备战2025高考物理3年高考2年模拟1年原创专题5.6卫星运动物理量的比较含解析

PAGEPAGE1专题5.6卫星运动物理量的比较【考纲解读与考频分析】卫星运动的物理量比较是高考考查万有引力定律的应用的重要角度，高考命题频率较高。【高频考点定位】：卫星运动的物理量比较考点一：卫星运动的物理量比较【3年真题链接】1．（2024海南物理·4）2024年5月，我国第45颗北斗卫星放射胜利。已知该卫星轨道距地面的高度约为36000km，是“天宫二号”空间试验室轨道高度的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=m，解得v=，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=mr（）2，解得T=2π，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G=mω2r，解得ω=，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=ma，解得a=，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.（2024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】第一宇宙速度是全部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；依据可知，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；依据可知，向心加速度小于地面的重力加速度，选项D错误；故选C.3.（2024海南高考物理）土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多。由此信息可知（）A.土星的质量比火星的小B.土星运行的速率比火星的小C.土星运行的周期比火星的小D.土星运行的角速度大小比火星的大【参考答案】B【命题意图】此题考查万有引力定律、天体的运动及其相关的学问点。【解题思路】依据题述，土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多，即土星围绕太阳做匀速圆周运动的半径是火星围绕太阳做匀速圆周运动轨道半径的6倍多，依据万有引力等于向心力，G=m可知，轨道半径越大，运行速率越小，即土星运行的速率比火星的小，选项B正确；依据万有引力等于向心力，G=mr2可知，轨道半径越大，周期越大，即土星运行的周期比火星的大，选项C错误；依据万有引力等于向心力，G=mrω2可知，轨道半径越大，角速度越小，即土星运行的角速度大小比火星的小，选项D错误。依据题述信息，不能得出土星的质量比火星质量的关系，选项A错误。4.（2024高考全国理综III）为了探测引力波，“天琴安排”预料放射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（）A．2:1B．4:1C．8:1D．16:1【参考答案】C【命题意图】本题考查卫星的运动、开普勒定律及其相关的学问点。【解题思路】设地球半径为R，依据题述，地球卫星P的轨道半径为RP=16R，地球卫星Q的轨道半径为RQ=4R，依据开普勒定律，==64，所以P与Q的周期之比为TP∶TQ=8∶1，选项C正确。【易错警示】解答此题常见错误是：把题述的卫星轨道半径误认为是卫星距离地面的高度，陷入误区。5．（2024高考江苏卷物理4）1970年胜利放射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G．则（）（A） （B）（C） （D）【参考答案】B【名师解析】“东方红一号”从近地点到远地点万有引力做负功，动能减小，所以，过近地点圆周运动的速度为，由于“东方红一号”在椭圆上运动，所以，故选项B正确。6．（2024高考北京理综卷18）2024年5月17日，我国胜利放射第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．放射速度大于其次宇宙速度D．若放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放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，所以入轨后肯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肯定小于第一宇宙速度，故B错误；由于其次宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小放射速度，所以卫星的放射速度肯定小于其次宇宙速度，故C错误；将卫星放射到越高的轨道克服引力所作的功越大，所以放射到近地圆轨道所需能量较小，故D正确。7．（2024全国理综III卷15）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金<R地<R火，由此可以判定（）A．a金>a地>a火 B．a火>a地>a金C．v地>v火>v金 D．v火>v地>v金【参考答案】A【名师解析】由G=ma，解得a=,已知它们的轨道半径R金<R地<R火，由此可以判定a金>a地>a火，选项A正确B错误；由G=m，解得v=,已知它们的轨道半径R金<R地<R火，由此可以判定v火<v地<v金，选项CD错误。,8．（2024江苏高考物理）我国高分系列卫星的高辨别对地视察实力不断提高．今年5月9日放射的“高分五号”轨道高度约为705km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动．与“高分四号冶相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（）（A）周期 （B）角速度 （C）线速度 （D）向心加速度【参考答案】A【命题意图】本题考查万有引力定律、卫星及其相关学问点。【解题思路】由G=m，解得v=，由G=mrω2，解得ω=，由T=2π/ω解得T=2π；由G=ma，解得a=,因为“高分四号”轨道半径大于“高分五号”轨道半径，“高分五号”减小的是周期，选项A正确BCD错误。【关键点拨】：本题考查人造卫星运动特点，解题时要留意两类轨道问题分析方法：一类是圆形轨道问题，利用万有引力供应向心力，即求解；一类是椭圆形轨道问题，利用开普勒定律求解。9.（2024年4月浙江选考）如图所示，设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动，金星自身的半径是火星的n倍，质量为火星的k倍。不考虑行星自转的影响，则（）A．金星表面的重力加速度是火星的倍B．金星的“第一宇宙速度”是火星的倍C．金星绕太阳运动的加速度比火星小D．金星绕太阳运动的周期比火星大【参考答案】B

