高一物理有关地球同步卫星的七个问题
20180810高中物理卫星问题知识梳理
高中物理“卫星问题”知识梳理中学物理中的“卫星问题”综合程度高、难度大，知识点又多，同学们大多不能深刻理解和运用。
为此，将高中物理“卫星问题”进行全面梳理，挑其重点总结，便于同学们系统认识全面提高。
包括：一、关于卫星的稳定运行与不稳定运行分析二．发射速度与环绕速度的关系三．关于三个宇宙速度四、卫星的轨道是如何改变的？五、卫星的轨道有哪些情形？六、关于地球同步卫星七、关于卫星的超重和失重八．关于卫星的能量问题九、卫星的能量与发射方向、发射场地址等问题（★★★★）其中第八、九两点是难点，请同学们注意。
下面具体说明。
一、关于卫星的稳定运行与不稳定运行分析参见图1，卫星的运行分为稳定运行和不稳定运行。
卫星在某个圆周轨道上的运行就是稳定运行，它的力学特征是：GMm/r2=mv 2 /r 。
卫星在椭圆阶段或在短暂的变速过程中是不稳定运行，它的力学特征是：GMm/r 2≠m v 2 /r ，如果供小于需就做离心运动，如果供大于需，就做近心运动。
下面分别详细说明对于稳定运行状态的卫星，①运动轨道是圆；②万有引力提供向心力，即GMm /r 2=mv 2/r 成立；③运行半径不变；④其它的运动物理量（如v 、ω、a 、T ）的大小也不变，即在同一轨道上，卫星的的形状、大小 、质量、用途可以有差别，但v 、ω、a 、T 这几个量是一样的。
也就是说运动物理量与运动轨道（由半径决定）是一一对应的。
对这种运动，解题的思路是：从引力（GMm/r 2）等于向心力（mv 2 /r ）出发，得到以下几个基本关系：GMm/r 2=m v 2 /r=m ω2r=m4π2r/T 2 ,及R 3 ∝T 2 。
【例1】设地球的质量为M ，半径为R 。
其卫星的质量为m ，轨道半径为r 。
求：⑴卫星绕地球运动的线速度与r 的关系。
⑵卫星绕地球运动的角速度与r 的关系。
⑶卫星绕地球运动的周 期与r 的关系。
⑷卫星绕地球运动的加速度与r 的关系。
高一物理同步卫星试题答案及解析
高一物理同步卫星试题答案及解析1.关于地球同步卫星，下列说法正确的是A．它们的质量一定是相同的B．它们的周期、高度、速度大小一定是相同的C．我国发射的地球同步卫星可以定点在北京上空D．我国发射的地球同步卫星必须定点在赤道上空【答案】BD【解析】对于同步卫星的周期都等于地球自转的周期；根据所以所有同步卫星都有固定的高度h和速度v;且同步卫星为了做到和地球“同步”只能定点到赤道的上空。
选项BD正确。
【考点】同步卫星的周期、高度、速度及轨道问题。
2.我国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（即地球的同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，下列表述正确的是A．静止轨道卫星所受地球引力方向不变B．静止轨道卫星运行速度与地球自转速度相同C．静止轨道卫星和非静止轨道卫星都处于失重状态D．提高非静止轨道卫星运行速度仍可使其在原轨道上运行【答案】C【解析】因为同步卫星绕地球做匀速圆周运动，所以其向心力时时刻刻指向地球球心，而万有引力充当向心力，故其受到的万有引力方向时时刻刻发生变化，A错误，地球同步卫星相对地球是静止的，所以同步卫星和地球自转角速度是相等的，B错误；卫星在运动过程中，万有引力即重力全部充当向心力，故卫星处于失重状态，C正确；根据公式可得，速度发生变化，则运动半径也发生变化，即非静止卫星运动轨道发生变化，D错误故选C【考点】考查了人造卫星问题点评：地球质量一定、自转速度一定，同步卫星要与地球的自转实现同步，就必须要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度．3.同步卫星相对于地面静止不动，犹如挂在空中一样，下列说法正确的是( )A．同步卫星处于平衡状态B．同步卫星的速率是唯一的C．各国的同步卫星都在同一圆周轨道上运行D．同步卫星加速度的大小是唯一的【答案】BCD【解析】同步卫星指的是与地球自转同步的卫星，角速度与地球自转角速度相同，万有引力提供向心力，选项A错误；同步卫星由于周期一定，半径、线速度、角速度、高度全部一定，故选BCD【考点】考查同步卫星点评：本题难度较小，由于同步卫星的周期一定，则线速度、角速度、周期、半径、高度、位置都一定4.关于同步卫星(它相对于地面静止不动)，下列说法中正确的是（）A．它可以定位在我们居住的城市桂林的正上空B．世界各国发射的同步卫星的高度和线速度都是相同的C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D．它运行的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间【答案】BD【解析】根据同步卫星与地球自转同步，与地面相对静止，同时卫星受到地球的万有引力提供向心力，指向圆心，万有引力指向地心，故同步卫星只能在赤道上空，故A错误；因为同步卫星要和地球自转同步，即ω相同，根据，因为ω是一定值，所以 r 也是一定值，所以它运行的轨道半径和速率是确定的值．故B正确．卫星的速度公式可知同步卫星的速度小于近地卫星的环绕速度，即小于第一宇宙速度7.9km/s，选项BD正确；选项C错误；故选BD【考点】考查同步卫星点评：本题难度较小，本题关键抓住同步卫星与地球自转同步，万有引力指向地心，还要指向轨道圆的圆心，从而确定轨道平面；同时要结合万有引力提供向心力列式分析5.同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星：A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的【答案】D【解析】了解同步卫星的含义，即同步卫星的周期必须与地球相同．物体做匀速圆周运动，它所受的合力提供向心力，也就是合力要指向轨道平面的中心．通过万有引力提供向心力，列出等式通过已知量确定未知量解：它若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的．所以同步卫星只能在赤道的正上方．因为同步卫星要和地球自转同步，即ω相同，根据，因为ω是一定值，所以 r 也是一定值，所以同步卫星离地心的距离是一定的．故D正确；故选D．【考点】同步卫星．点评：地球质量一定、自转速度一定，同步卫星要与地球的自转实现同步，就必须要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度．6.（普通班）关于地球同步通讯卫星，下列说法中正确的是（）A．它可以定点在北京上空B．各国发射的这种卫星轨道半径大小都一样C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D．它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间【答案】BC【解析】地球同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道，与赤道平面重合，故A错误；地球同步卫星距离地球的高度约为36000 km，半径一样，所以各国发射的这种卫星轨道半径都一样，故B正确；地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1千米/秒，小于7.9km/s，故C正确D错误；故选BC；【考点】本题考查了同步卫星点评：地球卫星围绕地球做匀速圆周运动，圆心是地球的地心，万有引力提供向心力，轨道的中心一定是地球的球心；同步卫星有四个“定”：定轨道、定高度、定速度、定周期．本题难度不大，属于基础题．7.已知地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，地球自转周期为T，试求地球同步卫星轨道距地面的高度。
