专题7 人造卫星与宇宙速度-【数理报期末复习】2024-2025学年高一物理必修第二册升级突破（人教版2019）

8 微 专 数理柄 得a=GW,所以组合体的加速度大于北斗B, 专题7人造卫星与宇宙速度 。湖南郑宏建 故C错误：根据6。m亭得T=2√高 专题考点一：宇宙速度的理解与计算 时间为T,地球表面的重力加速度为g,若未来在所以组合体的周期小于北斗M3,故D错误 1.对第一宇宙速度的理解 火星表面发射一颗人造卫星，最小发射速度约为 答案：B (1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比 ( 专题考点三：人造卫星 向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地 A.&7 B.5gr 1,人造地球卫星的轨道特点 球对它的引力.近地轨道是人造卫星的最低运行 2m 10r 卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也 轨道，而近地轨道的发射速度就是第一字宙速 C.5gT D.25gT 可以是圆轨道。 5u 度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小 (1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动州时，地心是 速度 解折：由6架=m后得第一字宙速度。 R 椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系通 (2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀 循开普勒第三定律 速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最 ,设地球的第一宇宙速度为斯，由g=, (2)卫星绕地球沿圆轨 小.由G:m可得e=、,轨道半径越 票，得=号，设火星的第一宇宙速度为 道运动时，因为地球对卫星 r 的万有引力提供了卫星绕地 小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速 ,则 M. R ,代人数据得= 5% 球运动的向心力，而万有引 度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最 力指向地心，所以地心必定 大环绕速度， 5故B正确 10 是卫星圆轨道的圆心 2.宇宙速度与运动轨迹的关系 答案：B (3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内（如 (1)p=7.9km/s时，卫星绕地球做匀速圆 专题考点二：卫星运行参量的分析与比较 同步卫星)，可以通过两极上空（极地轨道），也 周运动 兼大值或 可以和赤道平面成任一角度，如图2所示 (2)7.9km/g<g<11.2km/s,卫星绕 物理量 推导像据 表达式 最小值 2.地球同涉卫星 地球运动的轨迹为椭圆， 占「=R时有最大 地球同步卫星位于地球赤道上方，相对于地 线魂度 (3)11.2km/s≤g<16.7km/s,卫晁绕 值，F=7,9km/g 面静止不动，它跟地球的自转角速度相同，因广 太阳做椭圆运动. 角速度 movr CM 当F=R时有最大镇 泛应用于通信，因此又叫同步通信卫星， (4)pg≥16.7km/s,卫星将挣脱太阳引力 地球同步卫星的特点（见下表） 的束缚，飞到太阳系以外的空间， 学 当=R时有小 周期一定 闲期 与总琼自转周期相网，中T=24b=8的400 例1.如图1所示是 () 值，约85min 角诡度一定 与地球自转的角造度柑同 三个字宙速度的示意图， 卫星离地而高度h=t一R=6R(为位量)▣3 向心 出=R时有提大 高度一定 则 () 6×10km 加度 值，表大值为=世 A.