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学案

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、相对论时空观四大核心考点，通过真题统计明确天体参量比较（占比45%）、宇宙速度计算（占比30%）等高频考点，归纳出选择、计算等常考题型。 课件亮点在于“真题溯源+规律建模+素养提升”策略，以2025重庆卷“金星凌日”题为例，运用相似三角形法突破轨道半径关系，培养科学思维与模型建构素养。总结“高轨低速大周期”等解题模板，教师可据此精准指导，助力学生高效冲刺。

第2节 人造卫星　宇宙速度 返回目录 考点1　天体和卫星运行参量的分析 1.天体运行参量随轨道半径变化的规律 返回目录   2.地球同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较 返回目录 近地卫星 (r1、ω1、v1、a1) 地球同步卫 星(r2、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体 (r3、ω3、v3、a3) 向心力来源 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ω= 得ω1>ω2 ω2=ω3 ω1>ω2=ω3 线速度 由v= 得v1>v2 由v=ωr得v2>v3 v1>v2>v3 向心 加速度 由a= 得a1>a2 由a=ω2r得a2>a3 a1>a2>a3 返回目录 典例1    (2025重庆,7,4分)“金星凌日”时,从地球上看,金星就像镶嵌在太阳表面的小 黑点。在地球上间距为d的两点同时观测,测得金星在太阳表面的小黑点相距为L,如图 所示。地球和金星绕太阳的运动均视为匀速圆周运动,太阳直径远小于金星的轨道半 径,则地球和金星绕太阳运动的 (         ) A.轨道半径之比为  B.周期之比为  D C.线速度大小之比为  D.向心加速度大小之比为  返回目录 解题导引    本题地球与金星的公转轨道半径的关系是求解本题其他选项的关键;太阳 直径远小于金星的轨道半径是本题求解轨道半径关系时建模做近似处理的关键点;求 出地球和金星的公转轨道半径关系后,便可以根据太阳对地球和金星的万有引力提供 向心力求解出其他选项。 返回目录 解析　　因为太阳直径远小于金星的轨道半径,太阳直径可忽略不计,由相似三角形,根 据几何关系可得 = ,解得 = ,A错误。太阳对行星的万有引力提供行星做 匀速圆周运动的向心力,由G =man得an= ,所以地球和金星绕太阳运动的向心加 速度大小之比为 ,D正确。由G =m r得T=2π ,所以地球和金星绕太 阳运动的周期之比为 ,B错误。由G =m 得v= ,所以地球和金星绕太 阳运动的线速度大小之比为 ,C错误。 返回目录 典例2    (多选)(2025届福建厦门六中三模)如图所示,a为地球赤道上的物体,b为沿地球 表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球同步卫星。关于a、b、c做匀速圆周运 动的说法正确的是 (        ) A.a、b、c都仅由万有引力提供向心力 B.周期关系为Ta=Tc>Tb C.线速度的大小关系为va<vb<vc D.向心加速度的大小关系为ab>ac>aa BD 返回目录 解析　    b、c由万有引力提供向心力,a由万有引力和地面对其支持力的合力提供向心 力,A错误。a、c均做周期等于地球自转周期的圆周运动且ra<rc,可得Ta=Tc,由v= 可 得va<vc,由a= r可得aa<ac。b、c均由万有引力提供向心力且rb<rc,有G =m r=m  =ma,解得T= 、v= 、a= ,故Tb<Tc、vb>vc、ab>ac。将a、c及b、c的对比 结果联立可得Ta=Tc>Tb、vb>vc>va、ab>ac>aa【点拨:将地球同步卫星c的参量作为中间参 量,分别比较a与c、b与c的周期、线速度、加速度的大小关系】,B、D正确,C错误。 返回目录 典例3　(关联机械能守恒)已知地球质量为M,半径为R,引力常量为G。卫星在近地 轨道Ⅰ上围绕地球的运动可视为匀速圆周运动,轨道半径近似等于地球半径R。在P点 进行变轨操作,可使卫星由近地轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ。已知椭圆轨道的半长轴为a, 卫星的引力势能Ep=- ,r为卫星到地心的距离。试计算卫星在椭圆轨道Ⅱ的近地点 P的速率vP。   返回目录 答案   解析 设轨道Ⅱ的远地点为A点,A点到地心距离为rA,根据开普勒第二定律可得vPR=vArA,从P点 运动到A点的过程中,卫星机械能守恒,可得 m - = m - ,由几何关系可得rA =2a-R,联立解得vP= 。 返回目录 提分关键·规律总结 地球同步卫星的四个“一定” 返回目录 考点2　宇宙速度   重要提示 上述三个宇宙速度均指在地表的发射速度,若发射速度v满足7.9 km/s<v<11.2 km/s,卫 星仍绕地球运行,卫星的运行轨道为椭圆。 返回目录 典例4    (人教版必修二P64,T4改编)金星的半径是地球半径的95%,质量为地球质量的8 2%。若忽略星球自转,已知地球表面的自由落体加速度为g,地球的第一宇宙速度为v。 (1)(回归教材)金星表面的自由落体加速度是多大?金星的“第一宇宙速度”是多大? (2)(链接高考)(多选)(2024湖南,7,5分)2024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,并通过升空器将月壤转移至绕月运行的返回舱,返 回舱再通过返回轨道返回地球。设返回舱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的 ,月球半径约为地球半径的 。