【考点】本题主要考察学问点：天体运动

【名师解析】由黄金代换公式GM=gR2可知重力加速度g=GM/R2,所以==，选项A错误，由万有引力供应近地卫星做匀速圆周运动的向心力可知G=m,解得v1=，所以==，选项B正确；由高轨道低速大周期知，金星做圆周运动的加速度较大，周期较小，选项CD错误。10．.(2024江苏高考物理)如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积．下列关系式正确的有（）（A）TA>TB（B）EkA>EkB（C）SA=SB（D）【参考答案】D【名师解析】由G=mR()2，解得T=2π.由此可知，TA>TB，选项A正确。由G=m，Ek=mv2，解得：Ek=，由此可知，EkA<EkB，选项B错误。卫星与地心连线在单位时间内扫过的面积S=vR/2。由G=m，可得（vR）2=GMR，由于两卫星轨道半径R不同，所以卫星与地心连线在单位时间内扫过的面积S不等，选项C错误。由开普勒定律可知，，选项D正确。【2年模拟再现】1.（2024年1月湖北黄冈调研）据报道，2024年我国首颗“人造月亮”将完成从放射、入轨、绽开到照明的整体系统演示验证。“人造月亮”是一种携带大型空间反射镜的人造空间照明卫星，将部署在距离地球500km以内的低地球轨道上，其亮度是月球亮度的8倍，可为城市供应夜间照明。假设“人造月亮”绕地球做匀速圆周运动，则“人造月亮”在轨道上运动时（）A．“人造月亮”的线速度等于第一宇宙速度B．“人造月亮”的角速度大于月球绕地球运行的角速度C．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度D．“人造月亮”的公转周期大于月球绕地球运行的周期【参考答案】B【名师解析】依据第一宇宙速度的意义可知，绕地球表面运行的卫星的线速度等于第一宇宙速度，由G=m可得v=，“人造月亮”在距离地球500km以内的低地球轨道上运动，r>R,，其“人造月亮”的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；由G=mrω2可得ω=。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”的角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项B正确；由G=ma和G=mg可知，“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度，选项C错误；由G=mr()2可得T=2π。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”绕地球运动的周期小于月球绕地球运行的周期，选项D错误。【名师点评】本题以即将放射的“人造月亮”为情景，意在考查敏捷运用万有引力供应向心力分析解决问题的实力。解答卫星相关问题时，若涉及线速度，其向心力可用公式F=m；若涉及角速度，其向心力可用公式F=mrω2；若涉及周期，其向心力可用公式F=mr()2。2.（2024成都三模）2024年初，《流浪地球》的热映激起了人们对天体运动的广泛关注。木星的质量是地球的317.89倍，已知木星的一颗卫星甲的轨道半径和地球的卫星乙的轨道半径相同，且它们均做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（）A．卫星甲的周期可能大于卫星乙的周期B．卫星甲的线速度可能小于卫星乙的线速度C．卫星甲的向心加速度肯定大于卫星乙的向心加速度D．卫星甲所受的万有引力肯定大于卫星乙所受的万有引力【参考答案】C【命题意图】本题以热播电影《流浪地球》切入，考查考查万有引力定律、牛顿运动定律、匀速圆周运动和向心力公式及其相关学问点。【解题思路】由G=mr（）2可得：T=2π，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的周期小于地球卫星乙的周期，选项A错误；由G=m）2可得：v=，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的线速度小于地球卫星乙的线速度，选项B错误；由G=ma解得：a=G，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的向心加速度大于地球卫星乙的向心加速度，选项C正确；由于题述没有给出两颗卫星质量的关系，不能确定两颗卫星所受万有引力的关系，选项D错误。【方法归纳】对于卫星围绕天体运动问题，一般采纳万有引力供应向心力列方程解答。比较两个天体的相关物理量，采纳比值法解答简便。3.(2024·银川市高三联考)我国首颗量子科学试验卫星于2024年8月16日1点40分胜利放射。量子卫星胜利运行后，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试验体系。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eq\f(n3,m3)B.同步卫星与P点的速度之比为eq\f(1,n)C.量子卫星与同步卫星的速度之比为eq\f(n,m)D.量子卫星与P点的速度之比为eq\r(\f(n3,m))【参考答案】D【名师解析】由开普勒第三定律eq\f(Req\o\al(3,同),Req\o\al(3,量))＝eq\f(Teq\o\al(2,同),Teq\o\al(2,量))可知，eq\f(Teq\o\al(2,同),Teq\o\al(2,量))＝eq\f(n3,m3)，可知同步卫星与量子卫星的运行周期之比为eq\r(\f(n3,m3))，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＝eq\f(2π,T)r可得同步卫星与P点的速度之比为v同∶vP＝n∶1，选项B错误；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)解得v＝eq\r(\f(GM,r))，量子卫星与同步卫星的速度之比为eq\f(v量,v同)＝eq\r(\f(R同,R量))＝eq\r(\f(n,m))，选项C错误；量子卫星与P点的速度之比为eq\f(v量,vP)＝eq\f(v量,v同)·eq\f(v同,vP)＝eq\r(\f(n3,m))，选项D正确。4.（2024沈阳东北育才学校模拟8）某人造地球卫星绕地球的运动轨迹为椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，已知卫星在近地点的速率为v1、加速度大小为a1、到地心距离为r1，卫星在远地点的速率为v2、加速度大小为a2、到地心距离为r2．则（）A.a1＜a2B.a1r1＞v12 C..a2r2＞v22D.v1r1=v2r2【参考答案】CD

