同步卫星专题训练(一)答案

高三物理同步卫星试题1.均匀分布在地球赤道平面上空的三颗同步通信卫星能够实现除地球南北极等少数地区外的“全球通信”。

已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，地球自转周期为T，三颗卫星中任意两颗卫星间距离为S0，下面列出的是同步卫星所在位置处的重力加速度g'，其中正确的是（）A．B．C．D．【答案】A【解析】因为任意两颗同步卫星之间的距离为，则根据几何知识可得同步卫星的轨道半径为，根据万有引力定律可得，再根据公式可得，，A正确，B错误，根据公式可得,CD错误，【考点】考查了天体运动规律点评：在此类型的题目中，涉及的公式比较多，所以一定要注意公式的选取2.随着世界航空事业的发展，深太空探测已逐渐成为各国关注的热点．假设深太空中有一颗外星球，质量是地球质量的2倍，半径是地球半径的1/2．则下列判断正确的是（）A．该外星球的同步卫星周期一定小于地球同步卫星周期B．某物体在该外星球表面上所受重力是在地球表面上所受重力的8倍C．该外星球上第一宇宙速度是地球上第一宇宙速度的2倍D．绕该外星球的人造卫星和以相同轨道半径绕地球的人造卫星运行速度相同【答案】BC【解析】因为同步卫星的轨道半径关系未知，所以确定星球同步卫星和地球同步卫星的周期关系，故A错根据，已知质量是地球质量的2倍，半径是地球半径的1/2．所以物体在该外星球表面上所受重力是在地球表面上所受重力的8倍，故B对根据万有引力提供向心力：，可知第一宇宙速度，星球质量是地球质量的2倍，半径是地球半径的1/2，则该外星球上第一宇宙速度是地球上第一宇宙速度的2倍，故C对因为该星球质量跟地球质量不相等，所以绕该外星球的人造卫星和以相同轨道半径绕地球的人造卫星运行速度不同，故D错所以选BC3.已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。

若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为A．6小时B．12小时C．24小时D．36小时【答案】B【解析】略4.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。

专题、地球同步卫星【方法归纳】：卫星绕地球的运动，万有引力提供向心力。

卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道平面一定过地心，轨道半径等于卫星与地心的距离。

地球同步卫星的轨道一定与赤道共面，其周期等于地球自转周期。

卫星问题是高考热点，解决地球同步卫星问题的方法是，根据题述条件及物理情景，利用卫星周期等于地球自转周期，应用卫星相关规律列出相应方程联立解得。

例49．（2010全国理综2）已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。

若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为A ．6小时 B. 12小时 C. 24小时 D. 36小时【解析】设地球半径为R 1，某行星的半径为R 2，则地球的同步卫星的周期为T 1=24小时，轨道半径为r 1=7R 1，密度ρ1。

某行星的同步卫星周期为T 2，轨道半径为r 2=3.5R 2，密度ρ2=ρ1/2。

地球质量M 1=ρ1·34πR 13，某行星的质量M 2=ρ2·34πR 23，根据牛顿第二定律和万有引力定律分别有 1211213111)2(34r T m r R Gm ππρ=⨯，2222223222)2(34r T m r R Gm ππρ=⨯ 两式化简得T 2= T 1/2=12小时，选项B 正确。

【答案】B【点评】要注意卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r=卫星离地面的高度h+地球半径R 。

衍生题1。

地球上空有人造地球同步通讯卫星，它们向地球发射微波。

但无论同步卫星的数目增加到多少个，地球表面总有一部分面积不能直接收到它们发射的微波，求这个面积的大小。

已知地球半径为0R ==6.4⨯610m 半径为R 、高为h 的球冠的表面积为1S =2πRh 球的表面积2S =4π2R ,结果保留一位有效数字.【解析】如图所示，因为同步卫星总是在赤道上空，其高度一定，由同步卫星所在处画一条到地球表面的切线，可见两极地区周围的区域内就接收不到微波信号。

专题5.8 同步卫星一．选择题1. (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T1、T2，地球自转周期为T0，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．T0＝T1D．T1<T2【参考答案】BC2.（2018广州一模）如图，已知现在地球的一颗同步通讯卫星信号最多覆盖地球赤道上的经度范围为2α。

