5.2　天体运动与人造卫星——2027届高中物理一轮复习课件

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比较三大核心考点，通过真题统计明确“轨道半径与运动参量关系”“同步卫星特性”等高频考点分布，归纳了公式应用、参量比较等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+素养培养+技巧提炼”，如以2025山东卷典题为例，用黄金代换式推导月球周期，培养科学思维与模型建构素养。提供“越高越慢”规律、轨道半径公式应用等突破方法，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此系统指导，提升复习效率。

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•固本增分 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 考点一 考点二 考点三 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 考点一 考点二 考点三 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。 考点一 考点二 考点三 (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。 (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)。  近地卫星可能是极地卫星,也可能是赤道卫星 赤道平面 24 h 地球表面 考点一 考点二 考点三 研考点•精准突破 1.万有引力公式中r指轨道半径,是卫星到中心天体球心的距离,R通常指中心天体的半径,有r=R+h。 2.同一中心天体,各行星v、ω、a、T等物理量只与r有关;不同中心天体,各行星v、ω、a、T等物理量与中心天体质量m中和r有关。 考点一 考点二 考点三 考向一卫星运动参量与轨道半径的关系 典题1 (2025山东卷)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 C 考点一 考点二 考点三 解析 根据题意,月球所在位置处的重力加速度为g'=g,根据g'=r,解得T=120π,选项A、B、D错误,C正确。 考点一 考点二 考点三 典题2 (2025四川卷)某人造地球卫星运行轨道与赤道共面,绕行方向与地球自转方向相同。该卫星持续发射信号,位于赤道的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如图所示,T为地球自转周期。已知该卫星的运动可视为匀速圆周运动,地球质量为M,引力常量为G。则该卫星轨道半径为(　　) A. B. C. D. A 考点一 考点二 考点三 解析 由图可知地球的自转周期大于该卫星的运行周期,信号强时该卫星经过观测站上空,时间内,该卫星比观测站多转了一圈,则有t-t=2π,解得该卫星周期T1=,由万有引力提供向心力得=mr,解得r=,A正确。 考点一 考点二 考点三 考向二同步卫星 典题3 我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行,从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动,运动周期与地球自转周期相同,轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星(　　) A.运动速度大于第一宇宙速度 B.运动速度小于第一宇宙速度 C.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星 D.轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星 B 考点一 考点二 考点三 解析 第一宇宙速度是绕地球表面做圆周运动的速度,是绕地球做圆周运动的所有卫星的最大环绕速度,由G=m可得v=,该卫星的轨道半径大于地球的半径,可知运动速度小于第一宇宙速度,选项A错误,B正确;根据G=mr,可得r=,因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同,等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周期,可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径,选项C、D错误。 考点一 考点二 考点三 考点二 宇宙速度 强基础•固本增分 7.9　 最小 地球 太阳 考点一 考点二 考点三 研考点•精准突破 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。 考点一 考点二 考点三 典题4 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 考点一 考点二 考点三 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。 考点一 考点二 考点三 典题5 (多选)(湖南卷)2025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上升器将月壤转移至绕月运行的返回器,返回器再通过返回轨道返回地球。设返回器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。关于返回器在该绕月轨道上的运动,下列说法正确的是(　　) 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 BD 考点一 考点二 考点三 解析 本题考查万有引力定律、宇宙速度的理解。返回器绕月运行的轨道半径近似为月球半径,则有G=m,在月球表面,由万有引力和重力的关系有G=m'g月,解得v月=;同理可得地球第一宇宙速度即近地卫星的环绕速度v地=,代入题中数据可得v月=v地,故A错误,B正确;根据T=,得T月=T地,故C错误,D正确。 考点一 考点二 考点三 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。 考点一 考点二 考点三 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 考点一 考点二 考点三 典题6 神舟十八号飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,神舟十八号飞船在执行任务时可视为在距地面400 km的轨道上做匀速圆周运动;此前在西昌卫星发射中心成功发射了北斗导航卫星G7,G7属于地球静止轨道卫星(高度约为36 000 km),它将使北斗系统的可靠性进一步提高。以下说法正确的是(　　) A.神舟十八号飞船的周期比北斗导航卫星G7的周期小 B.神舟十八号飞船的向心加速度比北斗导航卫星G7的小 C.神舟十八号飞船和北斗导航卫星G7的运行速度可能大于7.9 km/s D.通过地面控制可以将北斗导航卫星G7定点于西昌正上方 A 考点一 考点二 考点三 解析 根据万有引力提供向心力有=mr=ma,可得T=, a=,由于神舟十八号飞船的轨道半径小于北斗导航卫星G7的轨道半径,则神舟十八号飞船的周期比北斗导航卫星G7的周期小,神舟十八号飞船的向心加速度比北斗导航卫星G7的大,故A正确,B错误;地球第一宇宙速度7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大线速度,则神舟十八号飞船和北斗导航卫星G7的运行速度都小于7.9 km/s,故C错误;地球静止轨道卫星只能定点于赤道的正上方,所以通过地面控制不可以将北斗导航卫星G7定点于西昌正上方,故D错误。 考点一 考点二 考点三 典题7 中国自主研发的“天通一号”系列卫星是地球同步轨道卫星,距地面高度约36 000 km,已经发射了三颗,分别为01星、02星、03星。已知地球半径约为6 400 km,地球表面的重力加速度g取9.8 m/s2,下列说法正确的是 (　　) A.“天通一号”01星发射速度大于第二宇宙速度 B.“天通一号”01星、02星、03星所受地球的万有引力大小相等 C.“天通一号”01星、02星、03星线速度大小约为3.1 km/s D.“天通一号”卫星和赤道上物体的向心加速度大小之比约为7∶980 C 考点一 考点二 考点三 解析 第二宇宙速度指脱离地球束缚的最小的发射速度,同步卫星并没有脱离地球束缚,因此,“天通一号”01星发射速度小于第二宇宙速度,故A错误;“天通一号”01星、02星、03星与地心的间距相等,但质量关系不确定,根据F=G可知,“天通一号”01星、02星、03星所受地球的万有引力大小关系不确定,故B错误;同步卫星的周期与地球自转周期相等,根据线速度的定义,可知v= km/s≈3.1 km/s,故C正确;根据万有引力提供向心力,有a1=,赤道上物体随地球自转的向心加速度a2=,解得,故D错误。 考点一 考点二 考点三 $