2020年高考物理二轮复习讲义：第十六讲 人造地球卫星 宇宙速度

第十六讲人造地球卫星宇宙速度
测试内
容测试要
求
5年真题在线
人造地球卫
星
A
宇宙速度 A
2013T8、2015T10、
2016T22
1. 人造地球卫星的运动模型可看成是匀速圆周运动，它所需的
向心力由 提供．
2. 根据公式G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2r T 2＝ma 可知，同一轨道上
的卫星具有相同大小的线速度、角速度、周期和加速度，人造地球卫星运动的轨道半径r 越大，它运动的线速度v ，角速度ω ，周期T ，加速度a ．
3. 宇宙速度
(1) 第一宇宙速度：v ＝ km/s.
(2) 第二宇宙速度：v ＝ km/s.
(3) 第三宇宙速度：v ＝ km/s.
4. 牛顿经典理论的适用范围是 ，在微
观、高速的范围内不能适用．
1. 所有人造地球卫星受到地球的引力都作为它做圆周运动的向
心力，人造卫星处于完全失重状态；又因为引力是指向地心的，所以所有卫星轨道平面必定通过地心．
2. 对三个宇宙速度的理解
(1) 第一宇宙速度的推导：由G Mm R 2＝m v 2R 可得v ＝
GM R ，或者
由mg ＝m v 2
R 可得v ＝gR ，R 为地球半径．
(2) 第一宇宙速度又叫环绕速度，是发射卫星进入最低轨道所必
须具有的最小地面发射速度，是卫星进入轨道正常运转的最大轨道速度．
(3) 第二宇宙速度又叫脱离速度，是物体挣脱地球引力束缚所需
的最小的地面发射速度．
(4) 第三宇宙速度又叫逃逸速度，是物体挣脱太阳引力束缚所需
的最小的地面发射速度．
3. 地球同步卫星
卫星运动与地球自转同步，它有“五定”的特点，即定周期
(24h)、定轨道(轨道平面一定在赤道平面内)、定高度(在地表36 000km 上空)、定速率(都具有相同的运行速率)和定位置(即定点在赤道上方某一处相对于地面静止)．
4. 在求解卫星问题中常用的一个替换关系：由G Mm R 2＝mg 可得
GM ＝gR 2(黄金代换式)．
【例1】(2017届镇江学业水平模拟)关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是()
A. 人们称11.2km/s为第一宇宙速度，也叫脱离速度
B. 它是人造地球卫星沿圆轨道绕地球飞行的最大的环绕速度
C. 它是人造地球卫星沿圆轨道绕地球飞行的最小的环绕速度
D. 它是将人造地球卫星发射升空的最大发射速度
笔记：
【例2】(2018届南通学业水平模拟)2016年8月16日，我国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”被送入500km高的运行轨道上，现已投入使用．“墨子号”卫星在轨道上的运行速度()
A. 等于11.2km/s
B. 等于7.9km/s
C. 小于7.9km/s
D. 大于7.9km/s
笔记：
【例3】(2018届连云港学业水平模拟)2016年12月22日，中国首颗碳卫星被成功发射到太空中，它将会在距地面700公里的轨道上，每16天对地球进行一次全面体检．而且还可为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑．其发射速度()
A. 等于7.9km/s
B. 大于7.9km/s且小于11.2km/s
C. 大于16.7km/s
D. 大于11.2km/s且小于16.7km/s
笔记：
【例4】(2018届连云港学业水平模拟)若地球半径为6 400km，神舟十一号飞船轨道高度约393km，与神舟十一号飞船的运行速度最接近的是()
A. 3.4×104km/h
B. 2.8×104km/h
C. 2.2×104km/h
D. 1.6×104km/h
【例5】(2016届南通一中模拟)2008年9月27日16时41分00 秒，我国航天员翟志刚打开神舟七号载人飞船轨道舱舱门，首度实施空间出舱活动，茫茫太空第一次留下中国人的足迹．如果轨道舱按半径为r的圆形轨道运行，万有引力常量为G，地球质量为M，那么运行速度为()
A. GM
r B.
GM
r2 C.
GM
r3 D.
