第5章 第2讲 天体运动与人造卫星（word教参）-【正禾一本通】2024高考物理高三一轮总复习高效讲义（老教材老高考）

第2讲 天体运动与人造卫星　►对应学生用书P097 【课标解读】 　1.会比较卫星运动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。 　备考第1步——梳理教材基础，落实必备知识 　一、三种宇宙速度[1] 第一宇宙速度[2] (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[3] (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 注解[1] 三种宇宙速度都是最小发射速度，只是意义和大小不同。 注解[2] 第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度。 注解[3] 第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系：v2＝v1。 二、地球同步卫星的特点[4] 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(为恒量约6R)。 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。 注解[4] 地球同步卫星的运行参数大小都相同，但卫星的质量不一定相同。 三、极地卫星和近地卫星[5] 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。 注解[5] 极地卫星和近地卫星的轨道平面一定通过地球的球心，并且所有绕地球做圆周运动的卫星的圆心都是地球的球心。 【 基础小题自测 】 1．判断下列说法的正误。 (1)人造地球卫星绕地球运动，其轨道平面一定过地心。(　　) (2)地球同步卫星一定在赤道的正上方。(　　) (3)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。(　　) (4)发射火星探测器的速度必须大于11.2 km/s。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)√ 2．火星的质量和半径分别约为地球的和，地球的第一宇宙速度为v，则火星的第一宇宙速度约为(　　) A．v B．v C．v D．v 解析：选A。第一宇宙速度由＝求得，v＝，故＝＝，所以v火＝v，故A正确。 3．我国自主研发的“北斗”卫星导航系统中含有地球同步卫星，关于地球同步卫星，下列说法正确的是(　　) A．同步卫星处于平衡状态 B．同步卫星的速度是不变的 C．同步卫星的高度是一定的 D．同步卫星的线速度应大于第二宇宙速度 解析：选C。同步卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，所以同步卫星处于失重状态，故A错误；因为同步卫星要和地球自转同步，所以运行轨道就在赤道所在平面内，根据F＝G＝m＝mω2r，因为ω一定，所以r必须固定，所以一定位于空间同一轨道上，高度相同，同时线速度的大小相同，但速度方向改变，故B错误，C正确；第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是最大的圆周运动的环绕速度，而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，所以它们运行的线速度一定小于7.9 km/s，肯定小于第二宇宙速度，故D错误。 4．(多选)地球同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，地球的第一宇宙速度为v2，半径为R，则下列比例关系正确的是(　　) A．＝ B．＝ C．＝ D．＝ 解析：选AD。设地球的质量为M，同步卫星的质量为m1，在地球表面绕地球做匀速圆周运动的物体的质量为m2，根据向心加速度和角速度的关系有a1＝ωr，a2＝ωR，又ω1＝ω2，故＝，选项A正确，B错误；由万有引力定律和牛顿第二定律得G＝m1，G＝m2，解得＝，选项C错误，D正确。 　备考第2步——突破核心考点，提升关键能力 考点一　同步卫星 【核心知识】 1．同步卫星的运动规律 (1)基本关系：G＝ma＝m＝mω2r＝mr。 (2)重要手段：构建物理模型，绘制草图辅助分析。 (3)物理规律 ①不快不慢：具有特定的运行线速度、角速度和周期。 ②不高不低：具有特定的位置高度和轨道半径。 ③不偏不倚：同步卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上，只能在赤道上方特定的点运行。 (4)重要条件 ①地球的公转周期为1年，其自转周期为1天(24小时)，地球半径约为6.4×103 km，地球表面重力加速度g约为9.8 m/s2。 ②月球的公转周期约27.3天，在一般估算中常取2