第5章 第2讲 人造卫星 宇宙速度(课件PPT) -【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习

第2讲 第五章 万有引力与宇宙航行 人造卫星　宇宙速度 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.理解卫星围绕天体做匀速圆周运动的动力学规律，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.会分析卫星的“追 及”问题。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　卫星运行参量的分析 考点2　宇宙速度 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 考点3　卫星的“追及”问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 卫星运行参量的分析 赢在微点 物理 大一轮 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5 必|备|知|识 1.卫星运动模型。 无论自然天体(如地球、月球)还是人造卫星在粗略计算中，可近似看成质点，围绕中心天体做匀速圆周运动。 2.基本公式。 (1)线速度大小：由G=m得v= 。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)角速度：由G=mω2r得ω= 。 (3)周期：由G=mr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越___，T越___。 小 大 G 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 3.人造卫星。 (1)人造卫星的轨道：如图所示，卫星运行的轨道平面一定通过地 心，一般分为赤道轨道、极地轨道和倾斜轨道，同步卫星中的静止轨道是赤道轨道。 (2)极地轨道：极地轨道卫星运行时每圈都经过南北两极的上空，由于地球自转，极地轨道卫星可以实现全球覆盖，如气象卫星。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)同步卫星。 ①轨道平面与赤道共面，且与地球自转方向相同。 ②周期与地球自转周期相同，T=24 h。 ③高度固定不变，h=3.6×107 m。 ④运行速率均为3.1 km/s。 (4)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)，运行速度等于第一宇宙速度，运行周期约为85 min。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 解答卫星运动问题常用的两个思路。 (1)万有引力提供向心力，即G=m=mω2r=mr=man。 (2)天体对其表面物体的万有引力近似等于重力，即G=mg，整理得gR2=GM，在引力常量G和中心天体质量M未知时，可用gR2替换GM。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 考向1 卫星的运动规律 【典例1】　(2024·江西卷)嫦娥六号探测器于2024年5月8日进入环月轨道，后续经调整环月轨道高度和倾角，实施月球背面软着陆。当探测器的轨道半径从r1调整到r2时(两轨道均可视为圆形轨道)，其动能和周期从Ek1、T1分别变为Ek2、T2。下列选项正确的是( ) A.== B.== C.== D.== 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 月球对探测器的万有引力提供 向心力，设月球的质量为M，探测器的质量为m，半径为r1时，有G=m=mr1；半径为r2时，有G=m=mr2，再根据动能Ek=mv2，可得探测器在两个轨道上的动能和周期的比值分别为==，A项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 考向2 近地卫星、同步卫星和赤道上物体的运行比较 【典例2】　(多选)地球同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为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，则下列比例关系中正确的是 ( ) A.= B.= C.= D.= 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由题意根据向心加速度和角速度的关系有a1=r，a2=R，又ω1=ω2，故=，A项正确，B项错误；由万有引力提供向心力得G=，G=，解得=，C项错误，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 寻找相同点，巧妙比较各物理量 (1)近地卫星与同步卫星的运行原理相同，均由万有引力提供向心力，由于r近<r同，所以a近>a同，v近>v同，ω近>ω同，T近<T同。 (2)同步卫星与赤道上的物体周期(或角速度)相同，均等于地球自转周期(或角速度)，由于r物<r同，所以a物<a同，v物<v同。 (3)近地卫星和赤道上的物体的轨道半径相同，但两者的运行原理不同，前者由万有引力提供向心力，后者由万有引力的分力提供向心力。两者的加速度、线速度、角速度、周期等物理量可通过同步卫星间接比较。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 宇宙速度 赢在微点 物理 大一轮 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 16 必|备|知|识 1.三种宇宙速度。 (1)第一宇宙速度：v1=_______km/s，地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星的最大环绕速度。 (2)第二宇宙速度：v2=_______km/s，物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。 (3)第三宇宙速度：v3=_______km/s，物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。 7.9 11.2 16.7 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.第一宇宙速度的计算方法。 (1)由G=m得v= 。 (2)由mg=m得v= 。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 【典例3】　(多选)(2024·湖南卷)2024年5月3日，嫦娥六号探测器顺利进入地月转移轨道，正式开启月球之旅。相较于嫦娥四号和嫦娥五号，本次的主要任务是登陆月球背面进行月壤采集并通过升空器将月壤转移至绕月运行的返回舱，返回舱再通过返回轨道返回地 球。设返回舱绕月运行的轨道为圆轨道，半径近似为月球半径。已知月球表面重力加速度约为地球表面的，月球半径约为地球半径的 。关于返回舱在该绕月轨道上的运动，下列说法正确的是( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.其相对于月球的速度大于地球第一宇宙速度 B.其相对于月球的速度小于地球第一宇宙速度 C.其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的倍 D.其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的倍 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 返回舱在该绕月轨道上运动时万有引力提供向心力，且返回舱绕月运行的轨道为圆轨道，半径近似为月球半径，则有G= m，其中在月球表面万有引力和重力的关系有G=mg月，联立解得v月=，由于第一宇宙速度为近地卫星的环绕速 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 度，同理可得v地=，代入题中数据可得v月=v地，A项错误，B项正确；根据线速度和周期的关系有T=·r，根据以上分析可得T月=T地，C项错误，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例4】　2024年6月2日，嫦娥六号重演“翩然落广寒”的精彩剧 目。为了估算从月球表面发射卫星的第一宇宙速度，某同学通过观察嫦娥六号着陆月球的过程，作如下假设：嫦娥六号在距离月球表面高度为H处悬停，开始做自由落体，落体过程的时间为t。另外在地球上用肉眼观察满月时，发现月球对眼睛的张角为θ(θ很小，θ为弧度制)，已知地月距离为L，L远大于地球和月球的半径，如图所示。忽略月球的自转，则月球的第一宇宙速度约为( ) A. B. C. D. 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 设月球表面重力加速度为g，则有H=gt2，解得g=，设月球半径为R，根据题图中几何关系得sin=≈，解得R=，由万有引力提供向心力得=mg=m，月球的第一宇宙速度为v==，A项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 卫星的“追及”问题 赢在微点 物理 大一轮 考点3 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 25 关|键|能|力 在不同圆周轨道上绕同一天体运动的两个行星(或卫星)，某一时刻会出现三者排成一条直线的“行星冲日”现象。即天体(或卫星)的 “追及、相遇”现象。此类问题的两种情形(以同向转动为例)： (1)相距最近。 两同心转动的卫星同向转动时，位于同一直径上且在圆心的同侧 时，相距最近。从相距最近到下一次相距最近，两卫星的运动关系满足：(ωA-ωB)t=2π或-=1。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)相距最远。 两同心转动的卫星同向转动时，位于同一直径上且在圆心的异侧 时，相距最远。从相距最近到第一次相距最远，两卫星的运动关系满足：(ωA-ωB)t=π或-=。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例5】　如图，某侦察卫星在赤道平面内自西向东绕地球做匀速圆周运动，对该卫星监测发现，该卫星离我国北斗三号系统中的地球静止轨道卫星的最近距离为r，最远距离为3r。则下列判断正确的是( ) A.该侦察卫星的轨道半径为2r B.该侦察卫星的运行周期为6 h C.该侦察卫星和地球静止轨道卫星前后两次相 距最近的时间间隔为6 h D.该侦察卫星与地心连线和地球静止轨道卫星 与地心连线在相等时间内扫过的面积之比为1∶1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 设侦察卫星的轨道半径为R1，地球静止轨道卫星的轨道半径为 R2，根据题意R2-R1=r，R2+R1=3r，解得R1=r，R2=2r，A项错误；根据开普勒第三定律有=，解得T1=T2=6 h，B项正 确；设该侦察卫星和地球静止轨道卫星前后两次相距最近的时间间隔为t，则有·t-·t=2π，解得t= h，C项错误；由 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 G=mr，单位时间内卫星与地心连线扫过的面积S=，联立解得S=，因此该侦察卫星与地心连线和地球静止轨道卫星与地心连线在相等时间内扫过的面积之比为S1∶S2== 1∶，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练18 本部分内容讲解结束 $$