题目内容

5.已知地球自传的角速度为ω,地球半径为R,地球的质量为M,引力常量为G,假设卫星绕地球做匀速圆周运动,关于地球的同步卫星下列说法正确的是(  )
A.所有地球的同步卫星一定处于赤道的正上方,但不一定在同一个圆周上
B.所有地球的同步卫星离地面的高度相同,且等于$\root{3}{\frac{GM}{{w}^{2}}}$
C.同步卫星的线速度等于赤道表面物体的线速度
D.所有地球同步卫星的向心加速度大小、线速度大小、角速度和周期一定相等

分析 解答本题需掌握:同步卫星与地球自转同步,同步卫星的周期必须与地球自转周期相同.
物体做匀速圆周运动,它所受的合力提供向心力,也就是合力要指向轨道平面的中心.
通过万有引力提供向心力,列出等式通过已知量确定未知量.

解答 解:A、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,所以各国的同步卫星都在同一圆周上运动,故A错误;
B、根据万有引力提供向心力:$G\frac{Mm}{{r}_{\;}^{2}}=m{ω}_{\;}^{2}r$,解得$r=\root{3}{\frac{GM}{{ω}_{\;}^{2}}}$,所有地球同步卫星离地面高度相同,$h=\root{3}{\frac{GM}{{ω}_{\;}^{2}}}-R$,故B错误;
C、同步卫星的角速度与赤道表面物体的角速度相等,根据v=ωr知,同步卫星的线速度大于赤道表面物体的线速度,故C错误;
D、根据万有引力提供向心力,列出等式:$G\frac{Mm}{(R+h)_{\;}^{2}}=m\frac{4{π}_{\;}^{2}}{{T}_{\;}^{2}}(R+h)$,其中R为地球半径,h为同步卫星离地面的高度.由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,所以T为一定值,根据上面等式得出:同步卫星离地面的高度h也为一定值.由于轨道半径一定,则线速度的大小也一定,故D正确;
故选:D

点评 本题关键抓住同步卫星与地球自转同步,万有引力指向地心,还要指向轨道圆的圆心,从而确定轨道平面;同时要结合万有引力提供向心力列式分析.

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