5.2 人造卫星　宇宙速度 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“人造卫星 宇宙速度”专题，依据高考评价体系明确宇宙速度理解、卫星运动参量分析、追及问题处理及同步卫星特点四大核心考点，通过课后判断题梳理易错点，结合典例归纳判断、计算、综合分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“考点解析+真题演练+素养培养”模式，如典例2结合“天问一号”火星探测情境，用黄金代换式推导第一宇宙速度，培养科学思维与模型建构素养。针对追及问题总结角度关系公式，同步卫星特点对比近地卫星参数，帮助学生掌握解题技巧，教师可据此精准突破高频考点，助力学生高效冲刺。

第24课时　人造卫星　宇宙速度 学习目标:1.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,会求解第一宇宙速度。 3.会分析天体中的“追及”问题。4.知道同步卫星的特点及应用。 × × √ √ × √ 解析 1.×　由a=可知,轨道半径r越大,向心加速度a越小。 2.×　由v=可知,环绕速率与行星质量无关,仅由中心天体质量M和轨道半径r决定。 3.√　同步卫星轨道高度恒定,与卫星质量无关。 4.√　第一宇宙速度v=,其中M为地球质量。 5.×　同步卫星轨道半径大于近地轨道半径,由v=可知,其运行速度小 于第一宇宙速度。 6.√　该速度范围使物体能脱离地球引力束缚,但未脱离太阳系,将成为绕太阳运行的人造行星。 考点一　宇宙速度问题 1.宇宙速度 宇宙速度 数值(km·s-1) 意义 第一宇宙速度 　　　　  地球卫星　　　　发射速度(环绕速度),也是人造卫星的最大　　　速度  第二宇宙速度 　　　　  物体挣脱地球引力束缚的　　　　发射速度(逃逸速度)  第三宇宙速度 　　　　  物体挣脱太阳引力束缚的　　　　发射速度(脱离速度)  7.9 最小 环绕 11.2 最小 16.7 最小 2.卫星发射速度与卫星运动轨迹的关系 3.计算第一宇宙速度的方法 计算第一宇宙速度 典例1　宇宙速度是从地球表面向宇宙空间发射人造地球卫星、行星际和恒星际飞行器所需的最低速度。下列关于宇宙速度的说法正确的是(　　) A.第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度 B.若飞行器的发射速度大于第二宇宙速度,则飞行器将绕地球做椭圆运动 C.若飞行器的发射速度大于第三宇宙速度,则飞行器将绕太阳运动 D.卫星绕地球做圆周运动的速率可能大于第一宇宙速度 A 典例2　“天问一号”探测器成功实现了在火星表面的环绕飞行。已知火星的质量为地球的,则“天问一号”环绕火星表面飞行的速度约为(　　) A.3 km/s B.7.9 km/s C.4 km/s D.11.2 km/s C 考点二　人造卫星的运动参量的分析 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=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 　 　　　, 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 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。 (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。 (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)。  赤道平面 24 h 地球表面 典例3　中国空间站运行在距离地球表面约400 km高的近地轨道上,而地球同步卫星离地高度约为36 000 km。如图所示,a为静止在地球赤道上的物体,b为中国空间站,c为地球同步卫星,则下列说法正确的是(　　) A.线速度的大小关系为va>vb>vc B.周期关系为Ta<Tb<Tc C.向心加速度的关系为ab>ac>aa D.同步卫星c的发射速度要大于11.2 km/s,小于16.7 km/s C 典例4　已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,地球自转的周期为T,则地球同步卫星距地面的高度为(　　) A.-R B.-R C. D. A 对点演练1　(2025南通一模)2024年12月17日,中国航天员创造了最长太空行走的世界纪录,空间站在距离地面约400 km高处的圆轨道上运动,则航天员(　　) A.受到的合力为零 B.始终在北京的正上方 C.绕地球运动的周期为24 h D.绕地球运动的速度小于7.9 km/s D 考点三　人造卫星中的追及相遇问题 1.天体运动中的“相遇”是指两天体运行过程中相距最近,如图甲所示,而图乙时刻,地球和行星相距最远。 甲 乙 2.从图甲开始分析两天体转过的角度或圈数。 状态 关系(同向) 相距 最近 (1)角度关系:ω1t-ω2t=n·2π(n=1,2,3,…) (2)圈数关系:=n(n=1,2,3…) 相距 最远 (1)角度关系:ω1t-ω2t=(2n-1)π(n=1,2,3…) (2)圈数关系:(n=1,2,3…) 典例5　我国发射的高分系列卫星中,高分四号卫星处于地球同步轨道。如图所示,卫星A是位于赤道平面内、绕行方向与地球自转方向相同的近地卫星,B是高分四号地球同步卫星,此时刻A、B连线与地心恰在同一直线上且相距最近。已知A的角速度为ω1,地球自转角速度为ω2,引力常量为G。 (1)估算地球的密度; (2)由图示时刻开始,至少经过多长时间A、B相距最远? 答案 (1)　(2) 对点演练2　如图所示为三颗卫星a、b、c绕地球沿逆时针方向做匀速圆周运动的示意图,其中b、c是地球同步卫星,a在半径为r的轨道上,此时a、b恰好相距最近,已知地球质量为M,地球自转的角速度为ω,引力常量为G,则 (　　) A.卫星a、c与地心的连线单位时间扫过的面积相等 B.卫星c加速一段时间后就可能追上卫星b C.到卫星a和b下一次相距最近,还需经过时间t= D.到卫星a和b下一次相距最近,还需经过时间t= C 解析 卫星a、c为不同轨道的卫星,由题给条件无法比较它们与地心的连线单位时间扫过的面积是否相等,选项A错误;卫星c加速后,将脱离原轨道做离心运动,不可能追上同轨道的卫星b,选项B错误;卫星a做圆周运动,由万有引力提供向心力有=mr,可得ωa=,b为地球同步卫星,其角速度与地球自转的角速度相同,则卫星a、b连续两次相距最近还需经过的时间t满足(ωa-ω)t=2π,解得t=,选项C正确,D错误。 $