GM
r
笔记：
【例6】(2018届无锡学业水平模拟)如果不进行轨道维持，航天器的轨道高度就会逐渐降低，则航天器在较低轨道做圆周运动与在较高轨道做圆周运动比较()
A. 航天器的周期缩短
B. 航天器的角速度减小
C. 航天器的线速度减小
D. 航天器的向心加速度减小
笔记：
1. (2016年江苏省普通高中学业水平测试)“天琴计划”需要从地面发射三颗卫星，若发射时要先将卫星送入绕地球的椭圆轨道. 则卫星发射速度()
A. 等于第一宇宙速度
B. 等于第二宇宙速度
C. 介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
D. 介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间
2. (2013年江苏省普通高中学业水平测试)2012年10月25日，我国再次成功将一颗北斗导航卫星发射升空，并送入绕地球的椭圆轨
道. 该卫星发射速度v大小的范围是()
A. v<7.9km/s
B. 7.9km/s<v<11.2km/s
C. 11.2km/s<v<16.7km/s
D. v>16.7km/s
3. (2015年江苏省普通高中学业水平测试)如图所示，在地
面上发射一个飞行器，进入近地圆轨道Ⅰ并绕地球运行，其发
射速度v应满足()
A. v＜7.9km/s
B. v＝7.9km/s
C. v＝11.2km/s
D. v＞11.2km/s
4. (2016年江苏省普通高中学业水平测试)围绕下面报道，某班同学展开了热烈讨论．
“引力波”姗姗来迟“寻拼图”百年梦圆2016年2月11日，美国科学家宣布第一次直接探测到“引力波”的存在，这是物理学界里程碑式的重大事件．在牛顿引力理论中是没有引力波的，但爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在，认为引力波与电磁波类似，以光速传播并携带能量．历经100年的探索，人类终于发现了引力波，找到了实验验证广义相对论的最后一块缺失的“拼图”．
此次探测到的引力波信号产生于两个黑洞的合并．据估计，两个黑洞的质量分别相当于36个和29个太阳质量. 合并后的总质量为62个太阳质量，有相当于3个太阳质量的巨大能量以引力波的形式释放出来．
“天琴计划”是我国本土探测引力波的重大工程. 目前正在
推进中．该计划将发射三颗轨道高度都约为10万公里的地球卫星，对一个双白矮星系统产生的引力波进行探测．
甲说：“引力波的发现说明牛顿引力理论是错误的，应该把它从高中教材中删除. ”
乙说：“爱因斯坦真伟大！他的理论肯定都是正确的，我很崇拜他. ”
丙说：“如果引力波真的存在，应当还会有更多的实验来证实. ”
丁说：“这件事说明任何假说、理论是否正确，最终都要由实验和观测来检验. ”
其中说法正确的同学是()
A. 甲、丙
B. 甲、丁
C. 乙、丙
D. 丙、丁
5. (2012年江苏省普通高中学业水平测试)在地面上发射飞行器，如果发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，则它将()
A. 绕地球做圆周运动
B. 绕地球做椭圆运动
C. 挣脱地球的束缚绕太阳运动
D. 挣脱太阳的束缚飞离太阳系
1. (2017届连云港学业水平模拟)如图所示，质量相同的甲、乙两人分别站在赤道和纬度为45°的地面上随地球一起绕地轴做匀速圆周运动，则甲、乙在上述过程中具有相同的物理量是()
A. 线速度
B. 周期
C. 向心力
D. 向心加速度
2. (2018届盐城学业水平模拟)神舟十一号与天宫二号对接形成的组合体在393km高度绕地球运动过程中，保持不变的物理量有()
A. 周期
B. 线速度
C. 万有引力
D. 向心加速度
3. (2018届盐城学业水平模拟)在神舟十一号飞行任务中，景海鹏处于失重状态的是()
A. 飞船加速离开地面
B. 组合体绕地球做匀速圆周运动
C. 返回时，返回舱在大气层中匀速行驶
D. 着陆前，返回舱减速靠近地面
4. (2018届扬州学业水平模拟)关于在轨运行的天宫二号，下列说
法中正确的是()
A. 天宫二号的运行速度一定大于7.9km/s
B. 天宫二号的运行速度一定大于7.9km/s且小于11.2km/s
C. 天宫二号运行时，其处于失重状态
D. 天宫二号运行时，其处于平衡状态
5. (2018届南通学业水平模拟)我国将于2020年建成完整的北斗三号导航系统，该系统由5颗地球同步卫星和30颗其他卫星组成. 则地球同步卫星()
A. 绕地球运行的轨道为椭圆
B. 运行周期与地球自转周期相同
C. 可静止在南通上空
D. 运行方向与地球自转方向相反
第十六讲人造地球卫星宇宙速度
【知识扫描】
1. 万有引力
2. 越小 越小 越大 越小
3. (1) 7.9 (2) 11.2 (3) 16.7
4. 宏观、低速的状态
【典例透析】
【例1】 B 解析：7.9km/s 为第一宇宙速度，它是卫星绕地球飞行的最大环绕速度，是最小的发射速度．
【例2】 C 解析：第一宇宙速度是绕地卫星运行的最大速度，所以C 项正确．
【例3】 B 解析：要求卫星环绕地球运动而不脱离，发射速度应大于7.9km/s 且小于11.2km/s.
【例4】 B 解析：根据v ＝GM
r ＝gR2R ＋h
≈2.8×104km/h. 【例5】 D 解析：由 F 引＝Fn 得G Mm r2＝m v2r ，v ＝GM
r .
【例6】 A 根据T ＝2πr3GM 、ω＝GM r3、
a ＝GM r2、v ＝GM
r 判断，轨道半径越小，周期越小，线速度、角速度、加速度越大，所以A 项正确．
【真题荟萃】
1. C
2. B
3. B
4. D
5. B
【仿真体验】
1. B
2. A
3. B
4. C
5. B。