假设地球的自转周期变大，周期变大后的一颗地球同步通讯卫星信号最多覆盖的赤道经度范围为2β，则前后两次同步卫星的运行周期之比为A.B.C. D. 【参考答案】A【命题意图】本题考查万有引力定律、同步卫星的运动及其相关的知识点。

3．(2018·常州一模)如图所示，卫星1为地球同步卫星，卫星2是周期为3小时的极地卫星，只考虑地球引力，不考虑其他作用的影响，卫星1和卫星2均绕地球做匀速圆周运动，两轨道平面相互垂直，运动过程中卫星1和卫星2有时处于地球赤道上某一点的正上方。

下列说法中正确的是( ) A ．卫星1和卫星2的向心加速度之比为1∶16 B ．卫星1和卫星2的线速度之比为2∶1C ．卫星1和卫星2处在地球赤道的某一点正上方的周期为24小时D ．卫星1和卫星2处在地球赤道的某一点正上方的周期为3小时 【参考答案】AC【名师解析】由万有引力提供向心力有G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ，得出r ＝ 3GMT 24π2，卫星1和卫星2的周期之比为8∶1，可得轨道半径之比为4∶1，由G Mm r 2＝ma 得出a ＝G M r2，可知向心加速度之比为1∶16，A 项正确；根据G Mm r 2＝m v 2r 得出v ＝ GMr，可知线速度之比为1∶2，B 项错误；从两卫星处于赤道正上方某点开始计时，卫星1转8圈时，卫星2刚好转一圈，两卫星再次在该点相遇，C 项正确，D 项错误。

高三物理同步卫星试题答案及解析1.目前在地球同步轨道上运行的同步卫星，下列说法中正确的是（）A．向心力大小相同B．周期相同C．向心加速度相同D．离地心的距离相同【答案】BD【解析】同步卫星绕地球做匀速圆周运动的卫星，它们运动周期与地球自转周期相等，因此根据开普勒定律，则离地心的距离相同，所以B、D正确；但在不同位置，加速度方向不同，则C错，又由于不同卫星质量可能不同，则向心力大小不一定相同，则错。

【考点】本题考查向心加速度、人造卫星、同步卫星、万有引力及其在天体运动中应用。

2.（12分）利用水流和太阳能发电，可以为人类提供清洁能源。

水的密度ρ=1×103kg/m3，太阳光垂直照射到地面上时的辐射功率P=1×103W/m2，地球半径为R=6.4×106m，地球表面的重力加速度取g=10m/s2。

⑴写出太阳光照射到地球表面的总功率P的字母表达式；⑵发射一颗卫星到地球同步轨道上（轨道半径约为地球半径的6.6≈倍）利用太阳能发电，然后通过微波持续不断地将电力输送到地面，这样就建成了太阳能发电站。

求卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小（答案保留两位有效数字）；⑶三峡水电站水库面积约为S=1×109m2，平均流量Q=1.5×104m3/s，水库水面与发电机所在位置的平均高度差为h=100m，发电站将水的势能转化为电能的总效率η1=60%。

在地球同步轨道上，太阳光垂直照射时的辐射功率为1.4P0。

太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率为η2=20％，将电能输送到地面的过程要损失50%。

若要使⑵中的太阳能发电站在被太阳照射时地面接收到的电功率相当于三峡电站发电的平均功率，卫星上太阳能电池板的面积应为多大？(保留一位有效数字)【答案】⑴πR2P⑵0.23m/s2⑶6×107m2【解析】（1）如图所示，地球表面接受太阳光照射的有效面积是投影面积πR2，太阳光照射到地球表面的总功率P的表达式为：P=πR2P(2)万有引力提供向心力得，地球引力场的重力加速度,所以卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小（3）三峡发电每秒提供的重力势能为ρQgh，提供的平均电功率为ρQghη1；太阳能电站每秒接收的太阳能为1.4P0S，输送到地面的平均电功率为1.4PSη250%。

