第5章 2.第2 节 人造卫星 宇宙速度（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考物理大一轮复习练案

该高中物理高考复习课件聚焦“人造卫星 宇宙速度”专题，依据高考评价体系梳理了天体运行参量分析、宇宙速度、天体追及问题、相对论时空观四大核心考点，通过真题归类明确运行参量分析（T1、2、6、9）和追及问题（T4、8）为高频考查内容，归纳出选择题型中公式应用与模型建构的解题路径。 课件亮点在于高考真题深度研析与科学思维培养，如以2025四川卷卫星追及问题为例，通过角度关系θ卫星-θ观测站=2π和圈数关系t/T卫星-t/T地球=1的模型建构，结合万有引力提供向心力推理，培养学生科学推理素养。特设“知识总结-解题导引-易错点分析”模块，帮助学生掌握比例法等应试技巧，教师可据此精准定位学生薄弱环节，实现高效复习指导。

第2节 人造卫星　宇宙速度 返回目录  天体和卫星运行参量的分析T1、2、6、9　     宇宙速度T3、7　     天体的追及问题 T4、8  相对论时空观与牛顿力学的局限性T5 返回目录 1.★★(2025湖北,2,4分)甲、乙两行星绕某恒星做圆周运动,甲的轨道半径比乙的小。 忽略两行星之间的万有引力作用,下列说法正确的是 ( ) A.甲运动的周期比乙的小 B.甲运动的线速度比乙的小 C.甲运动的角速度比乙的小 D.甲运动的向心加速度比乙的小 　    A　     高考真题 返回目录 解析　由T= 可知,行星的轨道半径越大,周期越长,A正确。由v= 可知,轨道 半径越大,线速度越小,B错误。根据ω= 可知,行星的轨道半径越大,角速度越小,C 错误。根据a= 可知,行星的向心加速度与轨道半径r的二次方成反比,轨道半径越 大,向心加速度越小,D错误。 返回目录 2.★★★(2024贵州,2,4分)土星的部分卫星绕土星的运动可视为匀速圆周运动,其中的 两颗卫星轨道半径分别为r1、r2,且r1≠r2,向心加速度大小分别为a1、a2,则  ( ) A. = 　　　    B. =  C.a1r1=a2r2　　　    D.a1 =a2       　    D     解析　设土星的质量为M,两颗卫星的质量分别为m1、m2,对两颗卫星,根据G =m1a1, G =m2a2,整理可得a1 =a2 ,D正确。 返回目录 3.★★★(2023湖南,4,4分)根据宇宙大爆炸理论,密度较大区域的物质在万有引力作用 下,不断聚集可能形成恒星。恒星最终的归宿与其质量有关,如果质量为太阳质量的1~ 8倍将坍缩成白矮星,质量为太阳质量的10~20倍将坍缩成中子星,质量更大的恒星将坍 缩成黑洞。设恒星坍缩前后可看成质量均匀分布的球体,质量不变,体积缩小,自转变 快。不考虑恒星与其他物体的相互作用。已知逃逸速度为第一宇宙速度的 倍,中子 星密度大于白矮星。根据万有引力理论,下列说法正确的是( ) A.同一恒星表面任意位置的重力加速度相同 B.恒星坍缩后表面两极处的重力加速度比坍缩前的大 C.恒星坍缩前后的第一宇宙速度不变 D.中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度 　    B　     返回目录 解析　恒星两极处有mg极=G ,则g极= ,其他位置由于物体需要跟随恒星自转而做 圆周运动,导致万有引力的一个分力用于提供物体跟随恒星自转所需向心力,另一分力 为重力,故两极重力加速度大于恒星表面其他位置的重力加速度,A错误。恒星坍缩后 质量不变,体积缩小,即恒星半径R减小,所以坍缩后表面两极处的重力加速度g极= 和 第一宇宙速度v1= 都随着R的减小而增大,B正确,C错误。由ρ= 、V= πR3、v2=  v1、v1= 可得,v2= ,由题知中子星密度大于白矮星密度,中子星质量大 于白矮星质量,故中子星的逃逸速度大于白矮星的逃逸速度,D错误。 返回目录 4.★★★(2025四川,6,4分)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　     A.     B.     C.     D.  