第5章 第2讲 宇宙航行-2022新高考物理一轮复习【名师导航】配套Word教参(人教版)

第2讲　宇宙航行 一、卫星运行规律 1．卫星绕地球运转过程中，受到的地球的引力提供其做圆周运动所需的向心力。 2．地球同步卫星的六个“一定” (1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。 (2)周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h。 (3)高度一定：根据Gr，解得卫星离地面的高度 h＝r－R≈5.6R。＝m (4)角速度一定：与地球自转的角速度相同。 (5)速率一定：v＝ωr＝3.08 km/s。 (6)绕行方向一定：与地球自转方向一致。 思考辨析 1．同步卫星可以定位于济南上空。 (×) 2．绕地球运行的卫星，其轨道半径越大，线速率越小，向心加速度越小，周期越长，角速度越小，引力势能越大。 二、宇宙速度 1．第一宇宙速度(7.9 km/s) (1)人造卫星最小的发射速度； (2)人造卫星最大的环绕速度。 2．第二、三宇宙速度　时空观 (1)第二宇宙速度(11.2 km/s)，是卫星挣脱地球引力束缚的最小发射速度。 (2)第三宇宙速度(16.7 km/s)，是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。 (3)经典时空观：在经典力学里，物体的质量是不随运动状态而改变的；同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是相同的。 (4)相对论时空观：在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是不同的。 思考辨析 1．发射探月卫星的速度必须大于第二宇宙速度。 (×) 2．同步卫星的速度一定大于第一宇宙速度。 (×) 3．如何求解某一星体的第一宇宙速度？ 提示：由 ，此时的v即为该星体的第一宇宙速度。，解得v＝＝ 不同星体的第一宇宙速度是不同的，一般情况下不加说明的第一宇宙速度指的是地球的第一宇宙速度。 考点1　人造卫星运行问题(能力考点) 考向1　卫星运行参数的比较　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星(　　) A. 周期大 B. 线速度大 C. 角速度大 D. 加速度大 (1)地球静止轨道卫星与近地卫星运行过程中都是由万有引力提供向心力。 (2)二者的轨道半径不同，根据各物理量与半径之间的关系可得出结论。 【自主解答】 A　解析：卫星由万有引力提供向心力，有 G，可知半径越大，线速度、角速度、加速度都越小，周期越大，则与近地卫星相比，地球静止轨道卫星的周期大，故A正确，B、C、D错误。，a＝，T＝2π，ω＝r＝ma，可解得v＝＝mω2r＝m＝m 【技法总结】 人造卫星的运动规律 )))（地球表面）→GM＝gR 考向2　同步卫星的特点及规律　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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信。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. 1 h B. 4 h C. 8 h D. 16 h 【自主解答】 B　解析：设地球半径为R，画出仅用三颗地球同步卫星使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信时同步卫星的最小轨道半径示意图，如图所示。由图中几何关系可得，同步卫星的最小轨道半径 r＝2R。设地球自转周期的最小值为T，则由开普勒第三定律可得，，解得T＝4 h，选项B正确。＝ 1．(2019·全国卷Ⅲ)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 A　解析：由万有引力提供向心力得G，可知，轨道半径越小，运行速率越大，故C、D都错误。，得v＝＝m＝ma，可知，轨道半径越小，向心加速度越大，A正确，B错误；由G 2．2020年12月17日，“嫦娥五号”成功返回地球，创造了我国到月球取土的伟大历史。如图所示，“嫦娥五号”取土后，在P处由圆形轨道 Ⅰ 变轨到椭圆轨道 Ⅱ，以便返回地球。下列说法正确的是(　　) A. “嫦娥五号”在轨道Ⅰ和Ⅱ上运行时均超重 B. “嫦娥五号”在轨道Ⅰ和Ⅱ上运行时机械能相等 C. “嫦娥五号”在轨道Ⅰ和Ⅱ上运行至P处时速率相等 D. “嫦娥五号”在轨道Ⅰ和Ⅱ上运行至P处时加速度大小相等 D　解析：“嫦娥五号”在轨道Ⅰ和Ⅱ上运行时均处于失重状态，故A错误；“嫦娥五号”在轨道Ⅰ上经过P点时经加速后进入轨道Ⅱ运行，故“嫦娥五号”在轨道Ⅰ上运行至P处的速率大于在轨道Ⅱ上运行至P处