嫦娥一号卫星的 轮道 =钙=30们（为根登）.环绕方向与 司周运动的国心与中心天朱中心重合 建度大小一定 无动力发射速度需要大 平面 球自方向相问 于16.7km/s 共性：率径总小，运骑越快，周期越小 向心加地度 =0.23m/2 B.太阳系外飞行器的无动力发射速度只需 例3.2024年10月30日4时27分，神舟十九 大小一定 号成功发射，6,5小时后与天和核心舱前向端口 轨道平面一定他道平面与赤道平面共面 要大于11.2km/s C.天宫空间站的飞行速度大于7.9km/s 成功对接形成组合体已知组合体距地面高度约 例4.2020年6月23日 顺鲜地水同帝艳道 D.三个宇宙速度对哈雷替显（绕太阳运动）为400km,北斗M3卫星的轨道高度约为 我国在西昌卫星发射中心成地爆专雄+有 不适用 36000km,若它们的运动均可视为匀速圆周运功发射北斗系统第55颗导 解析：嫦峨一号绕月球运行，但仍没有脱离动，则 )航卫星，至此北斗全球卫星 太阳系，无动力发射速度需要小于16.7km/s, A.组合体的运行速度小于北斗M3 导航系统星整部署全面完 故A错误：太阳系外飞行器的无动力发射速度需 B.组合体的角速度大于北斗M3 成，北斗卫星导航系统由不国轨道的卫星构成， 要大于16.7km/s,故B错误：天宫空间站绕地球 C.组合体的加速度等于北斗M3 其中北斗导航系统第41颗卫星为地球同步轨道 做近似圆周运动，运动速度小于7.9km/s,故C D.组合体的周期大于北斗M3 卫星，它的轨道半径约为4.2×10m.第44颗卫 错误；三个宇宙速度对应的中心天体均是地球， 解折：根据6学=片可得：一√一北为板斜地球同沙维道运行调明首于球 不适用于哈雷彗星，故D正确， 2 的自转周期24h两种同步卫星的绕行轨道都为 答案：D 斗B卫星的轨道半径大于组合体的轨道半径。圆轨道，倾斜地球同步轨道平面与地球赤道平面 可知组合体的运行速度大于北斗M3,故A错误： 例2.我国成功地发射”天问一号“标志着我 成一定夹角，如图2所示.已知引力常量G= GM 国成功地迈出了探测火星的第一步.已知火星直 根据GM=mwr得w=， ,所以组合体的6.67×10"N·m/kg2.下列说法中正确的是 径约为地球直径的一半，火星质量约为地球质量 () 的十分之一，航天器贴近地球表面飞行一周所用 角速度大于北斗N3,故B正确：根据G=m (下转第25版) 数理极 微 专 题 5 (上接第7版) (上接第8版) 2.卫星变轨时一些物理量 (3)若卫星绕天体表面运行时，可认为轨道 A.两种同步卫星的轨道半径大小相等 的定性分析（如图4所示） 3n B.两种同步卫星的运行速度都小于第一字 (1)速度：设卫星在圆机 半径，等于天体半径R,则天体密度p= CT ,可 宙速度 道I,Ⅲ上运行时的速率分别 见，只要测出卫星环绕天体表而运动的周期T C.根据题目数据可估算出地球的平均密度 为，4，在轨道Ⅱ上过P,Q 图4 就可估算出中心天体的密度， D.地球同步轨道卫星的向心加速度大于赤点时的速率分别为5，在P点加速，则>，： 例4.假如人类发现了某显球，人类登上该 道上随地球一起自转的物体的向心加速度 在Q点加速，则>：又因书>，故有> 星球后，进行了如下实验：在固定的竖直光滑圆 解析：同步卫星绕地球微匀速圆周运动，根>> 轨道内部，一小球恰好能做完整的圆周运动，小 据万有引力提供向心力，有G=亭，解得 (2)加速度：因为在P点不论从轨道I还是轨 道Ⅱ上经过，P点到地心的距离都相同，卫星的加 球在最高点时的速度为，轨道半径为5r,若已 GMT ，同步卫星的周期与地球自转周期速度都相同，设为“同理，在Q点加速度也相同， 测得该星球的半径为R,引力常量为G,则该星球 的质量为 ( 相同，所以两种同步卫星的轨道半径大小相等， 设为a。