專題08-同步衛(wèi)星模型-高考物理萬有引力與航天常用模型(原卷版)

高考物理萬有引力與航天專題最新模擬題精練專題08.同步衛(wèi)星一．選擇題1.（2022福建泉州高三下適應(yīng)性測(cè)試）2019年3月10日，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭將“中星”通信衛(wèi)星（記為衛(wèi)星Ⅰ）送入地球同步軌道上，主要為我國、東南亞、澳洲和南太平洋島國等地區(qū)提供通信與廣播業(yè)務(wù)。在同平面內(nèi)的圓軌道上有一顆中軌道衛(wèi)星Ⅱ，它運(yùn)動(dòng)的每個(gè)周期內(nèi)都有一段時(shí)間（未知）無法直接接收到衛(wèi)星Ⅰ發(fā)出的電磁波信號(hào)，因?yàn)槠滠壍郎峡傆幸欢螀^(qū)域沒有被衛(wèi)星Ⅰ發(fā)出的電磁波信號(hào)覆蓋到，這段區(qū)域?qū)?yīng)的圓心角為。已知衛(wèi)星Ⅰ對(duì)地球的張角為，地球自轉(zhuǎn)周期為，萬有引力常量為，則根據(jù)題中條件，可求出（）A.地球的平均密度為 B.衛(wèi)星Ⅰ、Ⅱ的角速度之比為C.衛(wèi)星Ⅱ的周期為 D.題中時(shí)間為2.（2022廣東普通高中10月質(zhì)檢）如圖所示，衛(wèi)星a、b、c沿圓形軌道繞地球運(yùn)行，a是極地軌道衛(wèi)星，在地球兩極上空約1000km處運(yùn)行，b是低軌道衛(wèi)星，距地球表面高度與a相等，c是地球同步衛(wèi)星，則A．a(chǎn)衛(wèi)星的加速度比c衛(wèi)星大B．a(chǎn)、b衛(wèi)星所受到的地球萬有引力大小相等C．三顆衛(wèi)星軌道半徑的三次方與周期的二次方比值都不相等D．a(chǎn)衛(wèi)星的周期比c衛(wèi)星大3．[2021·成都一診]如圖所示，在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點(diǎn)通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道Ⅱ.下列說法正確的是()A．在軌道Ⅱ上，衛(wèi)星的運(yùn)行速度大于7.9km/sB．在軌道Ⅰ上，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度C．衛(wèi)星在Q點(diǎn)通過加速實(shí)現(xiàn)由軌道Ⅰ進(jìn)入軌道ⅡD．在軌道Ⅰ上運(yùn)行的過程中，衛(wèi)星、地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒4.（2020年5月山東泰安二模）地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，距地面高度為h，地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R，地球的自轉(zhuǎn)角速度為ω，那么同步衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列敘述正確的是A.衛(wèi)星受到的向心力F=mRω2B.衛(wèi)星的加速度α=(R+h)C.衛(wèi)星的線速度v=RgR+hD.衛(wèi)星的線速度v=5.（2020山東青島期末）在地球同步軌道上等間距布置三顆地球同步通訊衛(wèi)星，就可以讓地球赤道上任意兩位置間實(shí)現(xiàn)無線電通訊，現(xiàn)在地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為地球半徑的6．6倍。假設(shè)將來地球的自轉(zhuǎn)周期變小，但仍要僅用三顆地球同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)的最小周期約為A．5小時(shí) B．4小時(shí) C．6小時(shí) D．3小時(shí)6、（2020高考精優(yōu)預(yù)測(cè)卷）地球表面上兩極的重力加速度約為,而赤道上的重力加速度約為,即赤道上的重力加速度比兩極的重力加速度小約，赤道上有一觀察者，日落后，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽光照射的地球同步衛(wèi)星，他在一天的時(shí)間內(nèi)看不到此衛(wèi)星的時(shí)間為t，若將地球看成球體，且地球的質(zhì)量分布均勻，半徑約為,取，則通過以上數(shù)據(jù)估算可得（）A.同步衛(wèi)星的高度約為B.同步衛(wèi)星的高度約為C.看不到同步衛(wèi)星的時(shí)間與看得到衛(wèi)星的時(shí)間之比約為1:17D.看不到同步衛(wèi)星的時(shí)間與看得到衛(wèi)星的時(shí)間之比約為2:177.（2023江西南昌名校聯(lián)考）軌道平面與赤道平面夾角為90°的人造地球衛(wèi)星被稱為極地軌道衛(wèi)星，它運(yùn)行時(shí)能到達(dá)南北極區(qū)的上空，需要在全球范圍內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)和應(yīng)用的氣象衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星等都采用這種軌道。如圖，若某顆極地軌道衛(wèi)星從北緯45°的正上方按圖示方向首次運(yùn)行到南緯45°的正上方用時(shí)45分鐘，則（）A．