2019年高考物理一轮复习第15讲人造卫星宇宙速度课件新人教版

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考点分阶突破
[答案] C
[解析] 根据公式������������32=C 可得������������������32������ =������������������32������ ,两卫星相距最远时正好在一条直线上,即 B

A
多转半圈, ������
������������
- ������
⑥绕行方向一定(由西向东)
考点分阶突破
二、三个宇宙速度 1.第一宇宙速度(环绕速度)v1=7.9 km/s,是人造地球卫星的 最小发射速度 ,也是人 造卫星绕地球做匀速圆周运动的 最大运行速度 .
2.第二宇宙速度(逃逸速度)v2=11.2 km/s,是卫星挣脱地球引力束缚
的 最小发射速度
.
3.第三宇宙速度v3=16.7 km/s,是卫星挣脱太阳引力束缚的 最小发射速度 .
之比������
������
1=
2
6400 +343 6400 +393
2
=
6743 6793
2
,选项 C 正确;我国未来空间站的高度小于同步卫
星的高度,则其运行周期小于 24 h,选项 D 错误.
考点分阶突破
[答案] A
������������
2
[解析] 设金星和地球的轨道半径分别为 R1、R2,对金星,G
������������
=12,A
为同步卫星,周期和地球自转的周期相同,即
TA=T0,结
合������������ =k,解得 t=
������������
2(
������0 ������ 3
,故
-1)
C
正确.
考点分阶突破
■ 方法技巧
涉及人造卫星的问题的解题技巧 (1)向心加速度有不同的表述形式:
B.探测器在轨道2上从近月点A向远月点B运动的过程中速度减小,
机械能增大
图15-4
C.探测器在轨道2上的运行周期小于其在轨道3上的运行周期,且由轨道2变为轨道3需要
在近月点A处点火加速
D.探测器在轨道2上经过远月点B处的运行速度小于其在轨道3上经过远月点B处的运行
速度
考点分阶突破
[答案] D
[解析] 探测器在轨道 1 和 2 上的同一点 A 时受到的万有引力相同,加速度相同,选 项 A 错误;探测器在轨道 2 上从近月点 A 向远月点 B 运动的过程中万有引力做负 功,速度减小,机械能不变,选项 B 错误;由开普勒第三定律,探测器在轨道 2 上的运 行周期小于其在轨道 3 上的运行周期,且由轨道 2 变为轨道 3 需要在远月点 B 处 点火加速,机械能增大,故在轨道 2 上经过远月点 B 处的运行速度小于其在轨道 3 上经过远月点 B 处的运行速度,选项 C 错误,选项 D 正确.
供向心力有
G���������������2���
=m������
2
,可得
������
v=
������������ ������
,则此次对接后的运行速度与上次对接后
的运行速度之比约为
6400 6400
++334933,选项
B
错误;由万有引力提供向心力有
G���������������2��� =ma,可得 a=���������������2���,则此次对接后的向心加速度与上次对接后的向心加速度
圆运动的最大速度为 7.9 km/s,选项 A 错误;地球赤道上的物体与同步卫星具有相同的角 速度,所以 ωa=ωc,根据 a=ω2r 可知,c 的向心加速度大于 a 的向心加速度,根据 a=G������������2可知 b 的向心加速度大于 c 的向心加速度,选项 B 错误;卫星 c 为同步卫星,所以 Ta=Tc,根据
小于内环的角速度 B.4月28日,“卡西尼号”在近圆轨道上
绕土星运行的速率大于内环的速率
C.5月到6月间,“卡西尼号”的动能越来越大
图15-3
D.6月到8月间,“卡西尼号”的机械能保持不变
考点分阶突破
[答案] BC
[解析] 对“卡西尼号”,G���������������2��� =m������������2=mω2r,可得 v= ������������������,则其在近圆轨道上绕土星运 行的速率大于内环的速率,选项 B 正确;根据 ω= ���������������3���,可知在近圆轨道上绕土星 运行的角速度大于内环的角速度,选项 A 错误;在极其稀薄的大气作用下,“卡西 尼号”做近心运动,半径减小,线速度增大,动能增大,因阻力做负功,则其机械能减 小,选项 C 正确,选项 D 错误.
