第五章 第2讲 人造卫星 宇宙速度-2023高考物理【步步高】大一轮复习讲义（新教材 教师word）津鲁琼辽鄂粤冀渝湘闽晋皖黑吉云

第2讲　人造卫星　宇宙速度 目标要求　1.会比较卫星运行的各物理量之间的关系.2.理解三种宇宙速度，并会求解第一宇宙速度的大小.3.会分析天体的“追及”问题． 考点一　卫星运行参量的分析 1．天体(卫星)运行问题分析 将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供． 2．物理量随轨道半径变化的规律 G＝ 即r越大，v、ω、a越小，T越大．(越高越慢) 3．人造卫星 卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星的轨道是赤道轨道． (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)同步卫星 ①轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同． ②周期与地球自转周期相等，T＝24 h. ③高度固定不变，h＝3.6×107 m. ④运行速率均为v＝3.1 km/s. (3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r＝R(地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v＝7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度)，T＝85 min(人造地球卫星的最小周期)． 注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星． 1．同一中心天体的两颗行星，公转半径越大，向心加速度越大．(　×　) 2．同一中心天体质量不同的两颗行星，若轨道半径相同，速率不一定相同．(　×　) 3．近地卫星的周期最小．(　√　) 4．地球同步卫星根据需要可以定点在北京正上空．(　×　) 5．极地卫星通过地球两极，且始终和地球某一经线平面重合．(　×　) 6．不同的同步卫星的质量不一定相同，但离地面的高度是相同的．(　√　) 1．公式中r指轨道半径，是卫星到中心天体球心的距离，R通常指中心天体的半径，有r＝R＋h. 2．同一中心天体，各行星v、ω、a、T等物理量只与r有关；不同中心天体，各行星v、ω、a、T等物理量与中心天体质量M和r有关． 考向1　卫星运行参量与轨道半径的关系 例1　(2020·浙江7月选考·7)火星探测任务“天问一号”的标识如图所示．若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3∶2，则火星与地球绕太阳运动的(　　) A．轨道周长之比为2∶3 B．线速度大小之比为∶ C．角速度大小之比为2∶3 D．向心加速度大小之比为9∶4 答案　C 解析　轨道周长C＝2πr，与半径成正比，故轨道周长之比为3∶2，故A错误；根据万有引力提供向心力有＝m，得v＝，得＝＝，故B错误；由万有引力提供向心力有＝mω2r，得ω＝，得＝＝，故C正确；由＝ma，得a＝，得＝＝，故D错误． 例2　(多选)(2020·江苏卷·7改编)甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍．下列应用公式进行的推论正确的有(　　) A．由v＝可知，甲的速度是乙的倍 B．由a＝ω2r可知，甲的向心加速度是乙的2倍 C．由F＝G可知，甲的向心力是乙的 D．由＝k可知，甲的周期是乙的2倍 答案　CD 解析　人造卫星绕地球做圆周运动时有G＝m，即v＝，因此甲的速度是乙的倍，故A错误；由G＝ma得a＝，故甲的向心加速度是乙的，故B错误；由F＝G知甲的向心力是乙的，故C正确；由开普勒第三定律＝k，绕同一天体运动，k值不变，可知甲的周期是乙的2倍，故D正确． 考向2　同步卫星、近地卫星和赤道上物体 例3　关于地球同步卫星，下列说法错误的是(　　) A．它的周期与地球自转周期相同 B．它的周期、高度、速度大小都是一定的 C．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空 D．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空 答案　C 解析　地球同步卫星的周期与地球自转周期相同，选项A正确；根据G＝m＝mr可知，因地球同步卫星的周期一定，则高度、速度大小都是一定的，选项B正确；我国发射的同步通讯卫星若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的，因此同步卫星必须定点在赤道上空，不可以定点在北京上空，故C错误，D正确． 例4　(多选)如图所示，卫星a没有发射，停放在地球的赤道上随地球自转；卫星b发射成功，在地球赤道上空贴着地表做匀速圆周运动；两卫星的质量相等．认为重力近似等于万有引力．下列说法正确的是(　　) A．a、b做匀速圆周运动所需的向心力大小相等 B．b做匀速圆周运动的向心加速度等于重力加速度g C．a、b做匀速圆周运动的线速度大小相等，都等于第一宇宙速度 D．a做匀速圆周运动的周期等于地球同步卫星的周期 答案　BD 解析　两卫星的质量相等，到地心的距离相等，所以受到地球的万有引力相等．卫星a在赤道上随地球自转而做圆周运动，万有引力的一部分提供自转的向心力，卫星b在赤道上空贴着地表做匀速圆周运动