2026届高考物理一轮复习课件：第五章 天体运动参量分析　人造卫星的特点

该高中物理高考复习课件聚焦“万有引力与宇宙航行”专题，覆盖天体运动参量分析、三个宇宙速度、同步卫星等核心考点，依据高考评价体系明确天体参量比较（占比45%）、卫星类型辨析（占比30%）等高频考查维度，通过公式推导与真题案例构建系统复习框架。 课件亮点在于“真题精讲+模型建构+易错点警示”，如结合2023天津卷卫星参量比较题，运用“越高越慢”规律培养科学推理素养，通过同步卫星与赤道物体对比模型突破易混点。教师可依托考点权重分布精准教学，学生通过真题变式训练提升解题效率，助力高考冲刺。

第五章 物理 万有引力与宇宙航行 天体运动参量分析　人造卫星的特点 目标 要求 1.会比较卫星运行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.了解同步卫星的特点，会比较同步卫星、近地卫星及赤道上物体的运行。 内容索引 考点一　天体运动参量的分析 考点二　三个宇宙速度 考点三　同步卫星、近地卫星及赤道上物体的运行问题 3 天体运动参量的分析 考点一 1.基本公式 (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 2.“黄金代换式”的应用 忽略中心天体自转影响，则有mg=G，整理可得 。在引力常量G和中心天体质量M未知时，可用gR2替换GM。 GM=gR2 　 (2023·天津卷·1)运行周期为24 h的北斗卫星比运行周期为12 h的 A.加速度大 B.角速度大 C.周期小 D.线速度小 例1 √ 根据万有引力提供向心力有F=G=m=mrω2=mr=ma，可得T=2π， v=，ω=，a=。因为运行周期为24 h的北斗卫星周期大，故运行轨道半径大，则线速度小，角速度小，加速度小，故选D。 (2023·山东卷·3)牛顿认为物体落地是由于地球对物体的吸引，这种吸引力可能与天体间(如地球与月球)的引力具有相同的性质、且都满足F∝。已知地月之间的距离r大约是地球半径的60倍，地球表面的重力加速度为g，根据牛顿的猜想，月球绕地球公转的周期为 A.30π B.30π C.120π D.120π 例2 √ 返回 设地球半径为R，由题知，地球表面的重力加速度为g，则有mg=G，月球绕地球公转，有G=m月r，r=60R，联立有T=120π，故选C。 三个宇宙速度 考点二 1.三个宇宙速度 第一宇宙速度 (环绕速度) v1=_____ km/s，是人造地球卫星的______发射速度，这也是地球卫星的最大环绕速度 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 最小 地球 太阳 (1)试推导第一宇宙速度的两个表达式。 答案　由G=m得v= 由mg=m得v= 讨论交流 (2)近地卫星的运行周期大约是多长时间？ (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) 答案　近地卫星运行周期T=2π=2π s≈85 min。 2.宇宙速度与运动轨迹的关系 (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时，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。 (3)11.2 km/s≤v发<16.7 km/s时，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆。 (4)v发≥16.7 km/s时，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。 3.黑洞 黑洞是一种密度极大、引力极大的天体，以至于光都无法逃逸，科学家一般通过观测绕黑洞运行的天体的运动规律间接研究黑洞。当天体的逃逸速度(逃逸速度为其第一宇宙速度的倍)超过光速时，该天体就是黑洞。 4.星球的瓦解问题 当星球自转越来越快时，星球对“赤道”上的物体的引力不足以提供向心力时，物体将会“飘起来”，进一步导致星球瓦解，瓦解的临界条件是“赤道”上的物体所受星球的引力恰好提供向心力，即=mω2R， 得ω=。当ω>时，星球瓦解，当ω<时，星球稳定运行。 　 中国火星探测器“天问一号”成功发射后，沿地火转移轨道飞行七个多月，于2021年2月到达火星附近，要通过制动减速被火星引力俘获，才能进入环绕火星的轨道飞行。已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球半径约为火星半径的2倍，下列说法正确的是 A.若在火星上发射一颗绕火星运动的近地卫星，其速度至少需要7.9 km/s B.“天问一号”探测器的发射速度一定大于7.9 km/s，小于11.2 km/s C.火星与地球的第一宇宙速度之比为1∶ D.火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度 例3 √ 卫星在行星表面附近绕行的速度为该行星的第一宇宙速度，由G=m，可得v=，故v火∶v地=1∶，所以在火星上发射一颗绕火星运动的近地卫星，其速度至少需要v火= km/s，故A错误，C正确； “天问一号”探测器挣脱了地球引力束缚，则它的发射速度大于等于11.2 km/s，故B错误； g地=G，g火=G，联立可得g地>g火，故D错误。 　 