考点分阶突破
变式1 (变轨中的动力学问题)某探测器从月球返回地球过程的开始阶段运行的轨道可以
简化为:发射时,先将探测器发射至近月圆轨道1上,然后变轨到椭圆轨道2上,最后由轨道2
进入圆形轨道3.若忽略介质阻力,则以下说法中正确的是( )
A.探测器在轨道2上经过近月点A处的加速度大于其在轨道1上经
过近月点A处的加速度
考点分阶突破
知能必备
考点二 人造卫星变轨问题
人造卫星的变轨:卫星在轨期间改变运行轨道的过程称为变轨.
1.从动力学角度分析——卫星由低轨道变轨到高轨道运行,需要火箭点火加速,使 得此时卫星受到的万有引力 小于 卫星仍在原轨道做圆周运动所需的向心力, 卫星将会做 离心 运动;卫星由高轨道变轨到低轨道,需要火箭点火减速,使得 此时卫星受到的万有引力 大于 卫星仍在原轨道做圆周运动所需的向心力,卫 星将会做 近心 运动.
变式2 (宇宙速度)[2017·湖北宜昌一调] 美国宇航局于2011年12月5日宣布发现了
太阳系外第一颗类似地球的、可能适合人类居住的行星——“开普勒-22b”,其直
径约为地球的2.4倍.至今其确切质量和表面成分仍未知,假设该行星的密度和地
星的轨道半径为 2R,此时向心加速度最大,且 amax=
������ 2������
2
g=4.9 m/s2,最小
周期 Tmin=2π
( ���2���������������)3=2π
(
2������)3 ������������2
=8.54×103
s,选项
C
正确,选项
D
错误;传播
的最短路径 s=4R,最短时间 tmin=4������������=8.52×10-2 s,选项 B 正确.
T=2π
������3 可知
������������
c
的周期大于bFra bibliotek的周期,选项
C
错误;在
b、c
中,根据
v=
������������������,可知 b 的速
度比 c 的速度大,所以 b 的动能大,由 b 的轨道到 c 的轨道需要加速,所以 c 的机械能大于
b 的机械能,选项 D 正确.
考点分阶突破
考点分阶突破
2.从能量角度分析——人造卫星在变轨(由低轨道升至高轨道)的过程中,重力势 能的增加值远大于动能的减少值,即在变轨过程中,发动机消耗的能量 E 和损失的 动能等于增加的重力势能,卫星的机械能 增加 .
考点分阶突破
考向探究
例2 (多选)[2018·江西南昌摸底] 据报道,“卡西尼号”探测器于2017年4月26日首次到达
考点分阶突破
考向探究
例3 (多选)[2017·广州一模] 已知地球半径R=6390 km、自转周期T=24 h、表面
的重力加速度g=9.8 m/s2,电磁波在空气中的传播速度c=3×108 m/s,不考虑大气层
对电磁波的影响.若利用处于同一轨道上且数量最少的卫星实现将电磁波信号由 地球赤道圆直径的一端传播到该直径的另一端,则 ( ) A.卫星数量最少为两颗
������������ GMrm2 =ma⇒a= ������2
结论
卫星轨道半径越大,其线速度越 小、动能越小、势能越大、角速度 越小、周期越大、频率越小、向心 加速度越小(同一卫星所受万有引 力越小)
考点分阶突破
[答案] C
[解析] 因二者的质量不确定,则无法比较其机械能,选项 A 错误;由万有引力提
考点分阶突破
卫星运行参量
相关方程
线速度 v
GMrm2 =mvr2⇒v=
������������ ������
角速度 ω
������������ GMrm2 =mω2r⇒ω= ������ 3
周期 T
GMrm2 =m
2������ T
2r⇒T=2π
������ 3 ������������
向心加速度 a
道卫星
球赤道平面垂直
得该种卫星可对全球进行间断性扫描
①周期一定(周期T= 24 h ); ②轨道平
在赤道平面内且与地球 面一定(赤道平面);③轨道高度一定(距离
同步卫星 自转周期 相同的同步轨 地面h≈3.6×104 km);④运行速度大小一定
道上
(速率v≈3.1 km/s);⑤向心加速度大小一定;
①G���������������2��� =ma⇒a=���������������2���;②a=������������2=rω2=4���π���22r.
