5.2　天体运动与人造卫星 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“天体运动与人造卫星”专题，依据高考评价体系梳理了天体运行参量分析、宇宙速度、同步卫星与近地卫星及赤道物体比较三大核心考点，通过考情分析明确运行参量关系及同步卫星特点为高频考查内容，归纳出参量比较、宇宙速度计算等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题演练+规律总结+素养提升”策略，如结合2025湖北卷改编题强化运行参量“越高越慢”规律，通过典题1轨道半径减半时参量变化计算，培养学生科学思维中的模型建构与科学推理能力。特设“黄金代换式应用指南”和易错点警示，助力学生掌握解题技巧，教师可据此高效开展专题复习，提升备考效率。

第2讲　天体运动与人造卫星 考点一　天体(卫星)运行参量分析 强基础•教考衔接 1.天体(卫星)运行问题分析 将天体或卫星的运动看成　　　　　　　　运动,其所需向心力由 　　　　　　　　提供。 2.物理量随轨道半径变化的规律 G⇒ 公式中r指轨道半径,r越大,v、ω、a越小,T越大(越高越慢) 匀速圆周 万有引力 3.“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m0未知时,可用gR2替换Gm0。 Gm0=gR2 4.人造卫星 地球卫星的运行轨道如图所示。卫星运行的轨道平面一定通过地心。 (1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星中的静止卫星就是其中的一种。 (2)极地轨道:卫星的轨道经过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,如极地气象卫星。由于地球自转,极地卫星可以实现全球覆盖。 (3)其他轨道:除以上两种轨道以外的卫星轨道,它们的轨道平面一定通过地心。 (4)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。 　 近地卫星可能是极地卫星,也可能是赤道卫星 (5)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)。 赤道平面 24 h 地球表面 √ × × × 研考点•精准突破 1.一种模型:无论自然天体(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。 2.两条关系 (1)万有引力提供向心力:G=ma=m=mω2r=mr。 (2)中心天体表面,万有引力等于重力:=mg(R、g分别是中心天体的半径、中心天体表面重力加速度)。 考向一　卫星运动参量与轨道半径的关系 典题1 (2025湖南怀化三模)2025年3月我国科学家通过研究“嫦娥六号”采回的月球背面月壤样品,取得重大突破,对理解月球乃至太阳系早期演化具有重大科学意义,“嫦娥六号”任务圆满成功。假设“嫦娥六号”绕某一中心天体运动的圆轨道半径减为原来的一半时,则“嫦娥六号”(　　) A.向心加速度变为原来的2倍 B.线速度变为原来的2倍 C.运动周期变为原来的 D.所受万有引力变为原来的倍 C 解析 根据G=ma,解得a=,可知向心加速度变为原来的4倍,故A错误; 根据=m,可得v=,线速度变为原来的倍,故B错误; 根据=mr,可得T=2π,运动周期变为原来的,故C正确; 根据F=G,“嫦娥六号”所受万有引力变为原来的4倍,故D错误。 考向二　同步卫星 典题2 [一题多变](多选)(2025广东一模)关于地球同步卫星,下列说法正确的是(　　) A.地球同步卫星和地球同步,因此同步卫星的高度和线速度大小是一定的 B.地球同步卫星的角速度虽被确定,但高度和速度可以选择,高度增加,速度增大,高度降低,速度减小 C.地球同步卫星只能定点在赤道上空,相对地面静止不动 D.平行于赤道也能发射地球同步卫星 AC 解析 根据万有引力提供向心力,则有=m(R+h),其中R为地球半 径, h为同步卫星离地面的高度,由于同步卫星的周期与地球自转周期相同,即T为一定值,根据上面等式可知,同步卫星离地面的高度h也为一定值,则轨道半径一定,根据v=可知,线速度的大小也一定,故A正确;同步卫星的周期与地球自转周期相同,结合上述可知,高度与线速度大小均为定值,故B错误;地球同步卫星若在除赤道所在平面外的任意点,假设实现了“同步”,那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上,这是不可能的,故C正确,D错误。 