科学研究表明，当天体的逃逸速度(逃逸速度为其第一宇宙速度的倍)大于光速时，该天体就是黑洞。已知某天体与地球的质量之比为k，地球的半径为R，地球的环绕速度(第一宇宙速度)为v1， 光速为c，则要使该天体成为黑洞，其半径应小于 A. B. C. D. 例4 √ 地球的第一宇宙速度为v1=，则黑洞的第一宇宙速度为v2=v2>c， 联立解得r<，所以D正确，A、B、C错误。 返回 同步卫星、近地卫星及赤道上物体的运行问题 卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星中的静止卫星的轨道是赤道轨道。 (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)同步卫星 ①静止卫星的轨道平面与 共面，且与地球 自转的方向相同。 ②周期与地球自转周期相等，T= 。  ③高度固定不变，h=3.6×107 m。 ④运行速率约为v=3.1 km/s。 考点三 赤道平面 24 h (3)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(人造地球卫星做匀速圆周运动的最大运行速度)，T=85 min(人造地球卫星的最小周期)。 注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星。 地球表面 讨论交流 (1)在同一轨道上质量大的卫星受到地球引力大，是否加速度就大，运行速度就快？ 答案　由a=及v=可得卫星运行加速度和速度与卫星质量无关，同一轨道上各卫星具有相同加速度和速度大小 (2)随着我国航空航天科技的发展，将来可以发射定点到广州上空的静止卫星吗？ 答案　由于静止卫星必须与地球自转同步，且转动中心必须在地心，故静止卫星只能定点在赤道正上方 (3)赤道上停放一待发射卫星A，天空运行一同步卫星B，可以由v=得A卫星线速度大于B卫星线速度吗？ 答案　赤道上停放的物体由万有引力的一个分力提供向心力，故不满足v=，又由v=ωr，A、B两卫星具有相同的角速度，故B卫星线速度大。 　 如图所示，a是在赤道平面上相对地球静止的物体，随地球一起做匀速圆周运动。b是在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是地球同步卫星，已知地球表面两极处的重力加速度为g，下列关于a、b、c的说法正确的是 A.b做匀速圆周运动的加速度等于g B.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度最大的是c C.a、b、c做匀速圆周运动的速率最大的是a D.a、b、c做匀速圆周运动的周期最小的是a 例5 √ 对b根据G=mg=ma，可知b做匀速圆周运动的加速度等于g，选项A正确； 根据G=ma，卫星c的轨道半径比b大，则做匀速 圆周运动的向心加速度小于b，对a、c因角速度相等，根据a=ω2r可知，c的向心加速度大于a，则a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度最大的是b，选项B错误； 对a、c因角速度相等，根据v=ωr可知，c的速率大于a的速率，根据v=，可知b的速率大于c的速率，可知a、b、c做匀速圆周运动的速率最大的是 b，选项C错误； 对a、c因角速度相等，周期相等，对b、c根据T=2π，可知c的周期大于b，可知a、b、c做匀速圆周运动的周期最小的是b，选项D错误。 　 北斗卫星导航系统第三颗组网卫星(简称“三号卫星”)的工作轨道为地球同步轨道，设地球半径为R，“三号卫星”的离地高度为h，则关于地球赤道上静止的物体、地球近地环绕卫星和“三号卫星”的有关物理量，下列说法中正确的是 A.近地卫星与“三号卫星”的周期之比为= B.近地卫星与“三号卫星”的角速度之比为= C.赤道上物体与“三号卫星”的线速度大小之比为= D.赤道上物体与“三号卫星”的向心加速度大小之比为= 例6 √ 由万有引力提供向心力可得=mr=mω2r，解得ω=，T=2π，所以近地卫星与“三号卫星”的周期和角速度之比分别为==，故A正确，B错误； “三号卫星”为同步卫星，其周期与地球自转周期相同，根据v=ωr，可知赤道上物体与“三号卫星”的线速度大小之比为=，故C错误； 根据a=ω2r，可知赤道上物体与“三号卫星”的向心加速度大小之比为=，故D错误。 近地卫星、同步卫星与地球赤道上物体的比较 总结提升 项目 近地卫星 同步卫星 地球赤道上物体 图示   向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 总结提升 轨道半径 r同>r物=r近 角速度 ω近=，ω同=ω物=，有ω近>ω同=ω物 线速度 v近=，v同=ω同(R+h)=，v物=ω物R，有v近>v同>v物 向心 加速度 a近=R=，a同=(R+h)=，a物=R，有a近>a同>a物 返回 课时精练 对一对 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 C B C A A A B BCD 题号 9 10 答案 D (1)　(2)　(3)16 次 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1.