第5章　专题强化6　天体运动中的三类典型问题 课件 -2026届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦天体运动专题，覆盖赤道上物体、近地卫星与同步卫星差异，人造卫星变轨及对接，双星及多星系统三类核心考点，依据高考评价体系分析考点权重，归纳同步卫星问题、变轨各量比较等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于高考真题训练与应试技巧指导，如以“祝融号”火星车同步卫星问题为例，解析轨道半径比值计算，培养科学推理与模型建构素养。提供易错点分析（如同步卫星与赤道物体角速度关系），助学生掌握答题技巧，教师可据此精准复习，提升备考效率。

专题强化六　天体运动中的三类典型问题 1 赤道上物体、近地卫星与同步卫星的差异 (能力考点·深度研析) 1．地球同步卫星的特点 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。同步卫星有以下“七个一定”的特点： (1)轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面。 (2)周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h。 (3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (7)绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．赤道上的物体、近地卫星和同步卫星做圆周运动的异同点 比较内容 赤道上的物体 近地卫星 同步卫星 向心力来源 万有引力的分力 万有引力 向心力方向 指向地心 重力与万有引力的关系 重力略小于万有引力 重力等于万有引力 轨道半径 地球半径R 地球半径R 地球半径R与卫星离地面高度h之和 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　同步卫星问题 “祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日。已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为( ) D 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的差异 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 【跟踪训练】 (同步卫星问题)卢旺达遭受强降雨，引发该地区的洪水和山体滑坡等灾害。我国通过风云—2H静止气象卫星提供持续监测。风云—2H卫星成功发射到离地面高度约为地球半径5倍的地球静止轨道，可以为亚太空间合作组织成员国和“一带一路”沿线国家提供良好的观测视角和高频次区域观测。则关于风云—2H卫星说法正确的是( ) C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 A．围绕地球运转的角速度大于地球自转角速度 B．运行速度应是7.9 km/s 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的差异)有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，b在地面附近近地轨道上正常运行，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则下列关于卫星的说法中正确的是( ) A．a的向心加速度等于重力加速度g C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2 人造卫星的变轨及对接问题 (能力考点·深度研析) 1．两类变轨情况的分析 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 两类变轨 离心运动 近心运动 变轨结果 变为椭圆轨道或在更高圆轨道上运动 变为椭圆轨道运动或在更低圆轨道上运动 能量变化 机械能增加(高轨动能减小，势能增加) 机械能减小(低轨动能增加，势能减小) 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2.变轨过程各物理量比较 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3.卫星的对接问题 在低轨道运行的卫星，加速后可以与高轨道的卫星对接。同一轨道的卫星，不论加速或减速都不能对接。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　卫星变轨问题中各物理量的比较 中国载人航天工程办公室公布了神舟十六号拍摄到的我国空间站的照片和在空间站拍摄到的神舟十六号撤离时的震撼画面。神舟十六号载人飞船于10月30日成功撤离空间站组合体，标志着中国空间站建设又一重要里程碑。空间站与神舟十六号飞船分离前按照如图所示的运行方向在圆轨道③上做匀速圆周运动，空间站与飞船在Q点分离，随后飞船进入椭圆轨道②，逐步转移到近地轨道①，再寻找合适的时机进入大气层。不考虑飞船、空间站在太空中受到的阻力，下列说法正确的是( ) C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 A．神舟十六号飞船在Q点分离时需要启动自身推进系统，朝与运行方向相反的方向喷火 B．神舟十六号飞船在从Q到P的过程中机械能越来越小 C．神舟十六号飞船在轨道②、轨道③上分别经过Q点时的向心加速度相同 D．神舟十六号飞船在轨道②上经过P点的时运行速度小于第一宇宙速度 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　神舟十六号飞船在从轨道③变到轨道②上时要减速，故自身推进系统应朝运行方向喷火，产生一个与运行方向相反的阻力让飞船减速，故A错误；飞船在轨道②上运行时，只有引力做功，机械能守恒，故B错误；飞船在轨道②、轨道③上分别经过Q点时，只受到地球对他们的万有引力的作用，因此加速度相同，同时轨道②上Q点速度最小，切向加速度为0，故向心加速度相同，故C正确；飞船在轨道②上经过P点时，相较于轨道①做离心运动，而轨道①上的运行速度等于第一宇宙速度，故P点速度大于第一宇宙速度，故D错误。