第26讲 人造卫星 宇宙速度2026年高考物理一轮复习精讲课件

高中物理一轮复习系列课件 制作：陈庆威 第26讲（5.2 ）: 人造卫星 宇宙速度 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 考点 CONTENT 卫星运行参量分析 宇宙速度 天体的追及相遇 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 卫星的 运行参量 考点一 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 人造卫星轨道模型与解题思路 01. 1.一种模型：无论是自然天体(如地球、月亮)还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)，都可以看作质点，围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动，其轨道圆心一定过中心天体的中心． 2.两条思路：(1)万有引力提供向心力，即＝F向． (2)天体对其表面的物体的万有引力近似等于重力，即＝mg或gR2＝GM(R、g分别是天体的半径、表面重力加速度)，公式gR2＝GM应用广泛． 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 1.线速度大小：由G＝m得v＝ 。 2.角速度：由G＝mω2r得ω＝ 。 3.周期：由G＝m()2r得T＝ 。 4.向心加速度：由G＝man得an＝ 。 结论：同一中心天体的不同卫星，轨道半径r越大，v、ω、an　　　， T　　　，即越高越　　。 2π 越小 越大 慢 基本公式及推导 02. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 公式使用说明及黄金代换公式 03. 黄金代换:忽略中心天体自转影响，则有mg＝，整理可得　　　　　 .在G和中心天体质量M未知时，可用gR2替换GM. GM＝gR2 说明：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. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 2.近地卫星：轨道在　 　　　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). 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. 人造卫星（极地、近地） 04. 地球表面 注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 轨道平面一定：赤道平面 周期与角速度一定：T=24h 轨道半径一定:r=6.6R 线速度大小一定:v=3.08km/s 运转方向一定:自西向东 向心加速度的大小一定: 地球同步卫星（静止卫星） 05. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 不同轨道卫星参量分析 06. 如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为地球同步卫星，轨道半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，轨道半径为r3. 同步卫星、近地卫星及赤道上物体的比较 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 不同轨道卫星参量分析 07. 比较项目 近地卫星 (r1、ω1、 v1、a1) 同步卫星 (r2、ω2、 v2、a2) 赤道上随地球自转的物体(r3、ω3、v3、a3) 向心力来源 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 r2>r1＝r3 角速度 ω1>ω2＝ω3 线速度 v1>v2>v3 向心加速度 a1>a2>a3 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 08. 例题1 【参考答案】A （2025·河南·高考真题）2024年天文学家报道了他们新发现的一颗类地行星Gliese12b，它绕其母恒星的运动可视为匀速圆周运动。已知Gliese12b轨道半径约为日地距离的，其母恒星质量约为太阳质量的，则Gliese12b绕其母恒星的运动周期约为（　　） A．13天 B．27天 C．64天 D．128天 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 09. 解析 地球绕太阳运行的周期约为365天，根据万有引力提供向心力得已知，， 同理得整理得 代入数据得故选A。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 10. 例题2 【参考答案】C （2025·山东·高考真题）轨道舱与返回舱的组合体，绕质量为M的行星做半径为r的圆周运动，轨道舱与返回舱的质量比为。如图所示，轨道舱在P点沿运动方向向前弹射返回舱，分开瞬间返回舱相对行星的速度大小为，G为引力常量，此时轨道舱相对行星的速度大小为（    ） A． B． C． D． 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 11. 解析 轨道舱与返回舱的质量比为，设返回舱的质量为m，则轨道舱的质量为5m，总质量为6m；根据题意组合体绕行星做圆周运动，根据万有引力定律有可得做圆周运动的线速度为弹射返回舱的过程中组合体动量守恒，有由题意带入解得故选C。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 宇宙速度 考点二 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 宇宙速度 01. 第一宇宙速度 (环绕速度) v1＝　　 km/s，是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是人造地球卫星的　 　发射速度 第二宇宙速度 v2＝11.2 km/s，是物体挣脱　　　引力束缚的最小发射速度 第三宇宙速度 v3＝16.7 km/s，是物体挣脱　　　引力束缚的最小发射速度 7.9 地球 太阳 最小 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 两个常见问题 02. 1.推导第一宇宙速度的两个表达式。 推导：由G＝m得v＝由mg＝m得v＝ 2.近地卫星运行周期：T＝2π＝2π s≈85 min。 (已知地球质量为m地，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，其中R＝6.4×103 km，g＝9.8 m/s2) 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 宇宙速度与运动轨迹的关系 03. 1. v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动. 2. 