高考物理一轮复习 考点巩固卷30 同步卫星、近地卫星和人造卫星的理解和应用（解析版）

考点巩固卷30同步卫星、近地卫星和人造卫星的理解和应用建议用时：50分钟考点序号考点题型分布考点1同步卫星的理解与应用6单选考点2人造卫星的理解及应用3单选+3多选考点3同步卫星、近地卫星与赤道上物体的比较3单选+2多选考点01：同步卫星的理解与应用（6单选）一、单选题1．（2023·江西南昌·江西师大附中校考三模）中国空间站于2022年全面建成并转入应用与发展新阶段，计划于2023年5月发射天舟六号货运飞船。飞船将对接“天和”核心舱，对接完成后，可认为空间站贴近地球表面运行。已知地球的半径为，地球同步卫星离地面的高度约为，地面的重力加速度为，下列说法正确的是（）A．空间站的速度大于B．空间站的周期约为C．地球的自转周期约为D．空间站与地球同步卫星的线速度之比约为【答案】B【详解】AB．可认为空间站贴近地球表面运行，根据万有引力提供向心力可得又解得空间站的速度为空间站的周期为故A错误，B正确；C．地球同步卫星的周期等于地球的自转周期，则有解得地球的自转周期为故C错误；D．根据万有引力提供向心力可得解得可得空间站与地球同步卫星的线速度之比为故D错误。故选B。2．（2023·黑龙江齐齐哈尔·统考三模）让宇航员不坐火箭就能上天，《流浪地球2》中的太空电梯何日能实现．如图所示，电影中质量为m的宇航员乘坐赤道上的太空电梯，上升到距离地面高度h处而停在电梯内．已知地球的半径为R，质量为M，自转周期为T，万有引力常量为G，地球同步卫星距离地面的高度为H，下列说法正确的是（

）

A．宇航员停在太空电梯内时，运动状态不发生改变，所受合外力为零B．当时，字航员受到的支持力为C．当时，万有引力大于宇航员做圆周运动的向心力D．当时，宇航员受到向下的压力为【答案】D【详解】A．宇航员停在太空电梯中时，实际是随着地球在自转，速度方向发生变化，受合外力不为零，选项A错误；B．当，对宇航员进行受力分析，由圆周运动的规律可得解得宇航员受到的支持力为选项B错误；C．当时万有引力正好等于宇航员做圆周运动的向心力，选项C错误；D．当，由可得选项D正确。故选D。3．（2023·广东佛山·统考模拟预测）科幻电影《流浪地球2》中的“太空电梯”给观众带来了强烈的视觉冲击，标志我国科幻电影工业能力的进步。如图所示，“太空电梯”由地面基站、缆绳、箱体、同步轨道上的空间站、配重组成，缆绳相对地面静止，箱体可以沿缆绳将人和货物从地面运送到空间站。下列说法正确的是（）

A．地面基站可以选址建在佛山B．箱体在上升过程中受到地球的引力越来越小C．配重的线速度小于同步空间站的线速度D．若同步空间站和配重间的绳断开，配重将靠近地球【答案】B【详解】A．根据题意可知，缆绳相对地面静止，则整个同步轨道一定在赤道正上方，所以地面基站不可能选址建在佛山，故A错误；B．箱体在上升过程中受到地球的引力为万有引力随着箱体与地球距离的增加而减小，故B正确；C．根据“太空电梯”结构，由公式可知，配重和同步空间站的角速度相同，空间站的环绕半径小于配重的环绕半径，所以配重的线速度大于同步空间站的线速度，故C错误；D．根据题意可知，配重在万有引力和缆绳拉力合力作用下做圆周运动，若同步空间站和配重间的绳断开，拉力消失，配重与地球之间的万有引力小于配重做圆周运动的向心力，配重会做离心运动，故D错误。故选B。4．（2023·安徽合肥·合肥一中校考模拟预测）在地球赤道某处有一天文观测站，观测站一名观测员一次偶然机会发现一颗人造卫星从观测站的正上方掠过，然后他就对这颗卫星进行跟踪，发现这颗卫星每两天恰好有四次从观测站的正上方掠过。若地球自转周期为T，假设卫星做匀速圆周运动且运行方向与地球自转方向相同，地球半径为，地球表面加速度为，则下列判断正确的是（）A．卫星周期为TB．卫星轨道半径为C．卫星运行速度小于地球同步卫星速度D．卫星加速度小于地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度【答案】B【详解】A．由于每两天恰有4次经过，所以卫星的周期为，故A错误B．由得又所以故B正确；C．由于卫星周期小于同步卫星周期，所以速度大于同步卫星速度。故C错误；D．卫星的加速度大于同步卫星加速度，而同步卫星加速度大于地球赤道上物体的加速度，所以卫星加速度大于地球赤道上物体的加速度。故D错误。故选B。5．（2023·四川成都·统考三模）电影《流浪地球2》中的太空电梯令人震撼。太空电梯的结构设计如右图所示，地球半径约，太空电梯空间站位于离地面约的地球同步轨道上，其上方约高度有平衡锤，空间站上、下方均用缆绳分别连接地面和平衡锤，运载仓与缆绳间的作用力可忽略。下列说法正确的是（）

