2025届高考物理一轮复习课件：第二讲 人造卫星 宇宙速度

第2讲 人造卫星 宇宙速度 :天体(包括卫星)的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型。 高轨、低速、长周期 这些公式对地面上的物体适用吗？ r,R指什么？ 1.金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火,它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金＜R地＜R火，由此可以判定(　　) A.a金＞a地＞a火 B.a火＞a地＞a金 C.v地＞v火＞v金 D.v火＞v地＞v金 答案　A 1.一个模型 2.两组公式 1.火星探测任务“天问一号”的标识如图1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(　　) C 区别:赤道上的物体a,近地卫星b,同步卫星c a、c同周期 a、b同半径 均绕地心做匀速圆周运动 1.向心力(来源) 3.角速度 2.周期 4.速度 5.向心加速度 2.如图所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c为地球的同步卫星.下列关于a、b、c的说法中正确的是 A．b卫星转动线速度大于7.9 km/s B．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为aa＞ab＞ac C．a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta＝Tc<Tb D．在b、c中，b的线速度大 D 3.卫星种类及特点 所有卫星轨道平面一定过地心 (1)赤道轨卫星:卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种。 (2)极地轨道卫星：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星。 (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)。 :相对于地面静止，公转周期和地球自转周期相同的卫星。 (4)同步卫星 (H=6R) (赤道平面) (24h) 1.如图3所示，卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行．a是极地轨道卫星，在地球两极上空约1 000 km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与a相等；c是地球同步卫星，则(　　) A．a、b的周期比c大 B．a、b的向心力一定相等 C．a、b的速度大小相等 D．a、b的向心加速度比c小 C 2．(同步卫星)关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通信卫星的说法，正确的是(　　) A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍 B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播 C．它以第一宇宙速度运行 D．它运行的角速度与地球自转角速度相同 D 2.如图所示，水平地面上有一木板B，块A叠放在木板B上．A、B质量分别为m1、m2，A、B之间的动摩擦因数为μ1，B与地面间的动摩擦因数为μ2．最初A、B均静止．假设最大静摩擦力和滑动摩擦力相等，且μ1mg<μ2(m1+m2)g．下列说法正确的是 A．无论对A施加多大的水平向右的恒力，B始终保持静止 B．无论对B施加多大的水平向右的恒力，A始终保持静止 C．对A施加一个水平向右恒力F，若F>μ2(m1+m2)g时，A、B一起向右运动 D．对B施加一个水平向右恒力F，若F>(μ1+μ2) (m1+m2)g时，A、B相对滑动 4.宇宙速度 (1)第一宇宙速度： 是人造卫星的最小发射速度,最大的环绕速度 (2).第二宇宙速度11.2km/s (3).第三宇宙速度16.7km/s 脱离地球引力(束缚) 脱离太阳引力(束缚) 宇宙速度与运动轨迹的关系 (1)v发＝v1 (2)v1<v发<v2 卫星绕地球做椭圆运动． (3)v2≤v发＜v3 卫星绕太阳做椭圆运动． (4)v发≥v3 卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间． 卫星绕地球表面做匀速圆周运动． 说明：不同天体有不同的宇宙速度 1. 我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星(　　) A.入轨后可以位于北京正上方 B.入轨后的速度大于第一宇宙速度 C.发射速度大于第二宇宙速度 D.若发射到近地圆轨道所需能量较少 2..北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星。对于其中的5颗同步卫星，下列说法正确的是(　　) A.它们运行的线速度一定不小于7.9 km/s B.地球对它们的吸引力一定相同 C.一定位于赤道上空同一轨道上 D.它们运行的加速度一定相同 C D 3.我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”．已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是(　　) A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度 B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间 C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度 D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度 A 4．(第一宇宙速度的计算)地球的近地卫星线速度大小约为8 km/s，已知月球质量约为地球质量的1/81，地球半径约为月球半径的4倍，下列说法正确的是(　　) A．在月球上发射卫星的最小速度约为8 km/s B．月球卫星的环绕速度可能达到4 km/s C．月球的第一宇宙速度约为1.8 km/s D．“近月卫星”的速度比“近地卫星”的速度大 C 5.在科幻电影《流浪地球》中，流浪了2 500年的地球终于围绕质量约为太阳质量1/8的比邻星做匀速圆周运动，进入了“新太阳时代”．若“新太阳时代”地球公转周期与现在绕太阳的公转周期相同，将“新太阳时代”的地球与现在相比较，下列说法正确的是(　　) A．所受引力之比为1∶8 B．公转半径之比为1∶4 C．公转加速度之比为1∶2 D．公转速率之比为1∶4 C 6.肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M、半径为R，探测器的质量为m，引力常量为G，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的(　　) 答案　A 考点3:卫星追及、相遇问题 1.相距最近(相遇)： 2.相距最远: M B A 1.(多选)如图所示，质量相同的三颗卫星a、b、c绕地球沿逆时针方向做匀速圆周运动。其中a为遥感卫星“珞珈一号”，在半径为R的圆轨道上运行，经过时间t，转过的角度为θ；b、c为地球的同步卫星，某时刻a、b恰好相距最近。已知地球自转的角速度为ω，引力常量为G，则 ABD 1.(多选)如图，三个质点a、b、c的质量分别为m1、m2、M(M远大于m1及m2)，在c的万有引力作用下，a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为ra∶rb＝1∶4，则下列说法正确的有(　　) A.a、b运动的周期之比为Ta∶Tb＝1∶8 B.a、b运动的周期之比为Ta∶Tb＝1∶4 C.