专题强化五地球同步卫星双星或多星模型专题解读1.本专题是万有引力定律在天体运行中的特殊运用,同步卫星是与地球(中心)相对静止的卫星;而双星或多星模型有可能没有中心天体,近年来常以选择题形式在高考题中出现.2.学好本专题有助于学生加深万有引力定律的灵活应用,加深力和运动关系的理解.3.需要用到的知识:牛顿第二定律、万有引力定律、圆周运动规律等.命题点一地球同步卫星1.定义:相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星.2.“七个一定”的特点:(1)轨道平面一定:轨道平面与赤道平面共面.(2)周期一定:与地球自转周期相同,即T=24h.(3)角速度一定:与地球自转的角速度相同.(4)高度一定:由G=m(R+h)得地球同步卫星离地面的高度h=3.6×107m.(5)速率一定:v==3.1×103m/s.(6)向心加速度一定:由G=ma得a==gh=0.23m/s2,即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度.(7)绕行方向一定:运行方向与地球自转方向相同.例1(2016·全国Ⅰ卷·17)利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯.目前,地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍.假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为()A.1hB.4hC.8hD.16h答案B解析地球自转周期变小,卫星要与地球保持同步,则卫星的公转周期也应随之变小,由开普勒第三定律=k可知卫星离地球的高度应变小,要实现三颗卫星覆盖全球的目的,则卫星周期最小时,由数学几何关系可作出它们间的位置关系如图所示.卫星的轨道半径为r==2R由=得=.解得T2≈4h.解决同步卫星问题的“四点”注意1.基本关系:要抓住:G=ma=m=mrω2=mr.2.重要手段:构建物理模型,绘制草图辅助分析.3.物理规律:(1)不快不慢:具有特定的运行线速度、角速度和周期.(2)不高不低:具有特定的位置高度和轨道半径.(3)不偏不倚:同步卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上,只能静止在赤道上方的特定的点上.4.重要条件:(1)地球的公转周期为1年,其自转周期为1天(24小时),地球的表面半径约为6.4×103km,表面重力加速度g约为9.8m/s2.(2)月球的公转周期约27.3天,在一般估算中常取27天.(3)人造地球卫星的运行半径最小为r=6.4×103km,运行周期最小为T=84.8min,运行速度最大为v=7.9km/s.1.(2016·四川理综·3)国务院批复,自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”.如图1所示,1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号,目前仍然在椭圆轨道上运行,其轨道近地点高度约为440km,远地点高度约为2060km;1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35786km的地球同步轨道上.设东方红一号在远地点的加速度为a1,东方红二号的加速度为a2,固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3,则a1、a2、a3的大小关系为()图1A.a2>a1>a3B.a3>a2>a1C.a3>a1>a2D.a1>a2>a3答案D解析由于东方红二号卫星是同步卫星,则其角速度和赤道上的物体角速度相等,根据a=ω2r,r2>r3,则a2>a3;由万有引力定律和牛顿第二定律得,G=ma,由题目中数据可以得出r1a2>a3,选项D正确.2.(2014·天津·3)研究表明,地球自转在逐渐变慢,3亿年前地球自转的周期约为22小时.假设这种趋势会持续下去,地球的其他条件都不变,未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比()A.距地面的高度变大B.向心加速度变大C.线速度变大D.角速度变大答案A解析地球的自转周期变大,则地球同步卫星的公转周期变大.由=m(R+h),得h=-R,T变大,h变大,A正确.由=ma,得a=,r增大,a减小,B错误.由=,得v=,r增大,v减小,C错误.由ω=可知,角速度减小,D错误.3.(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.=B.=()2C.=D.=答案AD解析设地球的质量为M,同步卫星的质量为m1,在地球表面绕地球做匀速圆周运动的物体的质量为m2,根据向心加速度和角速度的关系...