第5讲　人造卫星　宇宙速度 2026年高考物理第一轮总复习.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第四章曲线运动与万有引力定律,第5讲人造卫星宇宙速度,知识点一,宇宙速度,1,.,第一宇宙速度,（,1,）,第一宇宙速度又叫,速度,，,其数值为,km/s,.,（,2,）,第一宇宙速度是人造卫星在,附近环绕地球做匀速圆周,运动时具有的速度,.,（,3,）,第一宇宙速度是人造卫星的最小,速度,，,也是人造卫星,的最大,速度,.,环绕,7,.,9,地面,发射,环绕,2,.,第二宇宙速度,使物体挣脱,引力束缚的最小发射速度,，,其数值为,11,.,2,km/s,.,3,.,第三宇宙速度,使物体挣脱,引力束缚的最小发射速度,，,其数值为,16,.,7,km/s,.,地球,太阳,知识点二,地球卫星,1,.,极地卫星和近地卫星,（,1,）,极地卫星运行时每圈都经过,，,由于地球自转,，,极,地卫星可以实现全球覆盖,.,（,2,）,近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,，,其运行的轨道半径可近似认为等于,，,其运行线速度约,为,km/s,.,（,3,）,两种卫星的轨道平面一定通过,.,南北两极,地球的半径,7,.,9,地球的球心,2,.,地球同步卫星,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,：,轨道平面一定,：,轨道平面与,共面,.,周期一定,：,与地球自转周期,，,即,T,.,角速度一定,：,与地球自转的角速度,.,高度一定,：,由,G,m,（,R,h,）,得地球同步卫星离地面的高度,h,3,.,6,10,7,m,.,赤道平面,相同,24,h,相同,R,速率一定,：,v,3,.,1,10,3,m/s,.,向心加速度一定,：,由,G,ma,得,a,g,h,0,.,23,m/s,2,，,即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度,.,绕行方向一定,：,运行方向与地球自转方向,.,一致,（,1,）,第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度,.,（,）,（,2,）,第一宇宙速度的大小与地球质量有关,.,（,）,（,3,）,月球的第一宇宙速度也是,7,.,9,km/s,.,（,）,（,4,）,若物体的速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度,，,则物体,可绕太阳运行,.,（,）,（,5,）,同步卫星可以定点在北京市的正上方,.,（,）,（,6,）,不同的同步卫星的质量不同,，,但离地面的高度是相同的,.,（,）,（,7,）,地球同步卫星的运行速度一定小于地球的第一宇宙速度,.,（,）,考点,1,宇宙速度的理解与计算,第一宇宙速度,（,1,）,第一宇宙速度的推导,表达式一,：,由,G,m,得,v,1,m/s,7,.,9,10,3,m/s,.,表达式二,：,由,mg,m,得,v,1,m/s,7,.,9,10,3,m/s,.,说明,：,第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度,，,也是人造卫星的最,大环绕速度,.,（,2,）,第二宇宙速度,v,2,与第一宇宙速度,v,1,的关系,：,v,2,v,1,.,（,3,）,当卫星的发射速度,v,满足,7,.,9,km/s,v,11,.,2,km/s,时,，,卫星绕地,球运行的轨道是椭圆,，,地球位于椭圆的一个焦点上,.,考向,1,宇宙速度的理解,典例,1,（,双选,）,中俄曾联合实施探测火星计划,，,由中国负责研制的,“,萤火一号,”,火星探测器与俄罗斯研制的,“,福布斯土壤,”,火星探测,器一起由俄罗斯,“,天顶,”,运载火箭发射前往火星,.,已知火星的质量约,为地球质量的,，,火星的半径约为地球半径的,.,下列关于火星探测器,的说法中正确的是,（,CD,）,CD,A,.,发射速度只要大于第一宇宙速度即可,B,.,发射速度只有达到第三宇