6.5 卫星的运动-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第6章 万有引力与航天 第6.5 讲 卫星的运动 【知识点精讲】 一、卫星的轨道 1．赤道轨道：倾角为零度，卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星始终在赤道上空飞行，这种轨道称为赤道轨道。同步卫星就是其中的一种． 2．极地轨道：倾角为90度，卫星轨道平面与地球赤道平面垂直，卫星飞越南北两极上空，叫极地轨道。极地气象卫星即在垂直于赤道的平面内的极地轨道． 3．其他轨道：轨道倾角既不是零度也不是90度的，统称为倾斜轨道。其中倾角大于零度而小于90度的，卫星自西向东顺着地球自转的方向运行的，称为顺行轨道：倾角大于90度而小于180度，卫星自东向西逆着地球自转方向运行的，称为逆行轨道。 所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心． 人造地球卫星绕地球运行遵循开普勒行星运动三定律。 （1）卫星轨道为一椭圆，地球在椭圆的一个焦点上。其长轴的两个端点是卫星离地球最近和最远的点，分别叫做远地点和近地点。 （2）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行时，其运行速度是变化的，在远地点时最低，在近地点时最高。速度的变化服从面积守恒规律，即卫星的向径（卫星至地球的连线）在相同的时间内扫过的面积相等。 （3）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行，其运行周期取决于轨道的半长轴（与半长轴的二分之三次方成正比）。不管轨道形状如何，只要半长轴相同，它们就有相同的运行周期。人造地球卫星轨道的形状和大小由它的半长轴和半短轴的数值来决定。其半长轴和半短轴的数值越大，轨道越高；半长轴与半短轴相差越多，轨道的椭圆形越扁长；并长轴与半短轴相等则为圆形轨道。 [4] 二、地球同步卫星的特点 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星．同步卫星有以下“七个一定”的特点： (1)轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面． (2)周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h. (3)角速度一定：与地球自转的角速度相同． (4)高度一定：由G＝m(R＋h)得地球同步卫星离地面的高度h＝－R≈3.6×107 m. (5)速率一定：v＝≈3.1×103 m/s. (6)向心加速度一定：由G＝man得an＝＝gh＝0.23 m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度． (7)绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致． 三．近地卫星：所谓近地卫星是指贴近地面运行的卫星 近地卫星 【方法归纳】 卫星运行参量的比较 做匀速圆周运动的卫星所受万有引力完全提供其所需向心力，由G＝m＝mrω2＝mr＝ma可推导出： 【最新高考题精练】 1. (2016·四川理综·3)如图3所示，1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星“东方红一号”，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的“东方红二号”卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上．设“东方红一号”在远地点的加速度为a1，“东方红二号”的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为(　　) 图3 A．a2＞a1＞a3 B．a3＞a2＞a1 C．a3＞a1＞a2 D．a1＞a2＞a3 2. （2012·北京理综）关于环绕地球运动的卫星，下列说法正确的是 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.沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合 【最新模拟题精练】 1. （2023天津南开区一模） 如图所示，地球赤道上空人造卫星先沿椭圆轨道运行，其近地点P到地球中心的距离为r，远地点Q到地球中心的距离为8r，该卫星在远地点Q处点火变轨进入地球同步轨道，成为一颗沿圆轨道运行的地球同步卫星。下列说法正确的是（ ） A. 卫星在近地点和远地点的加速度之比为8：1 B. 卫星变轨前从P点运动到Q点的过程中，引力势能增加，机械能减少 C. 卫星在远地点Q处变轨瞬间速度变大 D. 卫星进入地球同步轨道后运行的速度大于在椭圆轨道P处的速度 2. （2023四川成都石室中学二诊） 2019年3月10日，长征三号乙运载火箭将“中星”通信卫星（记为卫星Ⅰ）送入地球同步轨道上，主要为我国、东南亚、澳洲和南太平洋岛国等地区提供通信与广播业务。在同平面内的圆轨道上有一颗中轨道卫星II，它运动的每个周期内都有一段时间（未知）无法直接接收到卫星I发出的电磁波信号，因为其轨道上总有一段区域没有被卫星I发出的电磁波信号覆盖到，这段区域对应的圆心角为。已知卫星I对地球的张角为，地球自转周期为，万有引力常量为，则