A．运载仓由地面上升至空间站的过程中始终处于失重状态B．连接空间站的上、下两根缆绳对空间站的拉力大小相等C．平衡锤、空间站的加速度与地球表面重力加速度的大小关系为D．若平衡锤下方的缆绳突然断裂，则平衡锤将做近心运动跌落至地球表面【答案】B【详解】A．根据“太空电梯”结构可知运载仓由地面上升至空间站的过程中，角速度不变，线速度逐渐增大，运载仓不是始终处于失重状态，故A错误；B．由于太空电梯空间站处于地球同步轨道上，可知地球对它的万有引力刚好提供其绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，则连接空间站的上、下两根缆绳对空间站的拉力大小相等，方向相反，故B正确；C．对于太空电梯空间站，地球对它的万有引力刚好提供向心力，则有又可得根据，可得联立可知平衡锤、空间站的加速度与地球表面重力加速度的大小关系为故C错误；D．根据题意可知，若平衡锤下方的缆绳突然断裂，平衡锤与地球之间的万有引力将不足以提供平衡锤做圆周运动所需的向心力，因此平衡锤将做离心运动，故D错误。故选B。6．（2023·海南省直辖县级单位·校考模拟预测）2022年11月30日，神舟十五号载人飞船与空间站完成对接，“胜利会师”的两个航天员乘组一起在中国人自己的“太空家园”留下了足以载入史册的太空合影（如图所示）。空间站绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面高度约为。下列说法正确的是（

）A．空间站的线速度小于同步卫星的线速度B．完成对接后中国空间站的质量增大，但运行速度大小不变C．空间站内的航天员处于平衡状态D．神舟十五号载人飞船的发射速度小于【答案】B【详解】A．同步卫星的轨道距离地面大约，即同步卫星的轨道半径远大于空间站的轨道半径，根据公式可知轨道半径越小线速度越大，所以空间站的线速度大于同步卫星的线速度，故A错误；B．完成对接后空间站的质量增大，但仍然遵从万有引力提供向心力的规律，即整理得即空间站运行速度大小不变，故B正确；C．空间站内的航天员受到了地球的万有引力作用，所受合力不为零，所以不是平衡状态，故C错误；D．神舟十五号载人飞船要到达离地面的轨道高度，其发射速度必须大于第一宇宙速度，即，否则只能在地面附近绕地球做圆周运动，或者不能发射成功，故D错误。故选B。考点02：人造卫星的理解及应用（3单选+3多选）一、单选题1．（2023·江苏镇江·统考三模）如图为地球的三个卫星轨道，II为椭圆轨道，其半长轴为a，周期为T，I、III为圆轨道，且III的半径与II的半长轴相等，III与II相交于M点，I与II相切于N点，三颗不同的卫星A、B、C分别运行在轨道I、II、III上，已知引力常量为G，则（）

A．由题中条件可求得地球质量B．B、C在M点的向心加速度大小相等C．A、B经过N点时的所受地球引力相同D．A、B与地心的连线在相等时间内扫过的面积相等【答案】A【详解】A．椭圆轨道II半长轴为a，周期为T，I、III为圆轨道，由于III的半径与II的半长轴相等，由开普勒第三定律可知圆轨道III的半径为a，卫星C的周期为T，则解得地球的质量故A正确；B．由，解得所以B、C在M点的加速度大小相等，由于卫星B做变速圆周运动，卫星B的加速度与向心加速度不等，所以B、C在M点的向心加速度大小不相等，故B错误；C．A、B的质量未知，由可知A、B经过N点时的所受地球引力不一定相同，故C错误；D．由开普勒第二定律可知同一卫星与地心的连线在相等时间内扫过的面积相等，A、B与地心的连线在相等时间内扫过的面积不一定相等，故D错误。故选A。2．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考模拟预测）在国产科幻电影《流浪地球2》中，太空电梯是其重要的科幻元素，其结构主要由地面基座、缆绳、空间站、平衡锤、运载仓组成，如图所示。地面基座为缆绳的起始段，主要起到固定作用，空间站位于距离地表36000km的地球静止同步卫星轨道，并在距离地表90000km的尾端设置了平衡锤，空间站、平衡锤、地面基座之间由若干碳纳米缆绳垂直连接，运载仓可沿缆绳上下运动。已知空间站、平衡锤与地球自转保持同步，则（）