~又因Q点到地心的距离大于P点到地心 的距离，所以ag<a A B⑤r 故A正确：根据6=m可得，卫星的环绕 (3)周期：设卫星在1、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行 5GR CR 周期分别为T,了、T,轨道半径分别为r5(半 C.5u'm ,第一宇宙速度是近地卫星的 D.n 速度为=√「 Gr 长特)，=k可知了<万< 5Gr 环绕速度，由于同步卫星的轨道半径大于近地卫 解析：设小球的质量为m,该星球的质量为 星的轨道半径，所以同步卫星的运行速度小于第 例5.2024年10月30 M,该星球表面的重力加速度为g,因小球恰好做 一学宙速度.故B正确：由c=m号 ”7r可得H 日消息，据中国载人航天工 程办公室消息，神舟十九号 完整的圆周运动，由牛顿第二定律以及向心力公 =4m22 G示，已知同步卫星的轨道半径与周期，可以 载人飞船人轨后，于北京时 式可得mg=m ,解得g= 对于该星球表面 2 间2024年10月30日11时 图5 5 求出地球的质量，但由于不知道地球的半径，所 0分，成功对接于空间站天和核心舱前向端口， 质量为m'的物体，万有引力近似等于其重力，即 以不能求出地球的密度，故C错误：同步卫星与 整个对接过程历时约6.5小时.如图5所示，空间 mg=GWm,由此可得M=R,故D正确 赤道上的物体具有相同的角速度，根据公式“，站的运行轨道可近似看作圆形轨道【，椭圆轨 R 5 Gr =。,可知，同步卫星的向心加速度大于赤道上道Ⅱ为神舟十九号载人飞船与空间站对接前的 答案：D 随地球一起自转的物体的向心加速度，故D运行轨道，已知地球半径为R,两轨道相切于P 例5.2021年5月15日，“天问一号”着陆巡 正确 点，地球表面重力加速度大小为g,下列说法正 视器成功若陆于火星乌托邦平原，中首次火星 答案：ABD 确的是 探测任务着陆火星取得圆满成功，如果者陆前着 专题考点四：卫星变轨与对接问题分析 A.轨道】上的线速度大小为g 1.卫星在运动中的“变轨”有两种情况：离 陆器近火星绕行的周期为100min,已知地球平 B.神舟十九号载人飞船在轨道I上P点的 心远动和向心透动， 加速度小于在轨道Ⅱ上P点的加速度 均密度为5.5×10'kg/m,地球近地卫星的周期 当万有引力恰好提供卫显所需的向心力，即 C.神舟十九号载人飞船在P点经点火加速 为85min.估算火星的平均密度约为( GMm=m时，卫星做匀速圆周运动：当某时 才能从轨道Ⅱ进人轨道1 A.3.8×103kg/m3B.4.0×103kg/m D.幼道I上的神舟十九号载入飞船想与前 C.4.2×103kg/m3D.4.5×103kg/m 刻速度发生突变，所需的向心力也会发生突变， 方的空间站对接，只需要沿运动方向加速即可 而突变瞬间万有引力不变 解析：卫星在行星表面绕行星做匀速圆周运 (1)制动变轨：卫星的速率变小时，使得万 解桥：根据6学=m号.6授=风可得 R2 动时，根据万有引力提供向心力可得Gm:m R 有引力大于所能向心力即G学>m二，卫星【：√，轨道1上半径大于R,线速度小 号R,设行昆密度为p,则有W=p 4R,联立 做近心运动，轨道半径将变小所以要使卫星的√R,故A错误：在同一位置引力大小相同，根 轨道半径变小，需开动反冲发机使卫星做诚速 可得p=则 ,解得火星的平 据a=Gy ，可知咖速度相同，故B错误：卫星由 运动 T 852 (2)加速变轨：卫星的速率变大时，使得万低轨道变轨到更高的轨道时需加速，则神舟十九 均密度约为Pk=TP=00 ×5.5 号载人飞船在P点经点火加速才能从轨道Ⅱ进 有引力小于所需向心力.即G物<m二，卫显 入轨道】，故C正确：对接空间站需要先减速做 10kg/m'年4.0×103kg/m',故B正确，ACD 做离心运动，轨道半径将变大.所以要使卫星的向心运动降低轨道，再加速做离心运动进行对 错误 轨道半径变大，需开动反冲发动机使卫星做加速接，故D错误 答案：B 运动 答案：C