故选C。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　卫星的对接问题 我国是少数几个掌握飞船对接技术的国家之一，为了实现神舟飞船与天宫号空间站的顺利对接，具体操作应为( ) A．飞船与空间站在同一轨道上且沿相反方向做圆周运动接触后对接 B．空间站在前、飞船在后且两者沿同一方向在同一轨道做圆周运动，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接 C．空间站在高轨道，飞船在低轨道且两者同向飞行，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接 D．飞船在前、空间站在后且两者在同一轨道同向飞行，在合适的位置飞船减速然后与空间站对接 C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　飞船在轨道上高速运动，如果在同一轨道上沿相反方向运动，则最终会撞击而不是成功对接，故A项错误；两者在同一轨道上，飞船加速后做离心运动，则飞船飞到较高轨道，故不能采取同一轨道加速对接，故B项错误；飞船在低轨道加速做离心运动，在合适的位置，飞船追上空间站实现对接，故C项正确；两者在同一轨道飞行时，飞船减速做近心运动，飞船的轨道高度要降低，故不可能与同一轨道的空间站实现对接，故D项错误。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3 双星及多星系统问题 (能力考点·深度研析) ►考向1　双星模型 (1)定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统。如图所示。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)特点 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 BD 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　三星模型 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (多选)太空中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其它星体对他们的引力作用。已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行，如图甲所示；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行，如图乙所示。设这三个星体的质量均为M，且两种系统的运动周期相同，则( ) BD 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 解决双星、多星问题，要抓住四点 (1)根据双星或多星的运动特点及规律，确定系统的中心以及运动的轨道半径。 (2)星体的向心力由其他天体的万有引力的合力提供。 (3)星体的角速度相等。 (4)星体的轨道半径不是天体间的距离。要利用几何知识，寻找两者之间的关系，正确计算万有引力和向心力。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向3　四星模型 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (多选)如图为一种由四颗星体组成的稳定星系，四颗质量均为m的星体位于边长为L的正方形四个顶点，四颗星体在同一平面内围绕同一点做匀速圆周运动，忽略其他星体对它们的作用，引力常量为G。下列说法中正确的是( ) A．星体匀速圆周运动的圆心不一定是正方形的中心 BD 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 以若边长L和星体质量m均变为原来的两倍，星体匀速圆周运动的线速度大小不变，故D正确。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (4)高度一定：由G＝m(R＋h)得地球同步卫星离地面的高度h＝－R≈3.6×107 m。 (5)速率一定：v＝≈3.1×103 m/s。 (6)向心加速度一定：由G＝man得an＝＝gh＝0.23 m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度。 比较内容 赤道上的物体 近地卫星 同步卫星 周期 T1＝24 h T2＝85 min T3＝24 h 角速度 ω1＝ω自 ω2＝ ω3＝ω自＝ ω1＝ω3<ω2 线速度 v1＝ω1R v2＝ v3＝ω3(R＋h) ＝ v1<v3<v2(v2为第一宇宙速度) 比较内容 赤道上的物体 近地卫星 同步卫星 向心加速度 a1＝ωR a2＝ωR ＝ a3＝ω(R＋h) ＝ a1<a3<a2 A. B． C． D． [解析]　由于某飞船绕火星做匀速圆周运动，地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供做圆周运动的向心力，得G＝mr，解得r3＝，则＝2＝，得＝，故D正确。 [解析]　三颗卫星的半径关系为r1＝r2<r3。将卫星1和卫星3作为一组，根据同步卫星的特点可知ω1＝ω3，T1＝T3，根据公式v＝rω和a＝rω2可知v1<v3，a1<a3；将卫星2和卫星3作为一组，由＝m＝mrω2＝m·r得v2>v3，T2<T3，ω2>ω3。综上可知T1＝T3>T2，ω1＝ω3<ω2，v2>v3>v1，故B项正确，A、C两项错误；对于卫星1、3，向心力F＝mrω2，则F1<F3；对于卫星2、3，向心F＝，则F2>F3，所以F2>F3>F1，故D项错误。 C．