A．平衡锤的加速度小于空间站的加速度B．平衡锤的线速度小于空间站的线速度C．平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力D．若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，平衡锤将坠落地面【答案】C【详解】AB．平衡锤和空间站的角速度相等，根据，可知平衡锤的加速度大于空间站的加速度；根据可知平衡锤的线速度大于空间站的线速度，故AB错误；C．平衡锤受拉力和万有引力共同作用提供向心力，所以平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力，故C正确；D．若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，则平衡锤所受引力不足以提供向心力，平衡锤做离心运动，故D错误；故选C。3．（2023·江苏盐城·盐城市伍佑中学校考模拟预测）下表为木星的两颗卫星绕木星运动的数据，由此可知木卫一（）卫星轨道半径卫星质量木卫一木卫二A．所受向心力较小 B．向心加速度较大C．线速度较小 D．周期较大【答案】B【详解】A．根据万有引力定律表达式可知木卫一质量大、轨道半径小，则木星对木卫一的引力大于木星对木卫二的万有引力，A错误；B．根据万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得可得因为木卫一的轨道半径小于木卫二的轨道半径，所以木卫一绕木星运动的向心加速度大于木卫二绕木星运动的向心加速度，B正确；C．根据万有引力提供向心力，由得因为木卫一的轨道半径小于木卫二的轨道半径，所以木卫一绕木星的线速度大于木卫二绕木星的线速度，C错误；D．根据万有引力提供向心力，由得因为木卫一的轨道半径小于木卫二的轨道半径，所以木卫一绕木星的周期小于木卫二绕木星的周期，D错误。故选B。二、多选题4．（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）某载人飞船发射过程可以简化为如图所示，轨道1是椭圆轨道，变轨后到圆轨道2，A点和C点分别是轨道1的远日点和近日点，B点是轨道2上与A、C共线的点，A点距地心的距离为2r，C点距地心的距离为r，则（

）

A．飞船在轨道1上过C点的速度大于轨道2过A点的速度B．若轨道2的速度为v，则轨道1在A点的加速度为C．在轨道1上运行的周期与轨道2上运行周期的之比为D．在轨道1上由C点运动到A点的过程中，由于离地高度越来越大，所以机械能逐渐增大【答案】AB【详解】A．飞船在C点所在圆轨道变轨到轨道1需要点火加速，因此可知飞船在轨道1上C点的速度大于C点所在圆轨道的速度，而根据万有引力充当向心力有可得可知轨道半径越大，线速度越小，则可知飞船在C点所在圆轨道的速度大于轨道2上的速度，由此可知飞船在轨道1上过C点的速度大于轨道2过A点的速度，故A正确；B．根据万有引力充当向心力有可得轨道2上的A点和轨道1上的A点距离球心的距离相等，而与中心天体距离相等的点加速度大小相等，则可知轨道1在A点的加速度为故B正确；C．轨道1的半长轴，轨道2的半径为，设轨道1的周期为，轨道2的周期为，根据开普勒第三定律有解得故C错误；D．在轨道1上由C点运动到A点的过程中，动能向势能转化，总的机械能守恒，故D错误。故选AB。5．（2023·全国·校联考模拟预测）为监控非法入侵南海岛屿的船只，北斗系统中有颗近似在圆轨道上绕地球运动的卫星，该卫星距地面的高度大约为，每天累计经过岛屿正上方16次。受稀薄大气的影响，每隔一段时间须启动卫星上的发动机来修正轨道。下列说法正确的是（）A．该卫星的周期约为B．大气阻力会使该卫星的轨道变低C．该卫星的轨道平面可能与赤道共面D．发动机工作时对卫星做正功，轨道修正后卫星的动能将变大【答案】AB【详解】A．卫星每天经过岛屿正上方16次，忽略地球自转，则该卫星的运行周期为，A正确；B．大气阻力会使卫星的能量减小，轨道下降，B正确；C．我国位于赤道以北，所以该卫星的轨道平面不可能与赤道共面，C错误；D．由引力作为向心力可得发动机修正轨道时对卫星做正功，卫星轨道半径增大，速度反而减小，卫星的动能将变小，D错误。故选AB。6．（2023·吉林通化·梅河口市第五中学校考模拟预测）2022年10月9日43分，我国在酒泉卫星发射中心成功将“夸父一号”卫星发射升空，开启中国综合性太阳观测的新时代。该卫星绕地球的运动看成匀速圆周运动，距离地球表面约720千米，运行周期约99分钟，下列说法正确的是（）A．“夸父一号”发射速度大于11.2km/sB．若已知万有引力常量，利用题中数据可以估算出地球的质量C．“夸父一号”绕地球运行的速度大于地球的同步卫星的速度D．“夸父一号”的角速度小于地球自转的角速度【答案】BC【详解】A．因为11.2km/s是第二宇宙速度，是挣脱地球引力束缚的最小速度，由题意可知，“夸父一号”并未脱离地球，仍靠地球引力提供向心力，所以发射速度不会大于11.2km/s，A错误；B．根据公式可得，地球的质量若已知万有引力常量，利用题中数据可以估算出地球的质量，B正确；C．“夸父一号”的周期为99分钟，地球的同步卫星周期为24小时，由可知“夸父一号”的轨迹半径小，又由可知，“夸父一号”的速度大，C正确；D．“夸父一号”绕地球运行周期约99分钟，小于地球的自转周期24h，根据可知，其角速度大于地球自转的角速度，D错误。故选BC。考点3：同步卫星、近地卫星与赤道上物体的比较（3单选+2多选）一、单选题1．（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校考模拟预测）如图所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半径），c为地球的同步卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是（）