7.9 km/s<v发<11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆. 3. 11.2 km/s≤v发＜16.7 km/s，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆. 4. v发≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚， 飞到太阳系以外的空间. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 04. 例题3 【参考答案】B （2025·浙江·三模）已知物体从地球上的逃逸速度（第二宇宙速度），其中G、ME、RE分别是引力常量、地球质量和半径，在目前天文观测范围内宇宙物质的平均密度为，如果我们认为宇宙是一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度，因此任何物体都不能脱离宇宙。已知光速，引力常量，则宇宙半径的数量级为（　　） A．1024m B．1026m C．1028m D．1030m 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 05. 解析 设宇宙的半径为R，质量为M，由题意知，宇宙的第二宇宙速度为又， 联立得，故选B。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 06. 例题4 【参考答案】A （2025·甘肃·高考真题）如图，一小星球与某恒星中心距离为R时，小星球的速度大小为v、方向与两者中心连线垂直。恒星的质量为M，引力常量为G。下列说法正确的是（　　） A．若，小星球做匀速圆周运动 B．若，小星球做抛物线运动 C．若，小星球做椭圆运动 D．若，小星球可能与恒星相撞 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 07. 解析 A．由万有引力提供向心力有解得 可知，若，小星球做匀速圆周运动，故A正确； B．结合A分析可知，若，万有引力不足以提供小星球做匀速圆周运动所需要的向心力，小星球做离心运动，但又不能脱离恒星的引力范围，所以小星球做椭圆运动，而不是抛物线运动，故B错误； 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 08. 解析 C．若，这是小星球脱离恒星引力束缚的临界速度，小星球将做抛物线运动，而不是椭圆运动，故C错误； D．若，小星球将脱离恒星引力束缚，做双曲线运动，不可能与恒星相撞，故D错误。故选A。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 天体的 追及相遇问题 考点三 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 模型构建 01. 在天体运动的问题中，我们常遇到一些这样的问题。比如，A、B两天体都绕同一中心天体做圆周运动，某时刻A、B相距最近，问A、B下一次相距最近或最远需要的时间，或“至少”需要多少时间等问题。 而对于此类问题的解决和我们在直线运动中的追及相遇问题在思维有上一些相似的地方，故我们也常说成“天体的追及与相遇 ”。 A B 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 情景1：相距最近 02. 如图，两天体的运转方向相同，且位于和中心连线半径的同侧，此时两天体相距最近。求经过多长时间t二者会再次相距最近？ 设处于内轨道的A天体周期为T1，处于外轨道的B天体周期为T2，当t满足下列式子时 二者相距最近： 或 A B 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 情景2：相距最远 03. 如图，两天体的运转方向相同，且位于和中心连线半径的同侧，此时两天体相距最近。求经过多长时间t二者会再次相距最远？ 或 A B 设处于内轨道的A天体周期为T1，处于外轨道的B天体周期为T2，当t满足下列式子时二者相距最远： 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 04. 例题5 【参考答案】A （2025·四川·高考真题）某人造地球卫星运行轨道与赤道共面，绕行方向与地球自转方向相同。该卫星持续发射信号，位于赤道的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如图所示，T为地球自转周期。已知该卫星的运动可视为匀速圆周运动，地球质量 为M，万有引力常量为G。则该卫星轨道半径为（    ） A． B． C． D． 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 05. 解析 设卫星转动的周期为，根据题意可得 可得 根据万有引力提供向心力可得 代入，可得，故选A。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 06. 例题6 （多选）（2023·重庆·高考真题）某卫星绕地心的运动视为匀速圆周运动，其周期为地球自转周期T的，运行的轨道与地球赤道不共面（如图）。时刻，卫星恰好经过地球赤道上P点正上方。地球的质量为M，半径为R，引力常量为G。则（　　） 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 07. 例题6 【参考答案】BCD A．卫星距地面的高度为 B．卫星与位于P点处物体的向心加速度大小比值为 C．从时刻到下一次卫星经过P点正上方时，卫星绕地心转过的角度为 D．每次经最短时间实现卫星距P点最近到最远的行程，卫星绕地心转过的角度比地球的多 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 08. 解析 A．由题意，知卫星绕地球运转的周期为设卫星的质量为，卫星距地面的高度为，有 联立，可求得，故A错误； 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 09. 解析 B．卫星的向心加速度大小 位于P点处物体的向心加速度大小 可得，故B正确； C．从时刻到下一次卫星经过P点正上方时，设卫星转了m圈、P点转了n圈（m、n为正整数），则有，可得，则卫星转过的角度为，故C正确； 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 10. 解析 D．卫星距P点最近或最远时，一定都在赤道正上方。每次经最短时间实现卫星距P点最近到最远，需分两种情况讨论，第一种情况：卫星转了x圈再加半圈、P点转了y圈（x、y为正整数），则有 x、y无解，所以这种情况不可能；第二种情况：卫星转了x圈、P点转了y圈再加半圈，则有可得，则卫星绕地心转过的角度与地球转过的角度差为，故D正确。故选BCD。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 THANKS 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 $$