【名师解析】卫星在运行过程中，只受万有引力作用，由牛顿其次定律有，可得加速度，由于r1＜r2，故a1＞a2，故A错误；若卫星从近地点起先做匀速圆周运动，相当于做向心运动，则轨道半径为r1，线速度小于v1，所以有，同理若卫星从远地点起先做匀速圆周运动，则相当于做离心运动，线速度大于v2，同理有，故B错误，C正确；

D．在近地点与远地点选一相同的、很短的时间间隔△t，则依据开普勒其次定律有，可得v1r1=v2r2，故D正确。【关键点拨】。

卫星绕地球运动在近地点和远地点万有引力与向心力不等，依据万有引力的大小，通过牛顿其次定律得出结论；卫星在近地点做离心运动，须要的向心力大于供应的力，卫星在远地点做向心运动，须要的向心力小于供应的力；依据开普勒其次定律分析D选项。解决本题的关键知道在近地点和远地点万有引力不等于向心力，不能依据万有引力供应向心力求出，要依据轨道变换的原理进行分析；驾驭开普勒其次定律的应用。预料考点一：卫星运动的物理量比较【2年模拟再现】1．（2024洛阳联考）如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是()A．线速度vA<vB<vC B．万有引力FA>FB>FCC．角速度：ωA>ωB>ωC D．向心加速度aA<aB<aC【参考答案】C【名师解析】因为卫星的质量大小关系不知，所以卫星的万有引力大小关系无法推断，B错误；卫星绕地球做圆周运动，有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mrω2＝ma向，得v＝eq\r(\f(GM,r))，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，a向＝eq\f(GM,r2)，由于rA<rB<rC，则vA>vB>vC，ωA>ωB>ωC，aA>aB>aC，故A、D错误，C正确．2．(2024·天津六校联考)如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是()A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cD．a卫星由于某种缘由，轨道半径缓慢减小，则其机械能渐渐增大【参考答案】B【名师解析】卫星绕地球做圆周运动，万有引力供应向心力Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，b、c的轨道半径相等，故b、c的线速度大小相等但小于a的线速度，A错误．依据万有引力供应向心力Geq\f(Mm,r2)＝ma，得a＝eq\f(GM,r2)，由此可知，轨道半径越小，加速度越大，故a的向心加速度大于b、c的向心加速度，B正确．c加速，万有引力不够供应向心力，做离心运动，离开原轨道，所以不会与同轨道上的卫星相遇，C错误．卫星由于某种缘由，轨道半径缓慢减小，万有引力以外的力做负功，机械能减小，D错误．3．(2024·湖南邵阳月考)两颗人造卫星绕地球逆时针运动，卫星1、卫星2分别沿圆轨道、椭圆轨道运动，圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点，某时刻两卫星与地球在同始终线上，如图所示，下列说法中正确的是()A．两卫星在图示位置的速度v2＝v1B．两卫星在A处的加速度大小相等C．两颗卫星在A或B点处可能相遇D．两卫星恒久不行能相遇【参考答案】BD【名师解析】v2为椭圆轨道的远地点速度，速度最小，v1表示做匀速圆周运动的速度，v1>v2，故A错误；两个轨道上的卫星运动到A点时，所受的万有引力产生加速度a＝GM/r2，加速度相同．故B正确；椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，依据开普勒第三定律知，两颗卫星的运动周期相等，则不会相遇，故D正确，C错误．4.(2024·山东微山一中期末)(多选)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，且大于a的周期C.b、c向心加速度相等，且大于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【参考答案】BD【名师解析】依据F＝Geq\f(Mm,r2)，可知c所需的向心力大于b所需的向心力，选项A错误；由Geq\f(Mm,r2)＝ma＝meq\f(v2,r)＝mr(eq\f(2π,T))2，可得a＝eq\f(GM,r2)，v＝eq\r(\f(GM,r))，T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，可知b、c周期相等，且大于a的周期，选项B正确；b、c加速度相等，且小于a的加速度，选项C错误；b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度，选项D正确。【1年仿真原创】1.如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积。下列关系式正确的有()A.TA>TB B.EkA>EkBC.SA＝SB D.eq\f(Req\o\al(3,A),Teq\o\al(2,A))＝eq\f(Req\o\al(3,B),Teq\o\al(2,B))【参考答案】AD【名师解析】由eq\f(GMm,R2)＝eq\f(mv2,R)＝meq\f(4π2,T2)R和Ek＝eq\f(1,2)mv2可