A．地球同步卫星都与c在同一个轨道上，并且它们受到的万有引力大小相等B．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为C．a物体与地球的万有引力全部提供给a物体随地球自转的向心力D．a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为【答案】D【详解】A．由万有引力定律可知，地球同步卫星都与c在同一个轨道上，轨道半径相等，但是卫星的质量不相等，所以它们受到的万有引力大小不相等，A错误；B．对于卫星b、c，由万有引力提供向心力解得其中所以由于卫星a、c绕地球运动的周期相等，所以其中可得所以a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为B错误；C．a物体与地球的万有引力一部分提供给a物体随地球自转的向心力，一部分为物体的重力，C错误；D．对于卫星a、c，其周期相等，所以对于卫星b、c，由万有引力提供向心力解得其中所以即a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为D正确。故选D。2．（2023·江苏南通·海安高级中学校考模拟预测）2022年10月9日，中国首颗综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，开启中国综合性太阳观测新时代。“夸父一号”卫星采用的是离地高度720千米左右、周期约99分钟的太阳同步晨昏轨道。下列说法正确的是（

）A．夸父一号的向心加速度比地球同步卫星大B．夸父一号受到地球的万有引力比地球同步卫星大C．夸父一号的角速度比静止在赤道上的物体小D．夸父一号的运行速度大于第一宇宙速度【答案】A【详解】A．根据解得夸父一号的半径小，所以夸父一号的向心加速度比地球同步卫星大，A正确；B．根据万有引力公式由于不知道卫星的质量，所以无法比较万有引力的大小，B错误；C．根据解得可知夸父一号的角速度大于同步卫星，而同步卫星的角速度与赤道上的物体相等，所以夸父一号的角速度比静止在赤道上的物体大，C错误；D．第一宇宙速度叫做最大环绕速度，夸父一号的运行速度小于第一宇宙速度，D错误；故选A。3．（2023·湖北·模拟预测）2023年2月23日19时49分，由航天科技集团一院研制的长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空，将中星26号卫星顺利送入预定轨道。中星26号卫星是一颗地球静止轨道高通量宽带通信卫星，标志着我国进入了卫星互联网的全新阶段。已知地球自转周期为T，地球半径为R，地面重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．中星26号卫星绕地球运行过程中里面的科学仪器不受重力作用，处于完全失重状态B．中星26号卫星绕地球运行的角速度大于静止于赤道上物体的角速度C．中星26号卫星距离地面的高度为D．中星26号卫星发射速度一定大于第一宇宙速度【答案】D【详解】A．中星26号卫星绕地球运行过程中里面的科学仪器依然受重力作用，因加速度向下等于重力加速度而处于完全失重，故A错误；B．中星26号是卫星是静止轨道高通量宽带通信卫星，即为同步卫星，则其绕地球运行的角速度等于静止于赤道上物体的角速度，B错误；C．对中星26号卫星，由万有引力提供向心力可知由地面附近重力近似等于引力可知联立解得中星26号卫星距离地面的高度为C错误；D．中星26号卫星为地球的卫星，则发射速度一定大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，D正确。故选D。二、多选题4．（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考一模）有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则（）A．在相同时间内a转过的弧长最长B．b的向心加速度近似等于重力加速度gC．c在6h内转过的圆心角是D．d的运动周期有可能是25h【答案】BCD【详解】A．因a在地球上，c为地球同步卫星，所以a、c角速度相同，由可知c的线速度比a的线速度大，在相同时间的c转过弧长一定比a大，故A错误；B．b为近地轨道卫