高一高三物理-人造卫星
A．“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道Ⅰ上运 动时速度大小可能变化 B．“嫦娥三号”在距离月面高度100 km的圆轨道Ⅰ上运动 的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的圆期 C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的加速度一 定大于经过P点时的加速度 D．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的速率可能 小于经过P点时的速率
速度
C．卫星在椭圆轨道2上的近地点Q的速度一定大于7.9 km/s，
而在远地点P的速度一定小于7.9 km/s
D．卫星在椭圆轨道2上经过P点时的加速度等于它在圆轨道3
上经过P点时的加速度
作业
（多选）2015年7月25日我国采用“一箭双星”方式成功发 射了第18、19颗北斗卫星，标志着我国自行研制的北斗卫星 导航系统(CNSS)向2020年全球覆盖的建设目标迈出坚实一 步．据悉我国于2012年10月25日发射了定点于地球静止轨道 上的第十六颗北斗卫星“北斗-G6”，已经实现了北斗导航
例题
B 关于环绕地球运行的卫星，下列说法正确的是 ( )
A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有 相同的周期 B．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有 相同的速率 C．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径 有可能不同 D．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面 一定会重合
例题
有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球
一起转动，b在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，设地球自转周期为24 h，所有卫星
的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则
C 下列关于卫星的说法中正确的是 (
宇宙航行专题：人造卫星、变轨、对接问题
一、地球同步卫星在地球的周围有许许多多的卫星，其中有一种很特别的卫星，它总是相对于地球的一个固定位置保持相对静止，这种卫星就是地球同步卫星。
1、简单介绍地球同步卫星同步卫星环绕地球的周期与地球自转的周期相同；相对于地面静止，从地球上看它总在某地的正上方，因此叫做地球同步卫星。
2、同步卫星的周期和角速度与地球具有相同的周期和角速度，地球同步卫星的周期T=24h 。
提出疑问：既然是相对于地球某地保持静止，那么在太原的上空有没有地球同步卫星与我们保持相对静止、守护着我们呢？3、地球同步卫星的轨道若同步卫星始终在太原的正上方，则运行轨迹为一水平的圆圈，受力如B 所示。
在太原上方的同步卫星受到什么力的作用呢？万有引力。
根据效果分解万有引力，得到两个分力21F F 和，分力1F 充当向心力，另一分力2F 没有力与其平衡，所以卫星将在分力2F 的作用下向赤道运动，不能保持相对太原保持静止。
这与同步卫星的定义不符，所以看来同步卫星不能存在于地球任意位置上空，那它应该在哪里呢？我们发现如果某一位置2F 不存在，即万有引力完全提供向心力1F 时，是不是这个卫星就可以与地面保持相对静止了？那你能在地球上找到这一位置吗？对了，就在：赤道平面距地一定高度的轨道上。
4、地球同步卫星的轨道高度我们已经知道地球同步卫星的周期和实际的轨道，若地球质量为M ，地球半径为R ，周期为T ，能否利用这些条件计算出地球同步卫星距离地面的高度？ 解：忽略地球自转，万有引力完全充当向心力，则：()h 4m )h (m 222+=+R TR M G π R GMT-=3224h π 其中G 、M 、T 、R 都是定值那么可得出结论：同步卫星距地面的高度也是一定的。
地球同步卫星的轨道高度大约是地球半径的六倍，约为36000km 。
5、地球同步卫星速率由上面已经推出的地球同步卫星的轨道半径和周期，我们来推导地球同步卫星的速率。
速率Trv π2=，对于地球同步卫星来说，轨道半径和周期一定，那么其速率为定值。
2019年高考物理双基突破专题23同步卫星和多星精讲
专题二十三 同步卫星和多星（精讲）一、同步卫星1．同步卫星的七个一定同步卫星的轨道平面、周期、角速度、高度、速率、绕行方向、向心加速度都是一定的。
（1）同步卫星的周期等于地球的自转周期。
即同步卫星的周期为定值，大小为T =24h ＝8.64×10s 。
（2）同步卫星离地面的高度是唯一的。
由万有引力提供向心力，即()()222MmGm R h T R h π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭+得h R =。
即可计算出同步卫星离地面的高度为h ＝3.6×107m 为一定值。
（3）同步卫星的线速度是唯一确定的。
由线速度的定义得到()2R h v Tπ+=，算得同步卫星的线速度（即环绕速度，但不是发射速度）v ＝3.08km/s 为一定值，但它小于第一宇宙速度。
（4）同步卫星只能位于赤道上空。
卫星运行的圆形轨道必须与地球的赤道平面重合，这是因为同步卫星所需的向心力为地球对它的万有引力，其方向必指向地心；另一方面因为同步卫星相对地球表面静止不动，它的轨道平面与地轴垂直，因此，同步卫星的轨道平面只能是赤道平面，同步卫星的运行轨道只能是圆。
（5）卫星在轨道上的位置也是确定的。
每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上。
因为所有同步卫星都在同一个确定轨道上，以相同的线速度、周期、角速度、向心加速度做匀速圆周运动，决不能没有秩序、杂乱无章。
（6）向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为0.23 m/s 2。
（7）向心加速度一定：由G Mm R ＋h2＝ma n 得a n ＝GM R ＋h2＝g h ＝0.23 m/s 2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度。
覆盖全球信号只需三颗卫星：由数学知识以及上面的数据可算出一颗同步卫星可覆盖大于三分之一的地球面积，所以，均匀分布的三颗同步卫星就可覆盖全球。
2．同步卫星的发射—发射过程经历以下三个阶段： （1）变轨原理及过程①为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到达200km —300 km 的圆轨道1上。
人教版高一物理必修2第六章微课课件—近地卫星、赤道上物体和同步卫星的运行问题 (共6张PPT)
A:F1=F2>F3
B:a1=a2>a3
C:v1=v2>v3
D:ϖ1=ϖ3＜ϖ2
谢谢!