該衛(wèi)星運(yùn)行速度一定小于7.9km/s B．該衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的周期與同步衛(wèi)星的周期之比為1：4 C．該衛(wèi)星軌道半徑與同步衛(wèi)星軌道半徑之比為1：4 D．該衛(wèi)星加速度與同步衛(wèi)星加速度之比為2：18．（6分）（2023廣西名校聯(lián)考）廣西壯族自治區(qū)處在北緯20°54’～26°24’之間，某極地衛(wèi)星通過廣西最北端與最南端正上方所經(jīng)歷的時(shí)間為t，查閱到萬有引力常量G及地球質(zhì)量M，衛(wèi)星的軌道視為圓形，忽略地球自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)以上信息可以求出（）A．該衛(wèi)星周期 B．該衛(wèi)星受到的向心力 C．該衛(wèi)星的線速度大小 D．地球的密度9.如圖，已知現(xiàn)在地球的一顆同步通訊衛(wèi)星信號(hào)最多覆蓋地球赤道上的經(jīng)度范圍為。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變大，周期變大后的一顆地球同步通訊衛(wèi)星信號(hào)最多覆蓋的赤道經(jīng)度范圍為，則前后兩次同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為A. B.C. D.10．如圖所示，衛(wèi)星1為地球同步衛(wèi)星，衛(wèi)星2是周期為3小時(shí)的極地衛(wèi)星，只考慮地球引力，不考慮其他作用的影響，衛(wèi)星1和衛(wèi)星2均繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩軌道平面相互垂直，運(yùn)動(dòng)過程中衛(wèi)星1和衛(wèi)星2有時(shí)處于地球赤道上某一點(diǎn)的正上方。下列說法中正確的是()A．衛(wèi)星1和衛(wèi)星2的向心加速度之比為1∶16B．衛(wèi)星1和衛(wèi)星2的線速度之比為2∶1C．衛(wèi)星1和衛(wèi)星2處在地球赤道的某一點(diǎn)正上方的周期為24小時(shí)D．衛(wèi)星1和衛(wèi)星2處在地球赤道的某一點(diǎn)正上方的周期為3小時(shí)112018年9月19日晚22時(shí)07分，中國以“一箭雙星”方式成功發(fā)射第37、38顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。衛(wèi)星在該軌道上運(yùn)動(dòng)的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，但該軌道平面與赤道平面有一定的夾角，因此該軌道也被稱為傾斜同步軌道，根據(jù)以上信息請(qǐng)判斷下列說法中正確的是()A．該衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心一定是地球的球心B．該衛(wèi)星離地面的高度要小于地球同步衛(wèi)星離地面的高度C．地球?qū)υ撔l(wèi)星的萬有引力一定等于對(duì)地球同步衛(wèi)星的萬有引力D．只要傾角合適，處于傾斜同步軌道上的衛(wèi)星可以在每天的固定時(shí)間經(jīng)過青島上空12．有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在赤道表面上隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b是近地軌道衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，它們均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則()A．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度gB．在相同時(shí)間內(nèi)b轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)C．c在4小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是eq\f(π,6)D．d的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20小時(shí)13．.如圖所示，圓a和橢圓b是位于地球赤道平面上的衛(wèi)星軌道，其中圓a是地球同步軌道?，F(xiàn)在有A、B兩顆衛(wèi)星分別在a、b軌道上運(yùn)行，但運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反，已知A、B的運(yùn)行周期分別為T1、T2，地球自轉(zhuǎn)周期為T0，P為軌道b的近地點(diǎn)。則下列說法正確的是()A．衛(wèi)星A是地球同步衛(wèi)星B．衛(wèi)星B在P點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大C．T0＝T1D．T1<T214．中國航天局秘書長(zhǎng)田玉龍2015年3月6日證實(shí)，將在2015年年底發(fā)射高分四號(hào)衛(wèi)星，這是中國首顆地球同步軌道高時(shí)間分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星。