向心加速度约为其地面上物体的重力加速度的 D．我国能利用它进行气象观测，是因为它可以经过北京的正上方 [解析]　地球静止卫星围绕地球的角速度与地球自转角速度大小相等，故A错误；第一宇宙速度7.9 km/s是近地卫星的环绕速度，也是地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，而静止卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，其线速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；根据万有引力提供向心力，得＝ma，据地球表面万有引力等于重力，得＝mg，由以上两等式得a＝g，所以它的向心加速度约为其地面上物体的重力加速度的，故C正确；静止卫星轨道和赤道在同一平面，所以不可能经过北京的正上空，故D错误。故选C。 B．c在4 h内转过的圆心角 C．b在相同的时间内转过的弧长最长 D．d的运动周期可能是23 h [解析]　同步卫星的运行周期与地球自转周期相同，角速度相同，则a和c的角速度相同，根据a＝ω2r知，c的向心加速度大于a的向心加速度，由＝ma知，c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度约为g，故a的向心加速度小于重力加速度g，选项A错误；由于c为同步卫星，所以c的周期为24 h，因此4 h内转过的圆心角θ＝，选项B错误；由＝，得v＝，轨道的半径越大，线速度越小，所以b的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，选项C正确；由开普勒第三定律＝k知，卫星的半径越大，周期越大，d的半径大于c的半径，所以周期应大于24 h，选项D错误。 两类变轨 离心运动 近心运动 变轨起因 飞行器加速 飞行器减速 受力特点 G<m G>m 速度关系 在A点加速：vⅡA>vⅠ，在B点加速：vⅢ>vⅡB，即vⅡA>vⅠ>vⅢ>vⅡB (向心) 加速度关系 由a＝＝判断加速度 aⅢ＝aⅡB　aⅡA＝aⅠ 周期关系 由开普勒第三定律判断周期关系TⅠ<TⅡ<TⅢ 机械能 由机械能的变化量等于除重力之外的其它力做的功判断机械能的关系为EⅠ<EⅡ<EⅢ ①各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供，即＝m1ωr1，＝m2ωr2。 ②两星的周期、角速度相同，即T1＝T2，ω1＝ω2。 ③两星的轨道半径与它们之间的距离关系为r1＋r2＝L。 ④两星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比，即＝。 ⑤双星的运动周期T＝2π。 ⑥双星的总质量m1＋m2＝。 (多选)人类为探索宇宙起源发射的韦伯太空望远镜运行在日地延长线上的拉格朗日L2点附近，L2点的位置如图所示。在L2点的航天器受太阳和地球引力共同作用，始终与太阳、地球保持相对静止。考虑到太阳系内其他天体的影响很小，太阳和地球可视为以相同角速度围绕日心和地心连线中的一点O(图中未标出)转动的双星系统。若太阳和地球的质量分别为M和m，航天器的质量远小于太阳、地球的质量，日心与地心的距离为R，万有引力常数为G，L2点到地心的距离记为r(r≪R)，在L2点的航天器绕O点转动的角速度大小记为ω。下列关系式正确的是( ) A．ω＝ B．ω＝ C．r＝R D．r＝R [解析]　由题知，太阳和地球可视为以相同角速度围绕日心和地心连线中的一点O(图中未标出)转动的双星系统，则有G＝Mω2r1，G＝mω2r2，r1＋r2＝R，联立解得ω＝，故A错误，B正确；由题知，在L2点的航天器受太阳和地球引力共同作用，始终与太阳、地球保持相对静止，则有G＋G＝m′ω2(r＋r2)，再根据选项AB分析可知Mr1＝mr2，r1＋r2＝R，ω＝，联立解得r＝R，故C错误，D正确。故选BD。 分类 直线模型 等边三角形模型 模型图例 转动半径 图甲中r＝，图乙中r＝ 分类 直线模型 等边三角形模型 受力特点 各星所受万有引力的合力提供其做圆周运动所需的向心力 运动特点 转动方向、周期、角速度、线速度大小均相同，圆周运动半径相等 解题规律 图甲中＋＝man， 图乙中×cos 30°×2＝man A．直线三星系统运动的线速度大小为v＝ B．直线三星系统的运动周期为T＝4πR C．三角形三星系统的线速度大小为v＝ D．三角形三星系统中星体间的距离为L＝R [解析]　①中央星受力平衡；②两种三星模型中均为两力合力提供向心力。三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行，其中边上的一颗星受中央星和另一颗边上星的万有引力提供向心力，即G＋G＝M，解得v＝，故A错误；根据万有引力提供向心力有G＋G＝MR，解得T＝4πR，故B正确；三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角 形的圆形轨道运行，根据万有引力提供向心力有2Gcos 30°＝M2，由于两种系统的运动周期相同，则可得L＝R，故D正确；由v＝·，联立解得v＝×，故C错误。 分类 正方形模型 等边三角形模型 模型图例 转动半径 图甲中r＝L，图乙中r＝ 分类 正方形模型 等边三角形模型 受力特点 各星所受万有引力的合力提供其做圆周运动所需的向心力(M星除外) 运动特点 转动方向、周期、角速度、线速度大小均相同，圆周运动半径相等(M星除外) 解题规律 图甲中×2cos 45°＋＝man，图乙中×2cos 30°＋＝man B．每个星体匀速圆周运动的角速度均为 C．若边长L和星体质量m均变为原来的两倍，则星体匀速圆周运动的加速度大小变为原来的两倍 D．若边长L和星体质量m均变为原来的两倍，星体匀速圆周运动的线速度大小不变 [解析]　四颗星体在同一平面内围绕同一点做匀速圆周运动，所以星体匀速圆周运动的圆心一定是正方形的中心，故A错误；由G＋G＝G＝mω2·L，可知ω＝，故B正确；由G＝ma可知，若边长L和星体质量m均变为原来的两倍，则星体匀速圆周运动的加速度大小变为原来的，故C错误；由G＝m可知星体匀速圆周运动的线速度大小v＝，所 $