返回目录 解题导引    (1)位于赤道上的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如题图所 示,信号强度最强时卫星和观测站相距最近,本题考查卫星和赤道上物体的追及模型,结 合地球自转周期可求卫星的周期。 (2)通过万有引力提供向心力,可求卫星轨道半径。 解析　卫星和观测站相距最近时开始计时,卫星比观测站多转一整圈时,二者再次相距 最近,有θ卫星-θ观测站=2π,由θ= t,可得 - =1,t= ,解得T卫星= ,由 =m r,解得r=  ,A正确。 返回目录 知识总结 卫星追及问题中的规律(绕行方向相同) 1.相距最近到最近(或相距最远到最远): (1)角度关系为ω1t-ω2t=n·2π(n=1,2,3,…); (2)圈数关系为 - =n(n=1,2,3,…),解得t= (n=1,2,3,…)。 2.相距最远到最近(或相距最近到最远): ω1t-ω2t=(2n-1)π(n=1,2,3,…)或 - = (n=1,2,3,…)。 返回目录 5.★★(2026届江苏丹阳月考)一艘飞船静止时船身长为L,它以0.3c(c为光速)沿船身方 向飞离地球,示意图如图所示,飞船与地面通过电磁波相互联络,则 ( )   A.地面上观测者测得来自飞船的电磁波信号的速度等于光速 B.飞船上观测者测得来自地面的电磁波信号的速度小于光速 C.飞船上观测者测得飞船长度小于L D.地面上观测者测得飞船长度等于L 　    A　     高考模拟 返回目录 解析　根据狭义相对论的光速不变原理可知,地面上观测者测得来自飞船的电磁波信 号的速度等于光速,飞船上观测者测得来自地面的电磁波信号的速度也等于光速,A正 确,B错误;飞船上观测者相对于飞船静止,所以测得飞船长度等于L,C错误;根据狭义相 对论的尺缩原理可知,地面上观测者测得飞船长度小于L,D错误。 返回目录 6.★★(2026届广东部分学校联考)北京时间2023年9月,中国航天员在空间站梦天实验 舱中圆满完成“天宫课堂”直播授课。中国空间站在距离地面约430 km的圆轨道上 做匀速圆周运动,周期为90 min,空间站的运动平面与赤道面的夹角约为41°,为实现空 间站与地面直播互动交流,空间站的信号需要先传到在地球静止轨道上运行的中继卫 星,然后再传回地面。下列说法正确的是( ) 　    C　     A.空间站的线速度比地面上观看直播的同学的线速度小 B.空间站的线速度大于地球的第一宇宙速度 C.空间站的加速度小于地球两极的重力加速度 D.若要完成一场90 min的直播授课,仅一颗中继卫星即可完成任务 返回目录 解析　由G =m 可得v= ,由于中继卫星的轨道半径比空间站的大,可知中继卫 星的线速度小于空间站的线速度,地球自转角速度与中继卫星的角速度相同,且地球半 径小于中继卫星的轨道半径,根据v=ωr可知地面上观看直播的同学随地球自转的线速 度小于中继卫星的线速度,综合可知空间站的线速度比地面上观看直播的同学的线速 度大,A错误;第一宇宙速度是最小发射速度,也是最大环绕速度,故空间站的线速度小于 地球的第一宇宙速度,B错误;对地球两极附近质量为m0的物体有G =m0g,可得地球 两极的重力加速度g= ,对空间站有G =ma,可得a= ,即a<g,C正确;要完 成一场90 min的直播授课,此过程中空间站转过一周,如图所示,空间站 转过120°时,中继卫星仅转过7.5°,若只用一颗中继卫星传输,信号传输 中断,无法完成任务,D错误。 返回目录 7.★★(2026届四川绵阳一中开学考)已知月球的质量约为地球质量的 ,月球半径约为 地球半径的 ,月球绕地球公转的周期约为27天。则下列说法正确的是 ( ) A.从地球向月球发射的探月飞船的发射速度应大于11.2 km/s B.用同一速度竖直上抛一物体,在月球表面的最大上升高度是地球表面的 倍 C.月球到地心的距离大约是地球同步卫星轨道半径的9倍 D.月球的第一宇宙速度大于7.9 km/s 　    C　     返回目录 解析　从地球向月球发射的探月飞船没有脱离地球引力的约束,所以发射速度应大于 7.9 km/s,小于11.2 km/s,A错误。根据 =mg,可得g= ,故 = · = ;物体做 竖直上抛运动的最大高度H= ,故 = = ,B错误。根据开普勒第三定律 =k,可 得 = = =9,C正确。根据 =m 可得星球的第一宇宙速度v= ,故  = = = ,可得月球的第一宇宙速度小于7.9 km/s,D错误。 