(2)解决力与运动关系的思想还是动力学思想,解决力与运动的关系的桥梁还是牛 顿第二定律.
①卫星的 a、v、ω、T 是相互联系的,其中一个量发生变化,其他各量也随之发生变 化.②a、v、ω、T 均与卫星的质量无关,只由轨道半径 r 和中心天体质量共同决定.
考点分阶突破
变式1 (卫星对比)[2017·青海三校联考] 如图15-5所示,a为放在赤道上相对地球静
止的物体,随地球自转做匀速圆周运动,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人
造卫星(轨道半径等于地球半径),c为地球的同步卫星,以下关于a、b、c的说法中
正确的是
()
A.b的线速度大于7.9 km/s
考点分阶突破
[答案] A
[解析] 万有引力充当向心力,故有 G���������������2��� =������������������2,即 G���2������������2��� =12������������������2=������������,解得 r=������2������������������ ,所 以卫星在轨道 1 上运行时有 r=������2���������������1��� ,卫星在轨道 2 上运行时的动能 E2=E1ΔE,联立得轨道 2 半径 r2=������2���������������2��� =������1���-���1Δ������r,选项 A 正确.
������12金=m 金
2π ������

R1,
������������
2
对地球,G
������22地=m 地
2π ������

R2,联立可得 T 金=T 地
������1 ������2
3
,而
sin
θ=������1
������2
,故金星的公
转周期为 sin θ sin������年,选项 A 正确.
B.信号传播的时间至少为8.52×10-2 s
C.卫星运行的最大向心加速度为4.9 m/s2 D.卫星绕地球运行的周期至少为24 h
考点分阶突破
[答案] ABC
[解析] 一颗卫星到地球赤道表面的交角小于 180°,至少需要两颗卫星才能
传到直径的两端,选项 A 正确;当两颗卫星的信号恰好到达直径两端时,卫
第15讲 PART 15
人造卫星 宇宙 速度
考点分阶突破│高考模拟演练│教师备用习题
第15讲
考纲解读
①掌握人造卫星轨道运行参量的比较与变轨问题. ②掌握几种常见卫星的特点、理解宇宙速度. ③了解双星与多星模型.
考点分阶突破
知能必备
考点一 人造卫星轨道运行参量比较
环绕同一天体的不同轨道高度的卫星运行参量比较
土星和土星内环(由碎冰块、岩石块、尘埃等组成)之间,并在近圆轨道上做圆周运动.在
极其稀薄的大气作用下,开启土星探测之旅.探测之旅的最后阶段——“大结局”阶段将持
续到九月中旬,此阶段中“卡西尼号”将一直靠近土星直至坠向土星的怀抱.若“卡西尼号”
只受土星引力和稀薄气体阻力的作用,则 ( )
A.4月26日,“卡西尼号”在近圆轨道上绕土星运行的角速度
考点分阶突破
■ 方法技巧
当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用),万有 引力不再等于向心力,卫星将做变轨运行(近心运动或离心运动),三种运动情况如 下.
考点分阶突破
卫星类型
轨道
运动特点
运行过程中通过两极点上 由于地球自转,这种卫星的轨道平面不
极地轨
空的卫星,其轨道平面与地 能始终和地球某一经线平面重合,从而使
B.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度的大小关系
为aa>ab>ac C.a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Tc>Tb>Ta D.若b、c质量相同,则在b、c中,b的动能较大,c的机械能较大
图15-5
考点分阶突破
[答案] D
[解析] b 为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,由于人造卫星绕地球做匀速周
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