关于 ·········· 教考衔接 ·········· 返回目录 返回舱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 倍 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 答案 (1) g     v    (2)BD 返回目录 解析 (1)对金星表面的物体有G =mg金 对地球表面的物体有G =mg 联立解得g金= g 解法一　对在金星表面围绕金星做匀速圆周运动的卫星有 G =m' , 得v金=  返回目录 对在地球表面围绕地球做匀速圆周运动的卫星有 G =m' ,得v=  联立解得金星的“第一宇宙速度”为v金= v 解法二　对在金星表面围绕金星做匀速圆周运动的卫星有 m'g金=m' ,得v金=  对在地球表面围绕地球做匀速圆周运动的卫星有 m'g=m' ,得v=  联立解得金星的“第一宇宙速度”为v金= v 返回目录 归纳总结 (1)某行星的“第一宇宙速度”是从该行星表面发射卫星的最小发射速度,也是环绕该 行星运行的最大环绕速度,还是在该行星表面运行的卫星的环绕速度。 (2)求近地卫星的环绕速度,即第一宇宙速度的两种思路 思路一:根据G =m 计算。 思路二:根据mg=m 计算。 返回目录 (2)某天体的第一宇宙速度是物体在该天体表面附近绕该天体做匀速圆周运动的速度, 根据万有引力提供向心力得G =m ,结合黄金代换式GM=gR2可得v= ,则月球的 第一宇宙速度v1与地球的第一宇宙速度v2之比 = = ,返回舱在绕月轨道上 相对月球的速度大小近似等于月球的第一宇宙速度,A错误,B正确;返回舱绕月飞行周 期T1= ,地球上近地圆轨道卫星的运行周期T2= ,则 = · = ,C错误,D正确。 返回目录 考点3　天体的追及问题 模型特征        相距最近(远)至相距最近(远) 同向转动 ωat-ωbt=2nπ(n=1,2,3,…) 反向转动 ωat+ωbt=2nπ(n=1,2,3,…) 相距最近至相距最远 同向转动 ωat-ωbt=(2n-1)π(n=1,2,3,…) 反向转动 ωat+ωbt=(2n-1)π(n=1,2,3,…) 返回目录 典例5    (2025届山东日照二模)如图所示,卫星A、B均绕地心在同一平面内沿逆时针方 向做匀速圆周运动,某时刻卫星B与地心连线和卫星A与地心连线的夹角为60°。已知 卫星A为地球同步卫星,卫星B的周期约为2 h。则从该时刻至两卫星第一次相距最远所 需的时间约为     (         )   A.  h　　　    B.  h　　　    C.  h　　　    D.  h A 返回目录 解析　　由题意知,A的运行周期TA=24 h,B的运行周期TB=2 h,从图示位置开始运动至 两卫星第一次相距最远的过程,有 t- t= ,解得t=  h,A正确。 返回目录 典例6    (2025届四川绵阳模拟)如图所示,M、N是北斗卫星导航系统中的两颗卫星,P是 纬度为θ=30°的地球表面上一点,假设卫星M、N均绕地球做匀速圆周运动,卫星N为地 球同步卫星(周期T=24 h)。某时刻P、M、N、地心O恰好在同一平面内,且O、P、M在 同一条直线上,∠OMN=90°,则 (         ) A.M的周期小于地球自转周期T A B.M、N的向心加速度大小之比为2∶  C.卫星M的动能一定大于卫星N的动能 D.再经过12小时,P、M、N、O一定再次共面 返回目录 解析　　由几何关系可得M、N轨道半径之比rM∶rN=cos 30°∶1= ∶2,根据万有引力 提供向心力有G =m r,解得T=2π ,故TM<TN,A正确。根据G =ma得a= , 故 = = = ,B错误。由于M和N的质量均未知,故无法比较动能的大小,C错误。 根据T=2π 及rM∶rN= ∶2可得 ≈0.8,再经过12小时,P、N转过的圆心角均为 , P、N、O一定再次共面,但M转过的圆心角约为 ,故P、M、N、O不在同一个平面内, D错误。 返回目录 考点4　相对论时空观与牛顿力学的局限性 狭义相对论的 两个基本假设 相对性原理:在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的 光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的 时间延 缓效应 Δt=  相对于地面以v运动的惯性参考系上 的人观察到的时间间隔为Δτ,地面上 的人观察到的时间间隔为Δt 长度收 缩效应 l=l0  与杆相对静止的人测得杆长是l0,沿 着杆的方向,以v相对杆运动的人测 得杆长是l 返回目录 典例7　一列火车沿平直轨道飞快地匀速向右行驶,观察者甲静立在车厢中,观察者乙 静立在地面上。下列有关观察者的描述正确的是     (         ) A.若车厢中央悬挂着一个正在发声的铃铛,在车厢靠近乙的过程中,乙接收到的铃声频 率逐渐减小 B.当车速v=0.9c时,甲测得的车厢长度比乙测得的长 C.若车厢中央有一光源发出了一个闪光,则乙测得闪光先到达前壁,后到达后壁 D.由相对论可知,在不同的惯性参考系中,一切物理规律的形式都是不同的 B 返回目录 解析　    在车厢靠近乙的过程中,乙与铃铛的距离减小,由多普勒效应可得乙接收到的 铃声频率逐渐增大,A错误。当车速v=0.9c时,由l=l0 可得甲测得的车厢长度比 乙测得的长,B正确。若车厢中央有一光源,发出了一个闪光,对于乙来说,他以地面为参 考系,因闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的,在闪光飞向两壁的过程中,车厢向 前行进了一段距离,所以向前的光传播的路程长些,乙观测到的结果应该是闪光先到达 后壁,后到达前壁,C错误。由相对性原理可知,在不同的惯性参考系中,一切物理规律的 形式都是相同的,D错误。 返回目录 $