返回目录 8.★★★(2026届河北衡水开学考)中国载人登月初步方案已公布,计划2030年前实现载 人登月科学探索。假如在登月之前需要先发射两颗探月卫星进行科学探测,a、b两卫 星在同一平面内绕月球的运动可视为匀速圆周运动,且绕行方向相反,如图所示,测得两 卫星之间的距离Δr最小为3r、最大为5r,Δr的变化周期为T,不考虑两卫星之间的作用 力。下列说法正确的是 ( ) A.a、b两卫星的线速度大小之比va∶vb= ∶  　    C　     B.a、b两卫星的加速度大小之比aa∶ab=4∶1 C.a卫星的运行周期为 T D.b卫星的运行周期为7T 返回目录 解题导引       返回目录 解析　根据ra+rb=5r、rb-ra=3r可得ra=r、rb=4r;根据G =m 可得v= ,故 = =  ,A错误。根据G =ma可得a= ,故 = = ,B错误。a、b两卫星两次相距最 近的时间间隔为T,由几何关系可得θa+θb=2π【易错:a、b两卫星绕行方向相反,故两次 相距最近,满足的角度关系为θa+θb=2π,而不是θa-θb=2π】,其中θa= T、θb= T;根据开 普勒第三定律可得 = ,解得 = = ;联立解得Ta= T、Tb=9T,C正确,D错误。 返回目录 9.★★★(2025届河北石家庄部分学校模拟)1772年,拉格朗日在论文《论三体问题》中 指出:两个质量相差悬殊的天体(如地球和月球)所在同一平面上有5个特殊点,如图中的 L1、L2、L3、L4、L5所示,人们称为拉格朗日点。若飞行器位于这些点上,会在地球 与月球共同引力作用下,可以几乎不消耗燃料而保持与地球同步做圆周运动。若发射 一颗卫星定位于拉格朗日点L2点,跟地、月两个大天体保持相对静止。设地球质量是 月球的k倍,地月间距为L,拉格朗日点L2点与月球间距离为d,忽略卫星对月球的引力。 下列说法正确的是 ( ) 　    D　     A.该卫星绕地球运动的周期大于月球公转周期 B.该卫星在L2点处于平衡状态 C.该卫星与月球绕地球运动的线速度之比为v卫∶v月=L∶(L+d) D.k、L、d的关系式为 + =  返回目录 解析　该卫星与月球同步绕地球运动,可知该卫星绕地球运动的周期等于月球公转周 期,A错误。该卫星绕地球做匀速圆周运动,处于非平衡状态,B错误。根据v=ωr,可得 v卫∶v月=(L+d)∶L,C错误。设地球的质量为M,月球的质量为m1,卫星的质量为m2,对月球 可得G =m1ω2L,对卫星可得G +G =m2ω2(L+d),其中M=km1,联立解得  + = ,D正确。 返回目录  结合地理经、纬度分析卫星的追及问题 (2025届河北雄安新区期末)如图甲所示,卫星的“星下点”是指卫星的瞬时位置和地 球中心的连线与地球表面的交点,可用地理经、纬度来表示,对于位于“星下点”处的 地面观察者来说,卫星就在天顶。图乙是航天控制中心大屏幕上显示一天内卫星A和B 的“星下点”在地球表面的部分坐标轨迹。在某一时刻A、B同时到达赤道上空,具有 相同的“星下点”。已知地球同步卫星的轨道半径为R0,周期为T0。已知两卫星运行 方向与地球自转方向一致,轨道均近似为圆轨道,则下列说法正确的是 ( ) 　    C　     创新风向·挑战思维 返回目录 甲 A.对于极地轨道卫星而言,其“星下点”轨迹可能为一条直线段 B.卫星B的轨道半径为 R0 C.A、B卫星向心加速度之比为4∶  D.经过T0,A、B仍会同时到达赤道上空并具有相同的“星下点” 返回目录 解题导引　关于“星下点”的分析   返回目录 解析　对于极地轨道卫星,考虑到地球自转,在运动过程中会经过不同的经度,所以“星 下点”轨迹不可能为一条直线段,A错误。题图乙中,对卫星B的“星下点”轨迹分析可 得,TB= T0;根据开普勒第三定律可得 = ,解得RB= R0,B错误。题图乙中,对卫 星A的“星下点”轨迹分析可得,TA= T0;根据开普勒第三定律可得 = ,解得RA = R0;联立可得 = ;卫星的向心加速度an= ,可得 = = = ,C正确。 经过T0,A刚好转过3圈,比地球多转2圈,“星下点”与初状态相同;B刚好转过1.5圈,比地 球多转0.5圈,“星下点”在初始时“星下点”的对面,故A、B“星下点”不在同一侧, D错误。 返回目录 $