(八省联考·云南·2)神舟十九号载人飞船与中国空间站完成自主交会对接后形成一个组合体。该组合体在距地面高约400 km(高于近地轨道高度)的轨道上运行，其轨道可近似视为圆。已知地球同步卫星位于地面上方高度约36 000 km处，则该组合体 A.运行速度大于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期 B.运行速度大于7.9 km/s，运行周期大于地球同步卫星的周期 C.运行速度小于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期 D.运行速度小于7.9 km/s，运行周期大于地球同步卫星的周期 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 基础落实练 答案 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 根据G＝m＝mr 可得v＝，T＝2π 组合体的轨道半径大于近地卫星轨道半径，可知组合体的运行速度小于7.9 km/s；组合体轨道半径小于同步卫星的轨道半径，可知组合体的运行周期小于地球同步卫星的周期，故选C。 32 2.2023年12月15日，我国在文昌航天发射场使用长征五号遥六运载火箭成功将遥感四十一号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。某遥感卫星沿地球同步轨道运行，关于该遥感卫星，下列说法正确的是 A.其运行速度等于7.9 km/s B.其向心加速度大于放在赤道上的物体的向心加速度 C.其向心加速度大于地球表面的重力加速度 D.已知该卫星的轨道半径和地球自转的周期，不能求出该卫星的线速度 大小 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 卫星所受的万有引力提供做匀速圆周运动的向心力，即G=m，解得v=，因为7.9 km/s是近地卫星的环绕速度，且近地卫星的环绕半径比 地球同步卫星小，则该遥感卫星的线速度小于近地卫星的线速度，即其运行速度小于7.9 km/s，故A错误； 因为该卫星与赤道上的物体环绕周期和角速度相等，该卫星的环绕半径大于赤道上的物体随地球做匀速圆周运动的半径，根据a=ω2r可知，其向心加速度大于放在赤道上的物体的向心加速度，故B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 根据G=ma，解得该卫星的向心加速度a=，设地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，有G=mg，解得g=，因为r>R，则a<g，故C错误； 地球自转的周期与该卫星做匀速圆周运动的周期相等，该卫星的轨道半径和环绕周期都已知，根据v=可知，能求出该卫星的线速度大小，故D错误。 3.(八省联考·四川·2)我国某研究团队提出以磁悬浮旋转抛射为核心的航天器发射新技术。已知地球和月球质量之比约为81∶1，半径之比约为4∶1。若在地球表面抛射绕地航天器，在月球表面抛射绕月航天器，所需最小抛射速度的比值约为 A.20 B.6 C.4.5 D.1.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 要抛射航天器，所需要的最小速度为中心天体的第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力 G＝m 可得中心天体的第一宇宙速度v＝ 地球和月球质量之比约为81∶1，半径之比约为4∶1，则地球和月球的第一宇宙速度之比为 ＝4.5 即所需最小抛射速度的比值约为4.5，故选C。 4.(2024·江西卷·4)“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.=，= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 探测器在环月轨道做匀速圆周运动，则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，则半径为r1时有G=m =mr1，半径为r2时有G=m=mr2，再根据动能Ek=mv2，可得动能和周期的比值分别为==，故选A。 5.星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度。星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=v1。已知某星球的半径为r，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的。不计其他星球的影响，忽略其自转的影响。则该星球的第二宇宙速度为 A. B. C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 该星球的第一宇宙速度满足G=m，在该星球表面处万有引力等于重力G=m，由以上两式得该星球的第一宇宙速度v1=，则第二宇宙速度v2=×=，故A正确。 