第2讲　人造卫星　宇宙速度 课件 -2027届高考物理一轮复习

高考总复习 物理 人教版 第2讲　人造卫星　宇宙速度 索引 考点1 考点2 课时跟踪练 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 课程标准　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.会分析天体的“追及”问题。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 01 考点1　卫星运行参量的分析 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 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=_______ 。 2π 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 (4)向心加速度大小: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_______。 2.“黄金代换式”的应用 忽略中心天体自转影响,则有G=mg,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。 越小 越大 慢 GM=gR2 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 3.人造卫星 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。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 (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,约为h=3.6×107 m。 ④运行速率约为v=3.1 km/s。 (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。 赤道平面 24 h 地球表面 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 1.同一中心天体的两颗卫星,公转半径越大,向心加速度越大。( ) 2.围绕同一中心天体运行的质量不同的两颗卫星,若轨道半径相同,速率不一定相等。( ) 3.近地卫星的周期最小。( ) 4.极地卫星通过地球两极,且始终和地球某一经线平面重合。( ) 5.不同的地球同步卫星的质量不一定相同,但离地面的高度一定相同。( ) √ × × √ × 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 卫星运行参量与轨道半径的关系 (多选)(2026·云南玉溪期末)卫星a和卫星b均绕地球做匀速圆周运动,卫星a为地球同步卫星,卫星b每天绕地球转8圈。下列说法正确的是(　　) A.卫星a的速率为卫星b速率的 B.卫星a的轨道半径为卫星b轨道半径的8倍 C.卫星a的加速度大小为卫星b加速度大小的 D.卫星a的角速度为卫星b角速度的 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 [解析]　卫星a为地球同步卫星,周期Ta=24 h 卫星b每天绕地球转8圈,周期Tb= h=3 h 根据万有引力提供向心力有G=mr 可得T=2π 可知卫星a的轨道半径为卫星b轨道半径的4倍,故B错误; 根据万有引力提供向心力有G=m 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 可得v= 可知卫星a的速率为卫星b速率的,故A正确; 根据牛顿第二定律有G=ma 可得a= 可知卫星a的加速度大小为卫星b加速度大小的,故C错误; 根据ω=可知，卫星a的角速度为卫星b角速度的,故D正确。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 同步卫星 (2026·湖北武汉模拟)某款支持卫星通话的大众智能手机的卫星通信功能可以让我们在无信号环境下,通过“天通一号”系列卫星与外界进行联系。“天通一号”系列卫星为地球静止卫星,目前我国已发射有“天通一号”01、02、03卫星。将卫星绕地球的运动视为匀速圆周运动。关于“天通一号”系列卫星,下列说法正确的是(　　) A.三颗卫星有可能经过武汉市上空 B.三颗卫星的运行线速度大小都相等 C.三颗卫星的运行速度大于7.9 km/s D.若已知三颗卫星到地球表面高度及引力常量,即可求出地球质量 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 [解析]　三颗卫星为地球静止卫星,其只能定点在赤道上空,不可能经过武汉市上空,故A错误;对三颗卫星有G=mr=m,整理有T=2π ,v= ,由于三颗卫星为地球静止卫星,周期相同,所以轨道半径相等,均绕地球运行,由上述分析可知,三颗卫星的线速度大小相等,故B正确;7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度,即此时卫星的半径与地球的半径大小相等,而静止卫星的轨道半径远大于地球半径,由上述分析可知, 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 轨道半径变大,所以运行速度变小,即三颗卫星的运行速度小于7.9 km/s,故C错误;对三颗卫星有G=m(R+h),由于卫星到地球表面高度及引力常量已知,但是地球半径未知,所以无法求出地球的质量,故D错误。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较 (多选)如图所示,赤道面内的同步卫星与地心的距离为r,运行速率为v1,向心加速度大小为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大小为a2,第一宇宙速度大小为v2,地球半径为R,则下列比值正确的是(　　) A.=　　　　　　 B.=()2 C.= D.= 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 [解析]　根据万有引力提供向心力有G=m,G=m',则=;对于同步卫星和地球赤道上的物体,角速度相等,有a1=ω2r,a2=ω2R,则=。故选A、D。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行   近地卫星 同步卫星 地球赤道上的物体 图示   向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 ·方法总结· 近地卫星、同步卫星与地球赤道上物体的比较 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行   近地卫星 同步卫星 地球赤道上的物体 轨道半径 r同>r近=r物 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 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 02 考点2　宇宙速度 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 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(逃逸速度) 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 最小 7.9 地球 太阳 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 1.第一宇宙速度的推导 方法一:由G=m,得v== m/s≈7.9×103 m/s。 方法二:由mg=m,得v== m/s≈7.9×103 m/s。 第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度,也是人造卫星的最大环绕速度,此时它的运行周期最短,即最短周期Tmin=2π=2π s≈5 075 s≈ 85 min。正是近地卫星的周期。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 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,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。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 1.地球的第一宇宙速度的大小与地球质量有关。( ) 2.月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s。( ) 3.地球同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。( ) 4.若物体的发射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度,则物体绕太阳运行。( ) √ × √ √ 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 (人教版必修第二册P64T4改编)火星的质量和半径分别约为地球的和,地球的第一宇宙速度为v,则火星的第一宇宙速度约为(　　) A.v　　　　　　　　 B.v C.v D.v 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 (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重力加速度的,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(　　) 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 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 D.其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的倍 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 [解析]　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 物体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度,同理可得v地= 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 代入题中数据可得v月=v地 故A错误,B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 故C错误,D正确。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 (2026·湖北黄冈联考)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,其发射速度至少需要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 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 [解析]　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,其发射速度至少需要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。 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 课时跟踪练 温馨提示 返回导航 第五章　万有引力与宇宙航行 $