近地卫星、同步卫星及赤道上物体的运行参量比较问题
近地卫星、同步卫星及赤道上物体的运行问题
近、同：Fn=F万；赤：Fn=F万-F支(Fn≠F万)； ①近地卫星与同步卫星： “高轨低速长周期”：
r同>r近； a、v、w：近>同； T：近<同；
② 同步卫星与赤道上物体： “同轴转动模型”： r同>r赤； T同＝T物=24h(w相同)； a、v：同>赤 ③ 三类卫星匀速圆周运动的比较: r同>r近＝r物; T近<T同＝T物=24h(w同＝w物<w近) V近>V同>V物； a近>a同>a物；(Fn近>Fn同>Fn物)(F万物=F万近>F万同)
二、பைடு நூலகம்动装置：
同轴传动
特点
规律
A、B两点在同轴的一 个圆盘上
装置
角速度、周期相同、 转动方向相同
由υ=rω得：r越大，υ越大； 由a=rω2得：r越大，a越大
例题、(多)地球赤道上有一物体a随地球的自转而做圆周运动，所
需的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ϖ1； 绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星b所需的向心力为F2，向心 加速度为a2，线速度为v2，角速度为ϖ2； 地球同步卫星c所需的向心力F3，向心加速度为a3，线速度为v3， 角速度为ϖ3；假设三者质量相等,则错误的是（ ）ABC
同步 卫星
赤道上 的物体
近地 卫星
一、人造地球卫星的轨道基本物理量求解：
人造卫星做匀速圆周运动：万有引力提供向心力
地球同步卫星问题赏析
改变方 向进入 同步轨道（）这种发射方法 于地球 的 自转 下一 时刻卫 星将不 在原来 Ｃ。
有两个优 点 ：一是对火箭推 力要 求较低 ， 三、 同步卫星典例赏析 例 １ 下 列关 于地球 同步 卫星 的说 法中正确 的是（ ） 。 的经线上 ， Ｂ是错 的。正确 答案是 Ｃ Ｄ 、。 例 ２ 如图 ２ ，地球赤道上的山丘 ｅ ，
一
图 １所示。首先 ， 用第一级火箭将卫星 利
Ｄ ．与地球表 面上赤道线是共 面同心 解析 ：卫星 在 圆轨 道上绕 地球 运行
、
同步卫星的特点
送 到 １ ０ｍ～２ ０ｍ的高 空 ， ８ｋ ０ｋ 然后依 靠惯 圆 ， 卫星相对地面是运动的。 第二 、 三级火箭 点火 ， 卫星进入 位于 赤道 时 ， 由于万 有引 力提 供 向心 力 ， 万有 引 而 平面内的椭 圆转移轨道（）且轨道的远地 力总是在地心与卫星连线方 向上 ， 以卫 Ｂ， 所
动不会相撞 ， 错误 。由 Ｇ Ａ
广
＝ ＝ ， ｍ ０
ｒ
加速 度大小为 ａ，第一宇宙速度 为 地 ２ 球半径为 Ｒ。则（ ｏ
Ｃ
要发射 同步 卫 知： 通信卫星运行的线速度、 向心加速度 星必须 同时满足 三 大小一定 。正确答案是 ：、 。 Ｂ Ｄ
个条件 ： １卫星运动 周 ．
有引 提 心力 ＝ 可 ，ｎ 力 供向 得Ｑ 毕 得０ ２ ３ ＜
，
故 Ｄ正确。正确答案是 ｌ、 。 Ｂ Ｄ 例 ２变式 同步卫 星离地 球球心 的
只能与赤道 同平 面且定 点在 赤道 的正上
二、同步卫 星 的发射
Ｄ
，运行速 率为 ，加速度大小为 方 ， Ｂ正确 ， 故 Ｃ错误。不 同通信卫星因轨 距离 为 ｒ ¨地球赤道 上的物体随地球 自转 的向心 道半 径相 同 ， 度大小 相等 ， 无相对 运 口 速 故
高一物理人造卫星与飞船试题答案及解析
高一物理人造卫星与飞船试题答案及解析1.对于地球同步卫星的认识，正确的是（）A．它们只能在赤道的正上方，它们的轨道半径可以不同，卫星的加速度为零B．它们运行的角速度与地球自转角速度相同，相对地球静止,且处于平衡状态C．它们的轨道半径都相同且一定在赤道的正上方，运行速度小于第一宇宙速度D．它们可在我国北京上空运行，故用于我国的电视广播【答案】 C【解析】试题分析:它若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的．因为同步卫星要和地球自转同步，即ω相同，根据，因为ω一定，所以 r 必须确定，故A、D错误；同步卫星做圆周运动，所以不是处于平衡状态，故B错误；根据万有引力提供向心力，，得．第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是最大的圆周运动的环绕速度．而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，根据v的表达式可以发现，同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度．故C正确．【考点】万有引力定律应用2.我国在2007年成功发射一颗绕月球飞行的卫星，计划在2012年前后发射一颗月球软着陆器，在2017年前后发射一颗返回式月球软着陆器，进行首次月球样品自动取样并安全返回地球．设想着陆器完成了对月球表面的考察任务后，由月球表面回到围绕月球做圆周运动的轨道舱，其过程如图3－4－7所示．设轨道舱的质量为m，月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，轨道舱到月球中心的距离为r，引力常量为G，则试求：(1)月球的质量；(2)轨道舱的速度大小和周期．【答案】(1)(2)R【解析】(1)设月球质量为M，轨道舱绕月球表面做圆周运动时有G＝mg ①所以M＝(2)轨道舱距月球中心为r，绕月球做圆周运动，设周期为T，速度为v，G＝m②由①②，得v＝R，由T＝得T＝.3.一宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动，飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上．用R表示地球的半径，g表示地球表面处的重力加速度，g′表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，N表示人对台秤的压力，这些说法中，正确的是()．A．g′＝0B．g′＝gC．N＝0D．N＝m g【答案】BC【解析】在地球表面处＝mg，即GM＝gR2，在宇宙飞船内：＝mg′，g′＝＝，B正确，宇宙飞船绕地心做匀速圆周运动时，其内物体处于完全失重状态，故N＝0，C正确．4.如图所示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,a、b质量相同,且小于c的质量,则（）A．b所需向心力最大B．b、c周期相等,且小于a的周期C．b、c向心加速度相等,且小于a的向心加速度D．b、c的线速度大小相等,且小于a的线速度【答案】CD【解析】人造地球卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，根据，可知c所需的向心力大于b所需的向心力．故A错误．根据公式，可得,bc的周期相等，大于a的周期，B错误；根据公式可得，半径越大，向心加速度越小，b、c向心加速度相等,且小于a的向心加速度，故C正确，根据公式可得，半径越大，线速度越小，故b、c的线速度大小相等,且小于a的线速度，D正确，故选CD【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．点评：解决本题的关键掌握万有引力提供向心力5.据报道，我国自主研制的“嫦娥二号”卫星在其环月飞行的高度距离月球表面100km时开始全面工作。
同步卫星专题训练(一)答案
同步卫星专题训练（一）答案1. 由于通信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.速率可能不同B.轨道半径可能不同C.轨道平面可能不同D.质量可能不同【解答】解：A．通过万有引力提供向心力得：GMmr2=m v2r，因为r一定，所以v也一定，故A错误；B．因为同步卫星要与地球自转同步，所以角速度(ω)相等，由GMmr2=mω2r得，r不变，故B错误；C．所有同步卫星都在赤道上方的同一轨道上，故C错误；D．不同的国家发射的同步卫星质量是不同的，故D正确．故选：D．2. 已知地球的一颗同步通信卫星相对于地球赤道的张角为2α，如图所示，假设地球的自转周期变大，则地球同步通信卫星相对于地球赤道的张角2β，则地球的自转周期变化前后地球同步通信卫星的运行周期之比为（）A.√cos3βcos3αB.√sin3βsin3αC.√cos32αcos32βD.√sin32αsin32β【解答】解：设地球半径为R，地球同步卫星轨道半径为r，则有rcosα=R，则r=Rcosα．对地球同步卫星，由万有引力提供向心力，有G Mmr2=mr(2πT)2．假设地球的自转周期变大，则有同步卫星轨道半径r′=R cosβ．对同步卫星，由万有引力提供向心力有，G Mmr2=mr′(2πT′)2．联立可得TT=√cos3βcos3α，选项A正确，BCD错误．故选：A3. 科学界经过论证认定：从太空无法用肉眼看到长城，但遥感卫星可以“看”到长城，已知某遥感卫星在离地面高度约为300km的圆轨道上运行，地球半径约为6400km，地球同步卫星离地面高度约为地球半径的5.6倍，则以下说法正确的是（）A.遥感卫星的发射速度不超过第一字宙速度B.遥感卫星运行速度约为8.1km/sC.地球同步卫星运行速度约为3.1km/sD.遥感卫星只需加速，即可追上同轨道上运行的其他卫星【解答】解：第一宇宙速度等于7.9km/s，是地球卫星最大的环绕速度和最小的发射速度，故AB选项错误；地球同步卫星运行的周期T与地球自转的周期相同，v=2π(R+5.6R)T=3.1km/s，故C选项正确；若遥感卫星想追上同轨道运行的其他卫星，需先减速进入高速运动的低轨道，然后加速冲出低轨道，回到原来的轨道才能追上同轨道上运行的其他卫星，故D选项错误．故选C．4. 关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是（）A.它以第一宇宙速度运行B.它运行的角速度与地球自转的角速度相同C.若其质量加倍，则其轨道半径也要加倍D.它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播【解答】A．地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1千米/秒，小于7.9km/s，故A错误；B．同步卫星是指与地球相对静止的卫星。
高中物理新教材同步必修第二册 第7章 万有引力定律专题强化 同步卫星及其综合问题
7.2017年10月24日，在地球观测组织(GEO)全会期间举办的“中国日” 活动上，我国正式向国际社会免费开放共享我国新一代地球同步静止轨 道气象卫星“风云四号”和全球第一颗二氧化碳监测科学实验卫星(简称 “碳卫星”)的数据.“碳卫星”是绕地球极地运行的卫星，在离地球表 面700 km的圆轨道对地球进行扫描，汇集约140天的数据可制作一张无 缝隙全球覆盖的二氧化碳监测图，下列有关这两颗卫星的说法正确的是 A.“风云四号”卫星的向心加速度大于“碳卫星”的向心加速度
知a1＝R，故 a2 r
C
正确；
根据 GMr2m＝mvr2，解得 v＝
GrM，则vv12＝
r ，故 R
D
正确.
