1.问题简述天体运动中的“相遇”是指两天体运行过程中相距最近,如图甲所示;而图乙时刻,地球和行星相距最远。
2.卫星或天体相距最近或相距最远的条件
例题 [攻坚](2025·四川·高考真题)某人造地球卫星运行轨道与赤道共面,绕行方向与地球自转方向相同。该卫星持续发射信号,位于赤道的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如图所示,为地球自转周期。已知该卫星的运动可视为匀速圆周运动,地球质量为,万有引力常量为。则该卫星轨道半径为( )
答案:A
解析:设卫星转动的周期为,根据题意可得
解得
根据万有引力提供向心力
可得
代入,得
故选 A。
练习 [攻坚](2023·重庆·高考真题)(多选)某卫星绕地心的运动视为匀速圆周运动,其周期为地球自转周期的,运行的轨道与地球赤道不共面(如图)。时刻,卫星恰好经过地球赤道上点正上方。地球的质量为,半径为,引力常量为。则( )
A.卫星距地面的高度为B.卫星与位于点处物体的向心加速度大小比值为C.从时刻到下一次卫星经过点正上方时,卫星绕地心转过的角度为D.每次经最短时间实现卫星距点最近到最远的行程,卫星绕地心转过的角度比地球的多
答案:BCD
解析:卫星绕地球运转的周期为
设卫星的质量为,卫星距地面的高度为,有
联立可求得
故 A 错误。
卫星的向心加速度大小
位于点处物体的向心加速度大小
可得
故 B 正确。
从时刻到下一次卫星经过点正上方时,设卫星转了圈、点转了圈(、为正整数),则有
解得,。卫星转过的角度为
故 C 正确。
卫星距点最近或最远时,一定都在赤道正上方。每次经最短时间实现卫星距点最近到最远,需分两种情况讨论:
第一种情况:卫星转了圈再加半圈、点转了圈(、为正整数),则有
、无解,故该情况不可能。
第二种情况:卫星转了圈、点转了圈再加半圈,则有
解得,。卫星绕地心转过的角度与地球转过的角度差为
故 D 正确。故选 BCD。