专题07 天体围绕规律及应用-2021-2022学年高一物理下学期期中期末专题复习（人教版2019）

专题7 天体环绕规律及应用（教师版） 一、目标要求 目标要求 重、难点 万有引力作用下圆周运动的一般结论 重难点 同步卫星与近地卫星 重难点 卫星变轨问题 难点 二、知识点解析 1．分析天体运动的主要思路 (1)一个模型 无论是自然天体(行星，月球等)，还是人造航天器(人造卫星，空间站等)，只要研究对象的轨迹是圆形，就可将其简化为质点的匀速圆周运动． (2)两条规律 ①中心天体表面附近重力近似等于万有引力，即，则(g表示中心天体表面附近的重力加速度． ②绕中心天体的行星或卫星的运动近似看作匀速圆周运动，所受的万有引力等于其向心力，即： 2．人造卫星 (1)人造卫星的分类 在地球上水平抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，变为一颗人造地球卫星，简称人造卫星． ①人造卫星按运行轨道可分为低轨道卫星、中轨道卫星、高轨道卫星，以及地球同步轨道卫星、极地轨道卫星等． ②人造卫星按用途可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星． (2)人造卫星的运动规律 卫星运行的轨道一般为椭圆形，中学阶段我们只考虑卫星的轨道为圆形的情况，这样卫星受到的万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力． 设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度大小为，周期为T，向心加速度为a． 线速度 或 轨道半径越大，环绕天体的线速度、角速度和向心加速度越小，周期越大 角速度 或 环绕周期 或 向心加速度 或.. 轨道平面规律 高轨低速大周期 3．近地卫星 近地卫星的轨道半径近似等于地球的R，其运行的速度km/s，是所有卫星的最大绕行速度，运行周期T=85 min，是所有卫星的最小周期；向心加速度m/s2，是所有卫星的最大加速度． 4．同步卫星 相对地面静止，跟地球自转同步的卫星叫做地球同步卫星，也称为静止轨道卫星． ①周期一定：T=24h ②角速度一定：其绕地运行的角速度等于地球自转的角速度． ③轨道一定 a．所有同步卫星的轨道必在赤道平面内 b．所有同步卫星的轨道半径都相同，即在同一轨道运动， 据，得 km，卫星离地面高度= km，确定的高度为 km ④环绕线速度一定：在轨道半径一定的条件下，同步卫星的环绕速率也一定，且为： km/s且环绕方向为地球自转方向 ⑤向心加速度大小一定： 在轨道半径一定的条件下，同步卫星的向心加速度的大小一定，由牛顿第二定律和万有引力定律得：，其向心加速度大小都约为0.23m/s2 5．同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较 如图所示，用A代表同步卫星，B代表近地卫星，C代表赤道上的物体. 同步卫星A和近地卫星B都是卫星，绕地球运行的向心力由地球对它们的万有引力提供，所以卫星的运动规律都适用；赤道上的物体C随地球自转的向心力由万有引力的一个分力提供，所以卫星的运动规律对赤道上的物体不适用 比较内容 赤道表面的物体 近地卫星 同步卫星 向心力来源 万有引力的分力 万有引力 向心力方向 指向地心 线速度 (为第一宇宙速度) 角速度 向心加速度 6．卫星变轨运动分析 （1）圆周运动：万有引力提供圆周运动向心力(球心间距等于轨道半径)： （2）椭圆运动： ①当v增大时，所需向心力增大，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，但卫星一旦进入新的圆周轨道运行，由知其运行速度要减小． ②当卫星的速度突然减小时，所需的向心力减小，即万有引力大于卫星所需的向心力，因此卫星将做向心运动，同样会脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，进入新的圆轨道运行时，由知其运行速度将增大． (3)规律总结： ①稳定在新轨道上的运行速度由计算． ②卫星绕过不同轨道上的同一点(切点)时，其加速度大小关系可用比较得出． ③卫星在不同轨道上的运行周期大小可以借助开普勒第三定律再结合半长轴比较得出． 三、考查方向 题型1：高轨低速大周期的应用 典例一：（2018江苏）我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km，它们都绕地球做圆周运动．与“高分四号冶相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（ ） A. 周期 B. 角速度 C. 线速度 D. 向心加速度 题型2：同步卫星 典例二：（2012•北京）关于环绕地球运动的卫星，下列说法中正确的是　　 A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率 C．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D．沿