1234567
6.(多选)土星外层有一个环，为了判断它是土星的一部分还是土星的
卫星群，可以测量环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间
的关系，则下列判断正确的是
A.若v2∝R，则该层是土星的卫星群
第七章 万有引力与宇宙航行
专题强化 同步卫星及其综合问题
【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.
【内容索引】
探究重点 提升素养
专题 强化练
探究重点 提升素养
TANJIUZHONGDIAN TISHENGSUYANG
一、地球同步卫星 导学探究
图1
解析 地球同步卫星位于赤道上方高度约为 36 000 km 处，所以 r 同>r 中，
由GMr2m＝mvr2，得 v＝
GM，故 r
v
中>v
同，A、D
错误；
两种卫星的轨道半径均大于地球的半径，运行速度均小于7.9 km/s，B错误；
同步卫星发射五问
２
，
因为 ＞ 所 以 近地 点 Ｑ的 加
即 ｔ＞１同理 ， Ｊ ｔ： ２＇ 卫星在圆轨道 ３经过 Ｐ
点 的速率 大 于在椭 圆轨 道 ２ 经过 Ｐ点 上
速度大于远地点 Ｐ 的加速度。 问题 四 ： 地 近 点与 远地 点 的速
如 图 ２ 示 ，某 卫星 沿椭 圆 轨道 绕行 所
－
的速率 即 Ｖ＞３ ４ｔ； ￣所以 ４个速率的关系为
２
＞ １ ４ ｖｏ ＞ｖ ＞ ３
问题二：椭圆轨道 ２上任意一点的万
有引力 一向， 力吗？
否 ：议 胎 坩 椭 圆 轨 适 动 时 韵 剧
期 为
Ｒ＋Ｒｏ
＿
， 因 椭 圆 轨 道 的 半 长 轴 为 本题可 由开普勒第三定律求解。
解答一 ：假设卫星在近地点和远地点 各运动一个相同的极短时间△ 根据开普
勒第 二定律 （ 面积定律 ）对于任 何一 个 ： 卫星来说． 它与地心的连线 在相 等的时间
扫过相等的面积。 而在极短时 间内扫过
２ １ １ ０ ０・
故 飞 船 由 Ａ 点 到 Ｂ点所 需 的时 间 为
ｚ
面越高 ， 速率越小， １＞４ 故 ）ｖ １ ｏ
率的 比较
当卫星在椭圆轨道 ２ 上运行时． 由机械
ｐ点， 其加速度都是相等的， 均为旦 ， 且
吐
２ ２
能守恒定律可知。 卫星在近地点的速率大于 卫星在远地点的速率， ｚｖ 即ｖ＞ （） ３ 火箭点火前、 后卫星速率的比较 在近地点（ ， Ｄ点） 卫星的火箭开始点火
争 ＿ －） 孚 （Ｒ １ ＋ ｏ
‘
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向心力是指物体做圆周运动时沿半径 指向圆心方 向的合外力 ，对有关卫星在椭 圆轨道上运动的有关问题 中，先要弄懂两 个不 同的长度值。以卫星和地球组成的系
高中物理地球同步卫星
地球同步卫星【模型概述】①一般卫星与同步卫星运行轨道的区别：由于卫星作圆周运动的向心力必须由地球给它的万有引力来提供，所以所有的地球卫星包括同步卫星，其轨道圆的圆心都必须在地球的的球心上。
②同步卫星是跟地球自转同步，故其轨道平面首先必须与地球的赤道圆面相平行。
又因做匀速圆周运动的向心力由地球给它的万有引力提供，而万有引力方向通过地心，故轨道平面就应与赤道平面相重合。
③一般卫星的轨道平面、周期、角速度、线速度、轨道半径都在一定的范围内任取。
而同步卫星的周期、角速度、线速度、轨道半径都是确定的。
二者的质量（动能、势能、机械能）都不确定。
【举一反三】1、同步卫星是指相对地面不动的人造地球卫星（D ）A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的。
2、可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（ CD ）A.当地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆B.与地球上某一经线决定的圆是共面同心圆C.与地球上赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面静止D.与地球上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是运动的注意：人造卫星的轨道平面是不转动的，经线是转动的。
3（04广西高考）某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，试问，春分那天（太阳光直射赤道）在日落12小时内有多长时间该观察者看不见此卫星？已知地球半径为R ，地球表面处的重力加速度为g,地球自转周期为T ，不考虑大气对光的折射。