提示 卫星绕地球运行,万有引力提供向心力,则有=m,综合“黄金代换”有Gm0=gR2,如图所示,由几何关系知=rsin 60°,联立整理得x=,根据运动规律,电磁波传播有x=ct,可得t=。 考点二　宇宙速度 强基础•教考衔接 7.9 最小 地球 太阳 研考点•精准突破 1.第一宇宙速度的推导 方法一:由G=m得v1= m/s ≈7.9×103 m/s。 方法二:由mg=m得v1= 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,Tmin=2π=2π s≈5 075 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,卫星绕太阳做椭圆运动。 (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。 考向一　宇宙速度的理解 典题3 三个宇宙速度的示意图如图所示,则(　　) A.嫦娥一号卫星的无动力发射速度需要大于16.7 km/s B.太阳系外飞行器的无动力发射速度只需要大于11.2 km/s C.天宫空间站的飞行速度大于7.9 km/s D.三个宇宙速度对哈雷彗星(绕太阳运动)不适用 D 解析 嫦娥一号绕月球运行,但仍没有脱离太阳系,无动力发射速度需要小于16.7 km/s,A错误;太阳系外飞行器的无动力发射速度需要大于16.7 km/s, B错误;天宫空间站绕地球做近似圆周运动,运动速度小于7.9 km/s,C错误;三个宇宙速度对应的中心天体均是地球,不适用于哈雷彗星,D正确。 考向二　宇宙速度的计算 典题4 (2025河北石家庄一模)据有关报道,载人登月的关键设备——长征十号,研发进度大幅提前,预计在2027年进行首飞。已知地球与月球的半径分别为R1、R2,地球与月球的平均密度分别为ρ1、ρ2,则地球与月球第一宇宙速度的比值为(　　) A. B. C. D. B 解析 对地球根据万有引力提供向心力,有G=m,可得地球的第一宇宙速度为v1=,对月球根据万有引力提供向心力,有G=m,可得月球的第一宇宙速度为v2=,联立可得地球与月球第一宇宙速度的比值为,故选B。 考点三　同步卫星、近地卫星和赤道上的物体比较 研考点•精准突破 近地卫星、同步卫星与地球赤道上物体的比较 如图所示,a为近地卫星,半径为r1;b为地球同步卫星,半径为r2;c为赤道上随地球自转的物体,半径为r3。 比较项 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 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 r2>r3=r1 角速度 由G=mω2r得ω=,故ω1>ω2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同,故ω2=ω3 ω1>ω2=ω3 线速度 由G=m得v=,故v1>v2 由v=rω得v2>v3 v1>v2>v3 向心加速度 由G=ma得a=,故a1>a2 由a=ω2r得a2>a3 a1>a2>a3 考向一　三者运行情况的定性判断 典题5 [一题多解](2026湖北黄冈高三模拟)如图所示,a是赤道上放置在发射架上待发射的卫星,b是近地卫星,下列对a、b两颗卫星所做的匀速圆周运动的描述正确的是(　　) A.向心力Fa<Fb B.周期Ta>Tb C.线速度大小va>vb D.向心加速度大小aa>ab B 解析 两卫星的质量关系未知,不能比较向心力的大小,故A错误;方法1:a卫星的周期和同步卫星的周期相同,而b卫星的周期小于同步卫星的周期,则Ta>Tb,故B正确;方法2:a卫星的周期为24 h,而b卫星的周期为85 min左右,故Ta>Tb,故B正确;b卫星的线速度大于同步卫星的线速度,同步卫星的线速度大于a卫星的线速度,则b卫星的线速度大于a卫星的线速度,故C错误;b卫星的向心加速度大于同步卫星的向心加速度,同步卫星的向心加速度大于a卫星的向心加速度,则b卫星的向心加速度大于a卫星的向心加速度,则D错误。 考向二　三者运行情况的定量计算 典题6 (2025山东威海高三期末)地球赤道上的物体随地球自转的速度为v1,近地卫星运行的速度为v2,静止卫星运行的速度为v3。已知静止卫星离地心的距离为地球半径的7倍,则v1、v2、v3大小之比为(　　) A.1∶7∶7 B.1∶∶7 C.1∶1∶7 D.1∶1∶ A 解析 赤道上的物体与静止卫星的角速度相等,v1=Rω,v3=7Rω,解得v1∶v3=1∶7,对近地卫星与静止卫星有=m=m,解得v2∶v3=∶1,故v1∶v2∶v3=1∶7∶7,故选A。 $