如圖所示，A是靜止在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體；B、C是同在赤道平面內(nèi)的兩顆人造衛(wèi)星，B位于離地高度等于地球半徑的圓形軌道上，C是高分四號(hào)衛(wèi)星。則下列關(guān)系正確的是()A．物體A隨地球自轉(zhuǎn)的角速度大于衛(wèi)星B的角速度B．衛(wèi)星B的線速度大于衛(wèi)星C的線速度C．物體A隨地球自轉(zhuǎn)的加速度大于衛(wèi)星C的加速度D．物體A隨地球自轉(zhuǎn)的周期大于衛(wèi)星C的周期15.如圖所示，A是地球的同步衛(wèi)星，B是位于赤道平面內(nèi)的近地衛(wèi)星，C為地面赤道上的物體，已知地球半徑為R，同步衛(wèi)星離地面的高度為h，則()A．A、B加速度的大小之比為(eq\f(R＋h,R))2B．A、C加速度的大小之比為1＋eq\f(h,R)C．A、B、C速度的大小關(guān)系為vA＞vB＞vCD．要將B衛(wèi)星轉(zhuǎn)移到A衛(wèi)星的軌道上運(yùn)行至少需要對(duì)B衛(wèi)星進(jìn)行兩次加速二．計(jì)算題1．（9分）我國自1970年4月24日發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星----“東方紅”1號(hào)以來，為了滿足通訊、導(dǎo)航、氣象預(yù)報(bào)和其它領(lǐng)域科學(xué)研究的不同需要，又發(fā)射了許多距離地面不同高度的人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星A為近地衛(wèi)星，衛(wèi)星B為地球同步衛(wèi)星，它們都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知地球半徑為R，衛(wèi)星A距地面高度可忽略不計(jì)，衛(wèi)星B距地面高度為h，不計(jì)衛(wèi)星間的相互作用力。求：⑴衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運(yùn)行速度大小之比；⑵衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運(yùn)行周期之比；⑶衛(wèi)星A與衛(wèi)星B運(yùn)行的加速度大小之比。2（2014·全國大綱卷）已知地球的自轉(zhuǎn)周期和半徑分別為T和R。地球同步衛(wèi)星A的圓軌道半徑為h，衛(wèi)星B沿半徑為r(r<h)的圓軌道在地球赤道的正上方運(yùn)行，其運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同。求：（1）衛(wèi)星B做圓周運(yùn)動(dòng)的周期；（2）衛(wèi)星A和B連續(xù)地不能直接通訊的最長(zhǎng)時(shí)間間隔（信號(hào)傳輸時(shí)間可忽略）。衛(wèi)星A和B連續(xù)地不能直接通訊的最長(zhǎng)時(shí)間間隔。3.（2004·廣東）某顆地球同步衛(wèi)星正下方的地球表面上有一觀察者，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽光照射的此衛(wèi)星，試問，春分那天（太陽光直射赤道）在日落12小時(shí)內(nèi)有多長(zhǎng)時(shí)間該觀察者看不見此衛(wèi)星？已知地球半徑為R，地球表面處的重力加速度為g,地球自轉(zhuǎn)周期為T，不考慮大氣對(duì)光的折射。4．（2000·天津）2000年1月26日我國發(fā)射了一顆同步衛(wèi)星，其定點(diǎn)位置與東經(jīng)98°的經(jīng)線在同一平面內(nèi)，若把甘肅省嘉峪關(guān)處的經(jīng)度和緯度近似取為東經(jīng)98°和北緯α=40°，已知地球半徑R、地球自轉(zhuǎn)周期T、地球表面重力加速度g（視為常量）和光速c。試求該同步衛(wèi)星發(fā)出的微波信號(hào)傳到嘉峪關(guān)處的接收站所需的時(shí)間（要求用題給的已知量的符號(hào)表示）。13.（2022江蘇七市二模）(8分)某衛(wèi)星A在赤道平面內(nèi)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，赤道上有一衛(wèi)星測(cè)控站B.已知衛(wèi)星距地面的高度為R，地球的半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T0，地球表面的重力加速度為g.求：(1)衛(wèi)星A做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T；(2)衛(wèi)星A和測(cè)控站B能連續(xù)直接通信最長(zhǎng)時(shí)間t.(衛(wèi)星信號(hào)傳輸時(shí)間可忽略)13.(8分)解：(1)設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星A的質(zhì)量為m根據(jù)萬有引力提供向心力，有Geq\f(Mm,（2R）2)＝m(eq\f(2π,T))2·2R(2分)m0g＝Geq\f(Mm0,R2)(1分)