6.已知北斗导航卫星在预定轨道距离地心的间距为r、运行周期为T、地球表面的重力加速度为g、地球的半径为R、引力常量为G，忽略地球自转的影响。则下列说法正确的是 A.地球的质量为 B.地球的第一宇宙速度为 C.北斗导航卫星的运行速度为 D.由于北斗导航卫星正常运行时完全失重，则北斗导航卫星的重力为零 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 北斗导航卫星在环绕地球运行时，由万有引力提供向心力，有G=mr， 则地球的质量M=，A正确； 在地球表面，由mg=m，则地球的第一宇宙速度为v=，B错误； 北斗导航卫星在轨道上正常运行时，环绕速度为v0=，C错误； 北斗导航卫星环绕地球做圆周运动时，处于完全失重状态，但仍受重力的作用，D错误。 7.火星是近些年来发现的最适宜人类居住生活的星球，我国成功发射“天问一号”标志着我国成功地迈出了探测火星的第一步。已知火星直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时间为T，地球表面的重力加速度为g，若未来在火星表面发射一颗人造卫星，最小发射速度约为 A. B. C. D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 能力综合练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 由G=m，得到星球的第一宇宙速度v=，设地球的第一宇宙速度为v1，由g=ωv1=v1，得v1=，设火星的第一宇宙速度为v2，则=·， 代入数据解得v2=v1=，故选B。 8.(多选)有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则 A.在相同时间内a转过的弧长最长 B.b的向心加速度近似等于重力加速度g C.c在6 h内转过的圆心角是 D.d的运动周期有可能是25 h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 因a在地球上，c为地球同步卫星，所以a、c角速度相同，由v=ωr，可知c的线速度比a的线速度大，在相同时间内c转过的弧长一定比a大，故A错误； b为近地轨道卫星，根据牛顿第二定律可得G=mg=ma，解得a=g，可知b的向心加速度近似等于地球表面重力加速度g，故B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 c为地球同步卫星，24 h内转过的角度为2π，则6 h内转过的角度为，故C正确； 由开普勒第三定律=k可知卫星的轨道半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期24 h，则d的运动周期可能是25 h，故D正确。 9.如图，“嫦娥五号”“天问一号”探测器分别在近月、近火星轨道运行。已知火星的质量为月球质量的9倍、半径为月球半径的2倍。假设月球、火星均可视为质量均匀分布的球体，忽略其自转影响，则 A.月球表面重力加速度比火星表面重力加速 度大 B.月球的第一宇宙速度比火星的第一宇宙速 度大 C.质量相同的物体在月球、火星表面所受万 有引力大小相等 D.“嫦娥五号”绕月周期比“天问一号”绕火星周期大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 由mg=G，可得g=，结合题意可得g月=g火，A项错误； 由mg=m可知v=，所以v月=v火，B项错误； 由F引=G，可知F月=F火，C项错误； 由G=m()2r可知T=2π，所以T月=T火，D项正确。 10.2021年10月16日神舟十三号载人飞船顺利发射升空，翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员开启了为期6个月的中国天宫空间站之旅。若空间站组合体做匀速圆周运动的轨道半径为r，地球质量为M，引力常量为G。 (1)求天宫空间站运动的加速度大小a； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 答案　　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 设空间站质量为m， 由牛顿第二定律得=ma， 解得a=。 (2)求天宫空间站运动的速度大小v； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 答案　　 由万有引力提供向心力得=m 得v=。 (3)通过某小程序可以查询到中国空间站过境运动轨迹，经查询从2021年11月2日17：51：08到2021年11月3日18：03：40，这段时间内空间站绕地球共转过16圈。求空间站中的航天员在24 h内看到几次日出，并简要说明理由。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 答案　16 次 因为空间站每绕地球一圈，会看到一次日出，从题目所给数据，可知24 h内空间站绕地球16圈，故可看到16次日出。 返回 $