宙速度才可以,C,.,发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度,D,.,火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的,解析,：,根据三个宇宙速度的意义,，,可知选项,A,、,B,错误,，,选项,C,正,确,；,已知,M,火,，,R,火,，,则,.,考向,2,宇宙速度的计算,典例,2,物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度,，,第,二宇宙速度,v,2,与第一宇宙速度,v,1,的关系是,v,2,v,1,.,已知某星球半径是,地球半径,R,的,，,其表面的重力加速度是地球表面重力加速度,g,的,，,不,计其他星球的影响,，,则该星球的第二宇宙速度为,（,B,）,A,.,B,.,C,.,D,.,B,解析,：,设某星球的质量为,M,，,半径为,r,，,绕其飞行的卫星质量为,m,，,根,据万有引力提供向心力,，,可得,G,m,，,解得,：,v,1,，,又因它,表面的重力加速度为地球表面重力加速度,g,的,，,可得,G,m,，,又,r,R,和,v,2,v,1,，,解得,：,v,2,，,所以正确选项为,B,.,对第一宇宙速度的理解,（,1,）,第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度,，,也是卫星,贴近地面运行的速度,，,即人造地球卫星的最大运行速度,.,（,2,）,当卫星的发射速度,v,满足,7,.,9,km/s,v,11,.,2,km/s,时,，,卫星,绕地球运行的轨道是椭圆,，,地球位于椭圆的一个焦点上,.,考点,2,卫星运行参量的比较与运算,卫星各物理量随轨道半径变化的规律,G,考向同步卫星和近地卫星参量的计算,典例,3,地球赤道上有一物体随地球的自转,，,所受的向心力为,F,1,，,向,心加速度为,a,1,，,线速度为,v,1,，,角速度为,1,；,绕地球表面附近做圆周运,动的人造卫星,（,高度忽略,），,所受的向心力为,F,2,，,向心加速度为,a,2,，,线速度为,v,2,，,角速度为,2,；,地球的同步卫星所受的向心力为,F,3,，,向心,加速度为,a,3,，,线速度为,v,3,，,角速度为,3,；,地球表面的重力加速度为,g,，,第一宇宙速度为,v,，,假设三者质量相等,，,则,（,D,）,A,.,F,1,F,2,F,3,B,.,a,1,a,2,g,a,3,C,.,v,1,v,2,v,v,3,D,.,1,3,2,D,解析,：,由题意知,1,3,，,对于人造卫星,，,所以,2,3,，,故,1,3,2,，,即,D,正确,；,赤道上随地球转动物体的向心力,F,1,mR,，,地球表面附近的人造卫星的向心力,F,2,mR,，,同步卫星的向,心力,F,3,mr,，,R,r,，,所以,F,2,F,3,F,1,，,A,错误,；,由,a,r,2,可,知,a,1,a,3,，,对于卫星,a,，,所以,a,2,a,3,，,故,a,2,a,3,a,1,，,a,2,g,，,B,错,误,；,由,v,r,可知,v,1,v,3,，,对卫星,v,，,所以,v,2,v,3,，,故,v,2,v,3,v,1,，,v,2,v,，,C,错误,.,变式,（,2024,茂名二模,）,如图所示,，,a,为地球赤道上的物体,，,随地,球表面一起转动,，,b,为近地轨道卫星,，,c,为同步轨道卫星,，,d,为高空探,测卫星,.,若,a,、,b,、,c,、,d,绕地球转动的方向相同,，,且均可视为匀速圆周,运动,，,则,（,B,）,B,A,.,a,、,b,、,c,、,d,中,，,a,的向心加速度最大,B,.,a,、,b,、,c,、,d,中,，,b,的线速度最大,C,.,a,、,b,、,c,、,d,中,，,c,的周期最大,D,.,a,、,b,、,c,、,d,中,，,d,的角速度最大,解析,：,a,和,c,的周期与地球自转周期相同,，,角速度相同,，,则知,a,和,c,的角,速度相同,，,根据,a,2,r,知,，,c,的向心加速度大,，,对,b,、,c,、,d,，,根据万有,引力提供向心力有,ma,得,a,，,卫