步卫星的周期之比为1：4C ．该卫星轨道半径与同步卫星轨道半径之比为1：4D ．该卫星加速度与同步卫星加速度之比为2：1 【参考答案】AC【命题意图】本题以极地轨道卫星为情景，考查万有引力定律和牛顿运动定律、卫星的运动及其相关知识点。

【解题思路】第一宇宙速度是卫星做圆周运动的最大环绕速度，是围绕地球表面（轨道半径等于地球半径）运行卫星的速度，而极地轨道卫星距离地面有一定高度，轨道半径一定大于地球半径，所以卫星的运行速度一定小于7.9km/s ，选项A 正确；极地轨道卫星从北纬45°的正上方按图示方向首次运行到南纬45°的正上方用时45分钟，可知极地卫星的周期T ＝4×45min＝180min ＝3h ，而同步卫星的周期为24h ，则该卫星与同步卫星的周期之比为1：8，选项B 错误；根据万有引力提供向心力，可得G2Mm r =mr （2T）2，解得r 3/T 2=GM/4π2，该卫星轨道半径的三次方与同步卫星轨道半径三次方之比为33r r 同=22T T 同=1∶64，该卫星轨道半径与同步卫星轨道半径之比为r r 同=1：4，选项C 正确；由G 2Mmr=ma 可得该卫星加速度与同步卫星加速度之比为a a 同=22r r同=16：1，选项D 错误。

【方法归纳】对于卫星的运动，由万有引力提供向心力，选择合适的向心加速度公式解答。

2．（6分）（2019广西桂林、崇左二模）广西壮族自治区处在北纬20°54’～26°24’之间，某极地卫星通过广西最北端与最南端正上方所经历的时间为t ，查阅到万有引力常量G 及地球质量M ，卫星的轨道视为圆形，忽略地球自转，卫星的运动视为匀速圆周运动，根据以上信息可以求出（ ） A ．该卫星周期 B ．该卫星受到的向心力 C ．该卫星的线速度大小 D ．地球的密度【参考答案】AC【命题意图】本题考查万有引力定律、卫星的运动及其相关知识点。

【解题思路】广西壮族自治区处在北纬20°54’～26°24’之间，某极地卫星通过广西最北端与最南端正上方所经历的时间为t ，已知转过对应角度的时间，则可以求得运动一周的时间即卫星的周期T ，选项A 正确；因为不知道该卫星的质量，故无法求得卫星受到的向心力大小，故B 错误；据万有引力提供圆周运动向心力，已知地球质量M 和周期T 及常量G ，可以求得卫星的轨道半径r ，据v ＝可以求得卫星的线速度大小，选项C 正确；因为不知道卫星距地面的高度，故无法求得地球的半径R ，所以无法得到地球的密度，选项D 错误。

3.(2018·汕头模拟)如图所示，圆a 和椭圆b 是位于地球赤道平面上的卫星轨道，其中圆a 是地球同步轨道。

现在有A 、B 两颗卫星分别在a 、b 轨道上运行，但运行方向与地球自转方向相反，已知A 、B 的运行周期分别为T 1、T 2，地球自转周期为T 0，P 为轨道b 的近地点。

则下列说法正确的是( )A ．卫星A 是地球同步卫星B ．卫星B 在P 点时动能最大C ．T 0＝T 1D ．T 1<T 2 【参考答案】BC【名师解析】 圆a 是地球同步轨道，但卫星A 的运行方向与地球自转方向相反，所以不是地球同步卫星，A 项错误；卫星B 在椭圆轨道上，在近地点P 时速度最大，动能最大，B 项正确；根据万有引力提供向心力，可得G Mm r 2＝m 4π2T2r ，得出周期T ＝4π2r3GM，可知因卫星A 与地球同步卫星距离地面高度相等，所以周期相同，C 项正确；根据开普勒第三定律a 3T2＝k (常数)，卫星A 的轨道半径大于卫星B 的轨道半长轴，所以T 1>T 2，D 项错误。