解析：设所求的时间为t ，用m 、M 分别表示卫星和地球的质量，r 表示卫星到地心的距离，有：222()mM Gmr r T π= ①春分时，如图所示，圆E 表示轨道，S 表示卫星，A 表示观察者，O 表示地心，由图可以看出当卫星S 绕地心O 转到图示位置以后（设地球自转是沿图中逆时针方向），其正下方的观察者将看不见它，据此再考虑对称性，有sin r R θ= ②22t T θπ= ③2M G g R = ④由以上各式解得 12324arcsin()TR t gT ππ= ⑤ 4、（09年山东卷）18．20XX 年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。
【拓展阅读】卫星运动应分清的九个问题1
卫星运动应分清的九个问题1、万有引力与重力在地球周围的物体都要受到万有引力，围绕地球转动的星体由万有引力来提供向心力。
当星体在地球表面附近时，万有引力近似等于在地球表面的重力，即：GMm/r2=mg。
在地球表面放着的物体受到两个力的作用：万有引力F万和地面的支持力N。
由于物体随地球一起转动，也需要向心力，它由万有引力的一个分力来提供，另一分力就是物体所受到的重力。
当物体在赤道上时，F向=F万-N=ma，而a向=0.034m/s2，远小于地面上的重力加速度g=9.8 m/s2，可忽略地球自转的影响，万有引力约等于物体受到的重力。
2、天体半径与卫星的轨道半径一般情况下，某天体卫星的轨道半径总是大于该天体的半径，当卫星贴近天体表面飞行时，可认为轨道半径近似等于天体半径。
3、自转周期与公转周期一般的情况下，天体的自转周期与公转周期是不相等的。
当研究某一天体绕另一天体运行时，往往将该天体看作质点，仅仅考虑其公转而不考虑其自转。
4、稳定运行与变轨运行卫星稳定运行时，万有引力提供向心力，即GMm/r2=mv2/r。
当由于某原因，v突然改变时，上述两式便不相等，卫星的运动轨道将发生改变。
若GMm/r2大于mv2/r，则卫星做向心运动；若GMm/r2小于mv2/r，则卫星做离心运动，由圆周运动所得的规律一般不成立了。
5、同步卫星与一般卫星地球同步卫星与地球是相对静止的，与地球具有相同的周期，只能在赤道的正上方，其轨道半径是一定值。
但同步卫星具有一般卫星的共性，只是一般卫星中的特殊一员。
6、赤道上的物体与近地卫星放在赤道上的物体随地球转动，其向心力由万有引力与地面支持力的合力来提供，转动半径就是地球半径，转动周期等于地球的自转周期。
近地卫星只受万有引力的作用，并由它来提供向心力，轨道半径约等于地球半径，但其周期比放在赤道上的物体小得多。
7、地球同步卫星与赤道上的物体地球同步卫星与赤道上的物体相对于地面都是静止的，二者也相对静止。
高一物理同步卫星知识点
高一物理同步卫星知识点引言：随着科技的持续进步和人类对宇宙的探索，卫星的应用范围也日益广泛。
同步卫星作为卫星的一种重要类型，具有许多特殊的技术和应用。
本文将为大家介绍关于高一物理中同步卫星的知识点。
一、什么是同步卫星？同步卫星是指轨道周期与地球自转周期相同，因此卫星相对地球的位置固定不动。
同步卫星通过保持与地球同步，能够提供连续的覆盖区域，并在通信、气象、导航等领域发挥着重要作用。
二、同步卫星的通信原理同步卫星通信系统由地面站、卫星和用户终端三部分组成。
地面站通过地面天线将信号发送至卫星，卫星将信号再发送至用户终端。
同步卫星通信实现了覆盖范围广、网络稳定、传输延迟低等优点。
三、同步卫星的轨道参数同步卫星通常采用地球同步轨道（Geostationary Orbit），主要参数有轨道高度和轨道倾角。
轨道高度通常为35786公里，轨道倾角则与赤道夹角相等。
四、同步卫星的应用领域4.1 通信领域：同步卫星在通信领域广泛应用，能够实现卫星电话、卫星电视等通信服务。
例如国际卫星通信系统，通过同步卫星提供全球范围内的语音和数据通信服务。
4.2 气象领域：气象同步卫星通过多颜色成像技术，能够为气象预测和监测提供重要数据。
它们可以观测地球上的云层、气候变化等信息，并为天气预报和灾害预警提供依据。
4.3 导航领域：同步卫星在全球定位系统（GPS）中起着重要作用。
GPS能够利用同步卫星提供的定位信号，准确计算出目标的位置和速度，并广泛应用于航空、交通、导航等领域。
五、同步卫星的技术挑战同步卫星的建设和运维面临着许多技术挑战。
首先，同步卫星的轨道要求相对较高，需要精确的发射和定位技术。
其次，同步卫星通信要求网络稳定和传输延迟低，需要使用高品质的卫星设备和通信协议。
最后，同步卫星的数据处理和分析也对计算能力和大数据技术提出了要求。
结语：同步卫星作为一项重要的卫星技术，对人类社会的发展和进步起着重要作用。
通过学习和掌握同步卫星的知识，我们能够更好地理解卫星的工作原理和应用领域，为未来的科学研究和技术创新打下坚实基础。
高中物理近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题
A．vB＞vA＞vC C．FA＞FB＞FC
B．ωA＞ωB＞ωC D．TA＝TC＞TB
解答本题，要注 意物理规律的恰
当选用.
对三个物体 之间的各个 物理量进行 对比分析.