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。

专题强化练四A对点训练—-练熟基础知识题组一近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运动问题1．(多选)将月球、地球同步卫星和静止在地球赤道上的物体三者进行比较,下列说法正确的是(）．A．三者都只受万有引力的作用，万有引力都提供向心力B．月球的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度C．地球同步卫星的角速度与静止在地球赤道上的物体的角速度相同D．地球同步卫星相对地心的线速度与静止在地球赤道上的物体相对地心的线速度大小相等解析静止在地球赤道上的物体不仅受万有引力作用，还受地面的支持力作用，A错误；由错误!＝ma可得a＝错误!，因月球绕地球运转的轨道半径大于地球同步卫星的轨道半径，故月球的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度，B正确；地球同步卫星绕地球运转的周期与静止在地球赤道上物体的周期相同，所以角速度相同，C正确；由v＝ωR可知，D错误．答案BC2．(多选）如图3所示,地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星q 均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设e、p、q的圆周运动速率分别为v1、v2、v3,向心加速度分别为a1、a2、a3,则(）．图3A．v1>v2〉v3B．v1〈v3<v2C．a1〉a2〉a3D．a1〈a3<a2解析由题意可知：山丘与同步卫星角速度、周期相同，由v＝ωr,a＝ω2r可知v1〈v3、a1〈a3；对同步卫星和近地资源卫星来说,满足v＝错误!、a＝错误!，可知v3<v2、a3〈a2，对比各选项可知B、D正确．答案BD3．(多选）某空间站正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致．关于该空间站说法正确的有（）．A．其运行的加速度一定等于其所在高度处的重力加速度B．其运行的速度等于同步卫星运行速度的错误!倍C．站在地球赤道上的人观察到它向东运动D．在空间站工作的宇航员因受力平衡而在空间站内悬浮或静止解析空间站运行的加速度和其所在位置的重力加速度均由其所受万有引力提供，故A正确；由G错误!＝m错误!⇒v＝错误!,运行速度与轨道半径的平方根成反比，并非与离地高度的平方根成反比，故B错误；由G错误!＝m错误!2R⇒T＝2πR错误!，所以空间站运行周期小于地球自转的周期，故C正确；空间站内的宇航员所受万有引力完全提供向心力，处于完全失重状态，D错误．答案AC4．(多选）同步卫星离地心距离为r，运行速度为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则以下正确的是（)．A。

高三物理同步卫星试题答案及解析1.关于同步卫星(它相对于地面静止不动)，下列说法中不正确的是( ).A．它一定在赤道上空B．同步卫星的高度和速率是确定的值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】D【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正确；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，故C正确；根据C选项分析，故D错误．故选D。

【考点】同步卫星；万有引力定律的应用。

2.目前我国已发射北斗导航地球同步卫星十六颗，大大提高了导航服务质量，这些卫星A．环绕地球运行可以不在同一条轨道上B．运行角速度相同C．运行速度大小相等，且都大于7.9km/sD．向心加速度大于静止在赤道上物体的向心加速度的大小。

【答案】B、D【解析】同步卫星的特点：①周期、角速度一定，与地球自转周期、角速度相同；②轨道平面在赤道平面上；③距离地面的高度一定；④环绕速度一定，环绕方向与地球自转方向相同；⑤向心加速度大小一定。

所以A错误，B正确；第一宇宙速度是最大的环绕速度，所以同步卫星的环绕速度小于7.9km/s，C错误；由向心加速度可知角速度相同，向心加速度随轨道半径的增大而增大，所以D正确。

【考点】本题主要考查同步卫星的特点运动规律。

3.关于地球同步卫星，下列说法中正确的是A．它运行的线速度大小介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B．它运行的线速度大小一定小于第一宇宙速度C．各国发射的这种卫星的运行周期都不一样D．各国发射的这种卫星的轨道半径都不一样【答案】B【解析】第一宇宙速度是地球卫星的最大环绕速度，所以地球同步卫星运行的线速度大小应小于第一宇宙速度，所以A错B对；对于地球同步卫星，存在有“六同”，即：相同的轨道面、相同的周期、相同的角速度、相同的高度、相同的线速度大小、相同的向心加速度大小。