第四章 第5节 天体运动与人造卫星-(教参 练习）2023高考物理一轮复习【高考前沿】

第5节　天体运动与人造卫星 1．三种宇宙速度 第一宇宙速度(环绕速度) v1＝7．9 km/s，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，也是人造地球卫星的最小发射速度 第二宇宙速度(脱离速度) v2＝11．2 km/s，是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 第三宇宙速度(逃逸速度) v3＝16．7 km/s，是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 2．地球同步卫星的特点 (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＝86 400 s． (3)角速度一定：与地球自转的角速度相同． (4)高度一定：根据G＝mr，得r＝≈4．24×104 km，卫星离地面高度h＝r－R≈3．6×104 km(为恒量)． (5)速率一定：运行速率v＝≈3．08 km/s(为恒量)． (6)绕行方向一定：与地球自转的方向一致． 3．极地卫星和近地卫星 (1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖． (2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7．9 km/s． 一、判断题 1．同步卫星可以定点在北京市的正上方．(×) 2．第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度．(×) 3．第一宇宙速度的大小与地球质量有关．(√) 4．月球的第一宇宙速度也是7．9 km/s．(×) 5．同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度．(√) 6．若物体的速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体可绕太阳运行．(√) 二、选择题 1．我国卫星移动通信系统首发星，被誉为“中国版海事卫星”的“天通一号”01星，于2016年8月6日在西昌卫星发射中心顺利升空并进入距离地面约36 000 km的地球同步轨道．这标志着我国迈入了卫星移动通信的“手机时代”．根据这一信息以及必要的常识，尚不能确定该卫星的(　　 ) A．质量　　　　　　 B．轨道半径 C．运行速率 D．运行周期 解析：选A　同步卫星定点在赤道上空，运行周期为24 h，由＝m(R＋h)可知，卫星的轨道半径R＋ h是确定的，由v＝可知，卫星的运行速率也是确定的，但卫星的质量不能确定，故A项正确． 2．2016年8月16日，我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，这将使我国在国际上率先实现高速星地量子通信，初步构建量子通信网络．假定地球是半径为R的标准球体，“墨子号”卫星的质量为m，运行在高度为h的圆形极地轨道上，地球表面的重力加速度为g．则关于运行在轨道上的该卫星，下列说法正确的是(　　 ) A．运行的速度大小为 B．运行的向心加速度大小为g C．运行的周期为2π D．运行的角速度为R 解析：选D　由＝m＝mω2(R＋h)＝ m(R＋h)＝ma向，＝mg 可求得a向＝g，v＝ ，T＝2π ， ω＝R ，故选项A、B、C均错误，选项D正确． 　宇宙速度的理解与计算 1．(多选)已知火星的质量约为地球质量的．火星的半径约为地球半径的．下列关于火星探测器的说法正确的是(　　 ) A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可 B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以 C．发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度 D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球的第一宇宙速度的一半 解析：选CD　根据三个宇宙速度的意义，可知选项A、B错误，选项C正确；已知M火＝，R火＝，则vmax∶v1＝∶＝≈0．5，选项D正确． 2．(2021·天津一模)经过约38万公里、一周左右的地月转移、近月制动、环月飞行之旅，2020年12月1日晚间，“嫦娥五号”探测器稳稳降落在月球正面风暴洋北部吕姆克山附近．这是中国探测器第三次在月球表面成功软着陆，也是人类探测器首次踏足月球上的这一区域．已知地球的质量是月球质量的a倍，地球的半径是月球半径的b倍，卫星绕地球运行的第一宇宙速度为v．则“嫦娥五号”探测器在月球表面附近环月飞行的速度为(　　) A．v　　　　　　　　 B．v C．v D．v 解析：选C　本题考查对第一宇宙速度的理解以及环绕速度的计算，由G＝m得地球的第一宇宙速度为v＝，“嫦娥五号”探测器在月球表面附近环月飞行的速度为v′＝＝v，选项C正确，A、B、D错误． 3．使物体脱离星球的引力束缚，不再绕星球运行，从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2＝v1．已知某星球的半径为地球半径R的4倍，质量为地球质量M的2倍，地球表面重力加速度为g．不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为(　　 ) A． B． C． D． 解析：选C　地球的第一宇宙速度v1＝，星球表面的重力加速度g′＝＝＝g，星球的