A
B
TA=TC>TB ; ωA＝ωC<ωB
C
rA>rB>rC ; vB>vA>vC
aB>aA>aC ; FC>FB>FA
转 解析
【备选】 (多选)地球同步卫星离地心的距离为 r,运行速率为 v1,
加速度为 a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a2,地球
的第一宇宙速度为 v2,半径为 R,则下列比例关系中正确的是( )
A.aa12＝Rr
B.aa12＝(Rr )2
C.vv12＝Rr
D.vv12＝
R r
比较a1和a2 比较v1和v2
同步卫星与赤 道上物体的角
速度相同
同步卫星与贴 近地面的卫星 皆由万有引力 提供向心力
近地卫星、赤道上物体及 同运行问题
三类卫星匀速圆周运动的比较
近地 卫星
(1)轨道半径：r同>r近＝r物．
同步
卫星 (2)运行周期：T近<T同＝T物=24h ．
(3)向心加速度：a近>a同>a物．
赤道上
的物体
(4)动力学规律：
a.近地卫星和同步卫星都只由万有引力充当向心力．
转解析
步卫星，d 是高空探测卫星，设地球自转周期为 24 h，所有卫星的
运动均视为匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则下列关于卫
星的说法中正确的是( )
A．a 的向心加速度等于重力加速度 g
【配套K12】高中物理 处理卫星问题应注意的问题素材 新人教版必修2
小初高试卷教案类
K12小学初中高中 处理卫星问题应注意的问题
1.两个半径——天体半径R 和卫星轨道半径r.
当卫星贴近天体表面运动时，可以近似认为轨道半径等于天体半径，若卫星的高度为h,则r=h+R 。
2.两种周期——自转周期和公转周期
自转周期是天体绕自身某轴线运动一周的时间，公转周期是卫星绕中心天体做圆周运动一周的时间。
3两类运行——稳定运行和变轨运行
由v=r
GM 可知，轨道半径r 越大，卫星的速度越小，当卫星由于某种原因速度v 突然变化时，F 引 和m r v 2
不再相等，因此就不能再根据v=r
GM 来确定r 的大小。
当F 引 ＞m r v 2
时，卫星做向心运动；当F 引 ＜m r v 2
时，卫星做离心运动。
4．同步卫星和一般卫星
作为卫星都是由万有引力提供向心力，轨道平面过地心。
而同步卫星的特点是四个一定。
（1） 位置一定（必须位于地球赤道的上空）
（2） 周期一定（T=24h ）
（3） 高度一定（h=36000km ）
（4） 速率一定（v=3.1s
km ）。
高中物理：地球同步卫星知多少？地球同步卫星原理
高中物理：地球同步卫星知多少？地球同步卫星原理1．同步卫星只能定点于赤道上空若在北纬或南纬某地上空有一颗卫星，那么这颗卫星轨道平面的中心应是地轴上的某点，而不是地心，其需要的向心力也指向这一点。
而地球所能够提供的引力只能指向地心，这样卫星在绕地轴做圆周运动的同时，也向赤道平面运动，从而不能使卫星的运动和地球自传同步，所以北纬或南纬某地上空是不可能有同步卫星的。
卫星的轨道与地球赤道共面，才能与地球自转同步，即只能定点于赤道的上空。
2．同步卫星的高度是唯一的同步卫星做圆周运动的周期T=24h=86400s，地球的半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg。
设同步卫星质量为m，离地面的高度为h。
对卫星由万有引力提供向心力得：代入数值解得：h=3.6×104km可见同步卫星必须定位于赤道上空，且地面高度h=3.6×104km 处。
赤道上空的这一位置被科学家称为“黄金圈”，是各国在太空争夺的主要领域。
3．同步卫星的轨道是圆，不能是椭圆根据同步卫星的特点：它的角速度与地球自转的角速度相同，其角速度是个恒定值，决定了它的轨道只能是圆。
如果它的轨道是椭圆，地球应该位于椭圆的一个焦点上，卫星在运动过程中就会出现近地点和远地点，在近地点时速度和角速度比远地点大，这样卫星的角速度就不是恒定值，与地球不能保持相对静止了。
4．至少要3颗同步卫星均匀分布在同步轨道上，才可以实现全球通信根据同步卫星的特点，可以计算出一颗同步卫星所发出的电磁波能覆盖的范围：同步卫星的高度h=3.6×104km和地球的半径R=6400km，如图可得cosα==0.51，α=81.30，2α=162.60，盖整个赤道需要的卫星数量为：=2.2。
所以要实现全球通信至少要3颗同步卫星。
5．同步轨道上所允许放置的同步卫星的数量地球的同步卫星只能分布在赤道正上方的同一条圆型轨道上，而为了卫星之间不相互干扰，大约3度角左右才能放置一颗卫星，所以地球的同步通讯卫星只能有120颗。
有关地球同步卫星的七个问题
作者： 李人杰
作者机构： 河北省秦皇岛市新世纪高级中学,河北秦皇岛066004
出版物刊名： 物理教师：高中版
页码： 40-41页
年卷期： 2011年 第4期
主题词： 地球同步卫星 地球静止轨道 自转周期 科普资料 学生
摘要：目前同步卫星的轨道一般都采用地球静止轨道,即卫星运转的周期与地球自转周期相同,相对于地球静止不动.有关同步卫星知识的题目在高考中曾多次出现,并且越来越成为考查的热点,而且现行教材和许多科普资料对此都进行过介绍,但都不是很系统,很多学生对它的认识较为模糊,甚至错误,因此为了使学生加深理解、。
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同步卫星要讲清的七个问题
来源：物理通报同步卫星运转的周期与地球自转周期相同,相对于地球静止不动.有关同步卫星的知识在高考中多次出现,成为考查的热点之一,很多学生对它的理解较为模糊.为使学生加深理解,在教学中要向学生讲清以下七个问题.