星的轨道半径越大,，,向心加,速度越小,，,故,b,的加速度最大,，,故,A,错误,；,根据,v,r,可知,c,的线速度,大于,a,的线速度,，,对,b,、,c,、,d,，,由,m,，,解得,v,，,可知半径,小的线速度大,，,所以,b,的线速度最大,，,故,B,正确,；,由开普勒第三定律,k,知,，,卫星的半径越大,，,周期越大,，,所以,d,的运动周期大于,b,、,c,的周,期,，,c,的周期等于,a,的周期,，,故,d,的周期是最大的,，,角速度与周期成反,比,，,则,d,的角速度最小,，,故,C,、,D,错误,.,几种常见卫星注意要点,：,（,1,）,近地卫星的绕行速度是所有卫星的最大的绕行速度,；,其运,行周期是所有卫星的最小周期,；,其向心加速度,a,g,9,.,8,m/s,2,，,是所,有卫星的最大向心加速度,.,（,2,）,由于地球自转,，,极地卫星的轨道平面不能始终和地球某一,经线平面重合,，,从而使得该种卫星可对全球进行间断性扫描,.,（,3,）,同步卫星,：,周期一定,（,周期,T,24,h,）；,轨道平面一定,（,赤道平面,）；,轨道高度一定,（,距离地面,h,3,.,6,10,4,km,）,；,运行速度大小一定,（,速度,v,3,.,1,km/s,）；,向心加速度大小一定,；,绕行方向一定,（,由西向东,）,.,考点,3,航天器的变轨问题,考向,1,卫星轨道渐变时各物理量的变化,典例,4,（,2024,厦门湖滨中学期中,）,我国首个目标飞行器,“,天宫一,号,”,失去轨道维持后,，,由于受到稀薄空气阻力的作用,，,轨道半径逐渐,减小,.,若,“,天宫一号,”,绕地球运动的每一周仍可近似为圆周运动,，,则,“,天宫一号,”,在返回过程中,（,A,）,A,.,角速度逐渐,增大,B,.,向心加速度逐渐减小,C,.,运动的周期逐渐,增大,D,.,动能逐渐减小,A,解析,：,根据万有引力提供向心力有,G,mr,2,ma,m,mr,（,）,2,，,解得,，,a,，,v,，,T,2,，,因为,“,天宫,一号,”,的运行半径逐渐减小,，,所以角速度、向心加速度、线速度均逐,渐增大,，,周期逐渐减小,，,因速率增大,，,则动能增大,，,故,A,正确,，,B,、,C,、,D,错误,.,考向,2,卫星轨道突变时各物理量的比较,典例,5,（,双选,）,发射地球同步卫星时,，,先将卫星发射至近地圆轨道,1,，,然后经点火,，,使其沿椭圆轨道,2,运行,，,最后再次点火,，,将卫星送入,同步圆轨道,3,，,轨道,1,和,2,相切于,Q,点,，,轨道,2,和,3,相切于,P,点,，,设卫星在,轨道,1,和轨道,3,正常运行的速度和加速度分别为,v,1,、,v,3,和,a,1,、,a,3,，,在轨,道,2,经过,P,点时的速度和加速度为,v,2,和,a,2,，,且当卫星分别在,1,、,2,、,3,轨,道上正常运行时周期分别为,T,1,、,T,2,、,T,3,，,以下说法正确的,是,（,BD,）,BD,A,.,v,1,v,2,v,3,B,.,v,1,v,3,v,2,C,.,a,1,a,2,a,3,D,.,T,1,T,2,T,3,解析,：,卫星在轨道,1,运行速度大于卫星在轨道,3,运行速度,，,在轨道,2,经,过,P,点时的速度,v,2,小于,v,3,，,选项,A,错误,，,B,正确,.,卫星在轨道,1,和轨道,3,正,常运行加速度,a,1,a,3,，,在轨道,2,经过,P,点时的加速度,a,2,a,3,，,选项,C,错,误,.,根据开普勒第三定律,，,卫星在轨道,1,、,2,、,3,上正常运行时周期,T,1,T,2,T,3,，,选项,D,正确,.,考向,3,航天器的对接,典例,6,2017,年,4,月,，,我国成功发射的,“,天舟一号,”,货运飞船与,“,天,宫二号,”,空间实验室完成了首次交会对接,，,对接形成的组合体仍沿,“,天宫二号,”,原来的轨道,（,可视为圆轨道,）,运行,.,与,“,天宫二号,”,单,独运行时相比,，,组合体运行的,（,C,）,A,.,周期变大,B,.,速率变大,C,.,动能变大,D,.,向心加速度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