第五章 第2课时 人造卫星、宇宙速度-2023高考物理【直击双1流】一轮复习讲义

第 2 课时 　 人造卫星、宇宙速度 一、卫星运行参量的分析方法 卫星运行参量 相关方程 结论 线速度 v G Mm r2 = m v2 r ⇒v = GM r 角速度 ω G Mm r2 = mω2 r⇒ω = GM r3 周期 T G Mm r2 = m( 2π T )2r⇒T = 2π r3 GM 向心加速度 a G Mm r2 = ma⇒a = GM r2 r越大,v、ω、 a 越小,T 越 大 ( 高轨低 速大周期) 　 　 注意:(1) 轨道半径 r 一定,v、ω、T、a 等均唯一确定. (2) 任何人造地球卫星做圆周运动时的圆心一定与地心重合. (3) 同一卫星的轨道半径越大,动能越小,势能越大,机械 能越大. 例 1 (2022·北京市五十七中期中)2021 年 6 月 17 日,神 舟十二号与中国太空站天和核心舱完成自主对接 . 对接前 神舟十二号在较低轨道运行,天和核心舱在较高轨道运行, 可认为它们都绕地球做匀速圆周运动,如图所示 . 由题中的 信息可知 (　 　 ) A. 神舟十二号运行的周期比天和核心 舱的短 B. 神舟十二号运行的速度比天和核心 舱的小 C. 神舟十二号运行时受到的向心力比 天和核心舱的大 D. 神舟十二号和天和核心舱都处于超重状态 由题意可知,神舟十二号运行时的轨道半径比天和 核心舱的小,根据万有引力提供向心力有 G Mm r2 = m 4π 2 T2 r,解得 T = 2π r 3 GM ,可知神舟十二号运行的周期比天和核心舱的短, 故 A 正确;根据万有引力提供向心力有 G Mm r2 = m v 2 r ,解得 v = GM r ,可知神舟十二号运行的速度比天和核心舱的大,故 B 错 误;由于神舟十二号与天和核心舱的质量大小关系未知,所以 无法比较两者运行时的向心力大小,故 C 错误;由于神舟十二 号与天和核心舱都绕地球做匀速圆周运动,万有引力完全提供 向心力,所以神舟十二号与天和核心舱运行时均处于完全失重 状态,故 D 错误. A 1. (2020·河南省许昌高中期中)(多选) 质量为 m 的人造卫星 在地面上未发射时的重力为 G0 ,则它在离地面的距离等于地 球半径 R 的圆形轨道上运行时的 (　 　 ) A. 周期为 4π 2mR G0 B. 速度为 2G0R m C. 动能为 1 4 G0R D. 重力为 1 2 G0 二、三个宇宙速度和时空观 1. 第一宇宙速度 (1) 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫作第 一宇宙速度,又叫环绕速度,其数值为 7. 9 km / s. (2) 特点: ① 第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度; ② 第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度. (3) 第一宇宙速度的计算方法: ① 由 G Mm R2 = m v 2 R 得 v = GM R = 7. 9 km / s; ② 由 mg = m v 2 R 得 v = gR = 7. 9 km / s. 2. 第二宇宙速度 第二宇宙速度 v2 = 11. 2 km / s,是卫星挣脱地球引力束缚, 离开地球的最小发射速度, 第二宇宙速度又叫逃逸速度. 当 11. 2 km / s ≤ v < 16. 7 km / s 时,卫星脱离地球的束缚,成为太 阳系的一颗“小行星” . 3. 第三宇宙速度 第三宇宙速度 v3 = 16. 7 km / s,是卫星挣脱太阳引力束缚, 飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度,第三宇宙速度 又叫脱离速度. 4. 时空观 (1) 经典时空观: ① 在经典力学中,物体的质量是不随运动状态而改变的; ② 在经典力学中,同一物理过程发生的位移和对应的时间 的测量结果在不同的参考系中是相同的. (2) 相对论时空观:在狭义相对论中,同一物理过程发生的 位移和对应的时间的测量结果在不同的参考系中是不同的. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 46　　　直击双 1流　高考物理 例 2 (2021·河南省开封市期末)2021 年 5 月 19 日,我国 首次火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星. 已知火星质 量约为地球质量的 1 10 ,火星半径约为地球半径的 1 2 . 下列关于 天问一号从地球上发射、绕火星飞行时的说法中正确的是 (