1 同步卫星轨道为什么是圆而不是椭圆
地球同步卫星的特点是它绕地轴运转的角速度与地球自转的角速度相同,是/静止0在赤道上空某处相对于地球不动的卫星,这一特点决定了它的轨道只能是圆.因为如果它的轨道是椭圆,则地球应处于椭圆的一个焦点上,卫星在绕地球运转的过程中就必然会出现近地点和远地点,当卫星向近地点运行时,卫星的轨道半径将减小,地球对它的万有引力就变大,卫星的角速度也变大;反之,当卫星向远地点运行时,卫星的轨道半径将变大,地球对它的万有引力就减小,卫星的角速度也减小,这与同步卫星的角速度恒定不变相矛盾,所以同步卫星轨道不是椭圆,而只能是圆.
2 为什么同步卫星的轨道与地球赤道共面
假设卫星发射在北纬某地的上空的B点,其受力情况如图1所示,由于该卫星绕地轴做圆周运动所需的向心力只能由万有引力的一个分力F1提供,而万有引力的另一个分力F2就会使该卫星离开B点向赤道运动,除非另有一个力F'恰好与F2平衡(但因F'没有施力物体,所以F'是不存在的),所以卫星若发射在赤道平面的上方(或下方)某处,则卫星在绕地轴做圆周运动的同时,也向赤道平面运动,它的运动就不会稳定,从而使卫星不能与地球同步,所以要使卫星与地球同步运行,必须要求卫星的轨道与地球赤道共面.
如果将卫星发射到赤道上空的A点,则地球对它的万有引力F全部用来提供卫星绕地轴做圆周运动所需要的向心力,此时卫星在该轨道上就能够以与地球相同的角速度绕地轴旋转,此时该卫星才能够“停留”在赤道上空的某点,实现与地球的自转同步,卫星就处于一种相对静止状态中.
3 为什么所有同步卫星的高度都是一样的
在赤道上空的同步卫星,它受到的唯一的力——万有引力提供卫星绕地轴运转所需的向心力.当卫星的轨道半径r(或离地面的高度h)取某一定值时,卫星绕地轴运转就可以与地球自转同步,两者的周期均为T=24h.
设地球质量为M,地球半径为R0,卫星质量为m,离地面的高度为h,则有
将R0=6400km,G=6.67×10-11N·m2/kg2,M=6.0×1024kg,T=24h=86400s代入上式得h=3.6×104km，即同步卫星距离地面的高度相同(均为h=3.6×104km),必然定位于赤道上空的同一个大圆上.赤道上空的这一位置被科学家们喻为“黄金圈”,是各国在太空主要争夺的领域之一.
4 各国发射的同步卫星会相撞吗
由上述的分析可知:所有的同步卫星都在距地面的高度均为h=3.6×104km的大圆上,那么由v=ω(R0+h)=2π(R0+h)/T=3.1km/s,故它们的线速度都相同,这些卫星就如同在同一跑道上以相同速度跑步的运动员一样,它们之间处于相对静止,不会出现后者追上前者的现象.因此只要发射时未撞上,以后就不可能相撞.
5 同步卫星是如何发射和回收的
同步卫星的发射,通常都采用变轨发射的方法.如图2所示,先是用运载火箭把卫星送入近地圆轨道1,待卫星运行状态稳定后,在近地点(a点),卫星的火箭开始点火加速,把卫星送入椭圆轨道2(称为转移轨道)上,椭圆轨道的远地点(b点)距地心距离等于同步轨道半径.以后再在地面测控站的控制下,利用遥控指令选择在远地点启动星载发动机点火加速,使卫星逐步调整至同步圆轨道3运行.
相反,对返回式卫星(或飞船)在回收时,应在远地点和近地点分别使卫星(或飞船)减速,使卫星从高轨道进入椭圆轨道,再回到近地轨道,最后进入大气层,落回地面.
6 同步卫星发射过程中的“4个速率”的大小关系
如图2所示,设卫星在近地圆轨道1上a点的速率为v1,在椭圆轨道2经过a点的速率为v2,在椭圆轨道2经过b点的速率为v3,在圆轨道3经过b点的速率为v4,比较这4个速率的大小关系.
(1)圆轨道上卫星速率的比较
在圆轨道上卫星以地心为圆心做匀速圆周运动,设地球质量为M,卫星质量为m,由卫星所受的万有引力提供向心力,
即GMm/r2=mv2/r.得v=(GM/r)1/2
说明卫星离地面越高,速率越小,故v1>v4.
(2)椭圆轨道上近地点和远地点卫星速率的比较
当卫星在椭圆轨道2上运行时,由机械能守恒定律可知,卫星在近地点的速率大于卫星在远地点的速度,即v2>v3.
(3)火箭点火前、后卫星速率的比较
在近地点(a点),卫星的火箭开始点火加速,点火加速后卫星的速率大于点火前的速率.故在椭圆轨道2经过a 点的速率为v2大于卫星在近地圆轨道1上a点的速率为v1,即v2>v1;同理,卫星在圆轨道3经过b点的速率为v4大于在椭圆轨道2上经过b点的速率为v3,即v4>v3;所以4个速率的关系为v2>v1>v4>v3
7 为什么要至少发射三颗同步卫星且对称分布在同一轨道上,才能实现全球通信
因地球同步卫星与地球的自转周期相同,其数值均为T=24h.同步卫星离地高度h一定,即h=3.6×104km,如图3所示.地球同步卫星发射的电磁波沿直线传播,所以一颗地球同步卫星所发出的电磁波能覆盖赤道上下方的范围是DE区.由图可知
cosθ=OE/OC=R0/R0+h=0.510
则θ=81.30所以DOE对应的圆心角2θ=162.60,覆盖整个赤道至少需要的卫星个数为 n=3600/162.20=2.2。
因此,要实现全球通信,至少需发射三颗地球同步卫星且对称分布在同一轨道上(图4).。