从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次 D.从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次 题型1:卫星变轨、对接问题 考点1:a,v比较(轨道同一交点) 考点2:周期比较: 考点3:机械能比较： TIII>TII>TI EIII>EII>EI(r越大,机械能越大) 注明:同一个轨道，机械能不变 同一轨道机械能守恒,不同轨道机械能不同,轨道半径越大,机械能越大 专题八:卫星变轨问题、双星模型 考点4:对接问题 加速、减速如何喷气？ 同步卫星如何发射到预定轨道？ 1.如图2所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1上绕地球E运行，在A点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　) A．在轨道1上，卫星在A点的速度等于在B点的速度 B．卫星在轨道2上的周期大于在轨道1上的周期 C．在轨道1和轨道2上，卫星在A点的速度大小相同 D．在轨道1和轨道2上，卫星在A点的加速度大小不同 B 2.“嫦娥四号”探测器搭乘长征三号乙运载火箭，开始了奔月之旅。12月12日16时45分，探测器成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入了距月球100 km的环月圆轨道，如图所示，则下列说法正确的是(　　) A.“嫦娥四号”的发射速度大于第二宇宙速度 B.“嫦娥四号”在100 km环月圆轨道运行通过P点时的加速度和在椭圆环月轨道运行通过P点时的加速度相同 C.“嫦娥四号”在100 km环月圆轨道运动的周期等于在椭圆环月轨道运动的周期 D.“嫦娥四号”在地月转移轨道经过P点时和在100 km环月圆轨道经过P点时的速度大小相同，但方向有可能不一样 　B 3.我国发射的“天宫二号”空间实验室，之后发射“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是(　　) A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接 B.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接 C.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 D.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 答案　C 4.宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动．若飞船想与前方的空间站对接，飞船为了追上空间站，可采取的方法是(　　) A．飞船加速直到追上空间站，完成对接 B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接 C．飞船加速至一个较高轨道，再减速追上空间站，完成对接 D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接 B 5.(多选)我国探月工程“绕、落、回”三步走的最后一步即将完成，即月球探测器实现采样返回，探测器在月球表面着陆的过程可以简化如下，探测器从圆轨道1上A点减速后变轨到椭圆轨道2，之后又在轨道2上的B点变轨到近月圆轨道3，示意图如图10所示。已知探测器在轨道1上的运行周期为T1，O为月球球心，C为轨道3上的一点，AC与AO之间的最大夹角为θ，则下列说法正确的是(　　) A.探测器要从轨道2变轨到轨道3需要在B点点火加速 B.探测器在轨道1上的速度小于在轨道2上经过B点的速度 C.探测器在轨道2上经过A点时速度最小，加速度最大 D.探测器在轨道3上运行的周期为T1 BD 6.如图所示，1、2、3分别是A、B、C三颗卫星绕地球运行的轨道，1、2是圆轨道，3是椭圆轨道，其中1是近地轨道，P为椭圆轨道的近地点，Q为2、3两个轨道的一个交点，则下列说法正确的是(　　) A.三颗卫星的线速度均不超过地球的第一宇宙速度 B.卫星B和卫星C的线速度大小有可能在某时刻相等 C.在Q点，卫星B的加速度一定大于卫星C的加速度 D.卫星A的周期最小，卫星B的周期最大 B 地球 A C B 题型2:双星或多星模型 1.双星模型：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，称为双星系统。 1.双星间万有引力等于(提供)向心力; 2.二者周期、角速度、向心力相等 3.圆周半径r与质量关系 4.圆周运动周期T? 1.人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星() A.质量之积 B.质量之和 C.速率之和 D.各自的自转角速度 答案　BC 2.天文观测中发现宇宙中存在着“双星”．所谓双星，是两颗质量分别为M1和M2的星球，它们的距离为L，而L远远小于它们跟其它天体之间的距离，这样的双星将绕着它们的连线上的某点O作匀速圆周运动．如图所示．现假定有一双星座，其质量分别为M1和M2，且M1＞M2，用我们所学的知识可以断定这两颗星（　　） 　　 A. M1对M2引力比M2对M1的引力大 B. M1运动周期比M2运动周期长 C. M1运动半径比M2运动半径小 D. M1运动速率比M2运动速率大 多星模型(同一平面内的圆周运动) 1.(多选)为探测引力波，中山大学领衔的“天琴计划”将向太空发射三颗完全相同的卫星(SC1、SC2、SC3)构成一个等边三角形阵列，地球恰处于三角形的中心，卫星将在以地球为中心、离地面高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行引力波探测。如图2所示，这三颗卫星在太空中的分列图类似乐器竖琴，故命名为“天琴计划”。已知地球同步卫星距离地面的高度约为3.6万公里，以下说法正确的是(　　) A.若知道引力常量G及三颗卫星绕地球的运动周期T，则可估算出地球的密度 B.三颗卫星具有相同大小的加速度 C.三颗卫星绕地球运动的周期一定大于地球的自转周期 D.从每颗卫星可以观察到地球上大于的表面 BCD 2.关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是(　　) A.开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律 B.开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律 C.开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因 D.开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律 3.(多选)(2019·全国Ⅰ卷，21)在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图6中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a－x关系如图6中虚线所示。假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍，则(　　) A.M与N的密度相等 B.Q的质量是P的3倍 C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍 D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍 $$