人造卫星问题专题
人造卫星问题 专题ppt
B 2π (R + h)
T
D
Rg
例4、发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地 发射地球同步卫星时， 圆轨道1 然后点火，使其沿椭圆轨道2运行， 圆轨道1，然后点火，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 相切于Q 点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点， 轨道2 相切于P 如图所示，则当卫星分别在1 轨道2、3相切于P点，如图所示，则当卫星分别在1、2、 轨道上正常运行时，下列说法中正确的是[ 3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是[ BD ] 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1 A、卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1 B、卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C、卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道 卫星在轨道1上经过Q 上经过Q 2上经过Q点时的加速度 卫星在轨道2上经过P D、卫星在轨道2上经过P点 时的加速度等于它在轨道 上经过P 3上经过P点时的加速度
V1=7.9Km/s
V3=16.7Km/s V2=11.2Km/s
二 同步通讯卫星 同步卫星的周期（ 1、 同步卫星的周期（T=24h)
GMm 2π = mr 2 r T
GMm
2
r ⇒ T = 2πr GM
2
2、同步卫星的高度(h=35786Km) 同步卫星的高度(
(R + h )
一．卫星的发射与运行 宇宙速度 V 1 第一宇宙速度 第一宇宙速度的大小： （1）第一宇宙速度的大小： V=7.9km/s
（2）第一宇宙速度是发射地 球卫星的最小速度， 球卫星的最小速度，也是 卫星绕地球运行的最大 速度。 速度。
第二宇宙速度（脱离速度） 2 第二宇宙速度（脱离速度） V=11.2km/s 第三宇宙速度（逃逸速度） 3 第三宇宙速度（逃逸速度） V=16.7km/s
有关人造地球卫星的各类问题
有关人造地球卫星的各类问题在高中物理中，人造地球卫星的相关问题始终是一个重点问题，也是学生难得的理解的抽象问题，本文通过归类向大家系统介绍卫星的一些问题。
一、卫星的在轨稳定运行所谓定轨稳定运行，就是卫星已经在圆形轨道上做匀速圆周运动，卫星处于稳定的运行状态，涉及的问题又有下面一些。
1．在轨卫星的轨道问题 例1．如图，实线圆表示地球，竖直虚线a 表示地轴，虚线圆b 、c 、d 、e 表示地球卫星可能的轨道，对于此图以下说法正确的有 （ ）A ．b 、c 、d 、e 都可能是地球卫星的轨道B ．c 不可能是地球卫星的轨道C ．b 可能是地球同步卫星的轨道D ．d 可能是地球同步卫星的轨道解析：对于在轨稳定运行的卫星来说，地球对卫星的万有引力全部提供向心力，其圆周运动的圆心必须是地球地心，图中c 不可能是地球卫星的轨道，按照地球卫星的轨道特点及卫星运动规律，又将卫星分为同步卫星、极地卫星和一般卫星。
极地卫星只是要求其轨道经过地球南北极上空，对高度没有要求，但由于地球在自转，不可能实现同步；同步卫星只能定点在赤道上空，与地球自转方向一致，高度是唯一的，太高或太低都不是同步卫星，本题选择BD 。
2．连续物或卫星群的判断问题例2．根据观察，在土星外层有一个环带，该环带有星云等物质构成，为了判断环带是土星的连续物还是小卫星群。
可测出环中各层的线速度v 与该层到土星中心的距离R 之间的关系，从而加以确定。
对此下列判断正确的是：（ ）A.若v 与R 成正比，则环带是连续物B.若2v 与R 成正比，则环带是小卫星群C.若v 与R 成反比，则环带是连续物D.若2v 与R 成反比，则环带是小卫星群。
解析：本题是弄清连续物和小卫星群的特点，所谓连续物，就是说它是土星的一部分，跟土星应该有相等的角速度，则有：R v ω=；当是小卫星群时，在轨运行时万有引力全部提供向心力，则有：R v m RGMm 22= ，由此可知选项AD 正确。
第8 讲 人造卫星的 4个常考问题
四、与人造卫星运行有关的估算问题以及宇宙速度问题。 人造卫星常存在一些隐含条件，在进行相关估算时要善于加以运用。 1、在地球表面附近运动（近地轨道）卫星受到的地球引力近似等于重力。 G 2、在地球表面附近的重力加速度 g=10m\s2。 3、地球自转周期 T=24h 4、地球公转周期 T=365 天。 5、月球绕地球运动的周期约为 30 天。 典型试题： 7、一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为 测量一质量为 m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为
典型试题： 1、 （2012 北京高考卷） ．关于环绕地球卫星的运动，下列说法正确的是 A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率。 C．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合
第8讲
人造卫星的 4 个常考问题
运用万有引力定律、 牛顿运动定律、 向心力公式等力学规律求解人造卫星运动一直是高考命题频率较高的知 识点。解决本单元问题的原理及方法比较单一，应该不难掌握。从这些年高考命题趋势来看，对于人造卫星以下 4 各方面的考查非常突出。 一、从人造卫星运动参数角度考查： 设圆周中心的天体（中心天体）的质量为 M，半径为 R；
B．②④ C．①④ D．②③
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二、从卫星变轨角度考查 卫星从低轨道运动到高轨道或从高轨道运动到低轨道， 这称之为卫星变轨。 卫星变轨问题主要是速度发生突 变，受力发生变化，物理过程相对复杂和抽象，很多同学理解起来比较困难。 3、宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站（ A．只能从较低轨道上加速。 C．只能从空间站同一高度轨道上加速 ） B．只能从较高轨道上加速 D．无论从什么轨道上加速都可以
专题课：人造卫星问题课件(24张)
(2)地球同步卫星．
【难点】 卫 星(飞船、探测器、空间站)变轨问题．
教学建议
本节研究人造卫星问题，包括飞船、探测器、空间站问题，本节内容的教学应首先从人 造卫星的动力学分析入手，定量探讨出人造卫星各个运行参量的决定关系式，据此可进一 步研究人造卫星的变轨问题和同步卫星问题．
学习互动
考点一
人造卫星运行参量的比较
例1
(多选)如图Z2－1所示，a、b、c是在地球大气层外同一平面内沿圆形轨道运 )
动的三颗卫星，则(
A．b、c的角速度相等，且大于a的角速度 B．b、c的周期相等，且大于a的周期 C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度 图Z2－1
v1<v3<v2 角速度 ω1＝ω 自 ω2＝ ω3＝ω 自＝
ω1＝ω3<ω2 向心加速度 a1＝ω2 1R a2＝ω2 2R＝ a3＝ω2 3(R＋h)＝
a1<a3<a2
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考点二
地球同步卫星
[答案] CD
[ 解析 ] 根据万有引力提供向心力可得 v ＝ GM r ，T＝2π r3 GM ，a＝ GM r2 ，“天宫
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[答案] D
[解析] 由于东方红二号卫星是同步卫星， 则其角速度和赤道上的物体角速度相等， 可得： a＝ω2r， 由于 r2>r3， 则可以得出： a2>a3； 又由万有引力定律有： G Mm r2 ＝ma， 且 r1<r2，
则得出 a2<a1, 故选项 D 正确．
学习互动
[答题要点] 解决本题的关键是认清三个物体(赤道上的物体、近地卫星、同步卫星)之 间的关系．
(完整版)人造卫星专题练习有答案
人造卫星专题练习1．有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b处于地面附近的近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，则有()A．a的向心加速度等于重力加速度gB．b在相同时间内转过的弧长最长C．c在4小时内转过的圆心角是π/6D．d的运动周期有可能是20小时2．据报道，我国自主研制的“嫦娥二号”卫星在奔月的旅途中，先后完成了一系列高难度的技术动作，在其环月飞行的高度距离月球表面100 km时开始全面工作。
国际上还没有分辨率优于10米的全月球立体图像，而“嫦娥二号”立体相机具有的这种高精度拍摄能力，有助于人们对月球表面了解得更清楚，所探测到的有关月球的数据比环月飞行高度约为200 km的“嫦娥一号”更加翔实。
若两颗卫星环月运行均可视为匀速圆周运动，运行轨道如图所示，则()A．“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”更长B．“嫦娥二号”环月运行的速度比“嫦娥一号”更大C．“嫦娥二号”环月运行时向心加速度比“嫦娥一号”更大D．“嫦娥二号”环月运行时角速度比“嫦娥一号”更小3．一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，动能减小为原来的14，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的()A．向心加速度大小之比为4∶1 B．角速度大小之比为2∶1 C．周期之比为1∶8 D．轨道半径之比为1∶2 4 . 2011年8月，“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家。
如图2所示，该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的()A．线速度大于地球的线速度B．向心加速度大于地球的向心加速度C．向心力仅由太阳的引力提供D．向心力仅由地球的引力提供5．如图所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。
若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的()A．动能大B．向心加速度大C．运行周期长D．角速度小6、地球赤道上有一物体因地球自转，所受的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ω1；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F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为ω2；地球的同步卫星所受的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3；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A．F1＝F2>F3B．a1＝a2＝g>a3C．v1＝v2＝v>v3D．ω1＝ω3<ω27、同步卫星A的运行速率为v1，向心加速度为a1，运转周期为T1；放在地球赤道上的物体B随地球自转的线速度为v2，向心加速度为a2，运转周期为T2；在赤道平面上空做匀速圆周运动的近地卫星C的速率为v3，向心加速度为a3，运转周期为T3。
专题八 人造卫星变轨问题 双星模型
专题八 人造卫星变轨问题 双星模型
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题型一 卫星变轨和对接问题
1.变轨原理
（1）为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射近地卫星到圆轨道Ⅰ上，如图所示.
（2）在 点（近地点）点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.
1.[2022·广东中山一中模拟] 天链一号04星是我国发射的第4颗地球同步卫星，它与天链一号02星、03星实现组网运行，为我国神舟飞船、空间实验室天宫二号提供
B
A.天链一号04星的最小发射速度是 B.天链一号04星的运行速度小于天宫二号的运行速度C.为了便于测控，天链一号04星相对于地面静止于北京飞控中心的正上方D.天链一号04星如果想追上天链一号03星，可以直接通过点火加速实现
2.[2022·天津一中模拟] 2018年12月12日，嫦娥四号开始实施近月制动，为下一步月面软着陆做准备，首先进入月圆轨道Ⅰ，其次进入椭圆着陆轨道Ⅱ，如图 所示， 为近月点， 为远月点.关于嫦娥四号卫星，下列说法正确的是( )
A
A.卫星在轨道Ⅱ上 点的加速度小于在 点的加速度B.卫星沿轨道Ⅰ运动的过程中，卫星中的科考仪器处于超重状态C.卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，机械能增大D.卫星在轨道Ⅱ经过 点时的动能大于在轨道Ⅱ经过 点时的动能
例1 （变轨原理）（多选）如图所示是我国发射的“天问一号”火星探测器的运动轨迹示意图.首先在地面上由长征五号遥四运载火箭将探测器发射升空，然后经过漫长的七个月地火转移飞行，到
AC
A.长征五号遥四运载火箭需要把“天问一号”加速到第二宇宙速度B.近火点的“刹车”是为了减小火星对“天问一号”的引力C.从火星停泊轨道向遥感轨道变轨过程，“天问一号”还需要在近火点制动减速D.“天问一号”沿遥感轨道运行时在近火点处的动能最小
五年高考真题精编——专题13 人造卫星
专题13 人造卫星1、（2011福建卷）“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星．若测得“嫦娥二号”在月球（可视为密度均匀的球体）表面附近圆形轨道运行的周期T ，已知引力常数G ，半径为R 的球体体积公式343V R π=，则可估算月球的（ ）A ．密度B ．质量C ．半径D ．自转周期 【答案】A2、（2011全国卷）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行（即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。
如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比， A ．卫星动能增大，引力势能减小 B ．卫星动能增大，引力势能增大 C ．卫星动能减小，引力势能减小 D ．卫星动能减小，引力势能增大 【答案】D3、（2011天津卷）（多选题）质量为m 的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。
已知月球质量为M ，月球半径为R ，月球表面重力加速度为g ，引力常量为G ，不考虑月球自转的影响，则航天器的 A ．线速度GMv RB ．角速度gR ω=C ．运行周期2RT g=D ．向心加速度2GM a R = 【答案】AC4、（2012安徽卷）我国发身的“天宫一号”和“神州八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350km，“神州八号”的运行轨道高度为343km.它们的运行轨道均视为圆周，则A．“天宫一号”比“神州八号”速度大B．“天宫一号”比“神州八号”周期长C．“天宫一号”比“神州八号”角速度大D．“天宫一号”比“神州八号”加速度大【答案】B5、（2012广东卷）（多选题）如图6所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。
若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的A．动能大B．向心加速度大C．运行周期长D．角速度小【答案】CD6、（2012江苏卷）（多选题）2011 年8 月，“嫦娥二号冶成功进入了环绕“日地拉格朗日点冶的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家. 如图所示，该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的(A) 线速度大于地球的线速度 (B) 向心加速度大于地球的向心加速度 (C) 向心力仅由太阳的引力提供 (D) 向心力仅由地球的引力提供 【答案】AB7、（2012·山东理综）2011年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。
人造卫星变轨问题专题
人造卫星变轨问题专题一、人造卫星基本原理绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。
轨道半径r 确定后，与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GMr T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是唯一确定的。
如果卫星的质量是确定的，那么与轨道半径r 对应的卫星的动能E k 、重力势能E p 和总机械能E 机也是唯一确定的。
一旦卫星发生了变轨，即轨道半径r 发生变化，上述所有物理量都将随之变化（E k 由线速度变化决定、E p 由卫星高度变化决定、E 机不守恒，其增减由该过程的能量转换情况决定）。
同理，只要上述七个物理量之一发生变化，另外六个也必将随之变化。
在高中物理中，涉及到人造卫星的两种变轨问题。
二、渐变由于某个因素的影响使原来做匀速圆周运动的卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐增大或逐渐减小），由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。
解决此类问题，首先要判断这种变轨是离心还是向心，即轨道半径r 是增大还是减小，然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。
如：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，无论轨道多高，都会受到稀薄大气的阻力作用。
如果不及时进行轨道维持（即通过启动星上小型发动机，将化学能转化为机械能，保持卫星应具有的状态），卫星就会自动变轨，偏离原来的圆周轨道，从而引起各个物理量的变化。
这种变轨的起因是阻力。
阻力对卫星做负功，使卫星速度减小，卫星所需要的向心力rmv 2减小了，而万有引力2r GMm的大小没有变，因此卫星将做向心运动，即轨道半径r 将减小。
由基本原理中的结论可知：卫星线速度v 将增大，周期T 将减小，向心加速度a 将增大，动能E k 将增大，势能E p 将减小，有部分机械能转化为内能（摩擦生热），卫星机械能E 机将减小。
为什么卫星克服阻力做功，动能反而增加了呢？这是因为一旦轨道半径减小，在卫星克服阻力做功的同时，万有引力（即重力）将对卫星做正功。
专题高中物理人造卫星问题
天平 弹簧秤测重力 液体压强计
五.模型三、“双星”
• “双星”是由两颗绕着共同的中心旋转的星球组 成。它们围绕它们的连线上的某一固定点做同周 期的匀速圆周运动，这种结构称为双星。
达到新的稳定运行状态
卫星变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向 心力的大小关系判断；
稳定在新轨道上的运行速度变化由 v GM 判断
r
卫星变轨原理
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在 高轨道上运行，应采取什么措施？
在低轨道上加速，使其沿椭
圆轨道运行，当行至椭圆轨
·
道的远点处时再次加速，即
可使其沿高轨道运行。
可求得 T=85min
此处的 万有引 力与重 力之差
m(2π)2R G Mm m g
T
R2
在赤道上与 地球保持相
对静止
此处的 万有引
力
m
( 2π)2 T
R
G
M R
m 2
离地高度近 似为0，与 地面有相对
运动
同步 卫星
可求得距
地面高度 与地球自 h≈36000 周期相同， km，约为 即24h
地球半径
此处的 万有引
力
的5.6倍
轨道面与赤
m
(
2π) 2 T
R
G
Mm R2
道面重合， 在赤道上空， 与地面保持
相对静止
巩固与练习
（2011·北京）由于通讯和广播等方面的需要， 许多国家发射了地球同步卫星，这些卫星的：
A.质量可以不同 B.轨道半径可以不同 C.轨道平面可以不同 D.速率可以不同
1、卫星在二轨道相切点 2、卫星在椭圆轨道运行
万有引力相同，加速度相同
专题课：人造卫星问题课件(24张)
[答案] AB
B．a的向心加速度比b的小
C．a的向心力比b的小 D．a的角速度比b的大
图Z2－5
自我检测
[解析] 设地球的质量为 M，卫星的质量为 m，轨道半径为 r，周期为 T，角速度为 ω， 2π 2 卫星绕地球做匀速圆周运动， 由地球的万有引力提供向心力， 有 G 2 ＝mω2r＝m r T Mm r＝ma，解得：T＝2π GM ，a＝ 2 ，ω＝ GM r r3 GM r3 ，卫星的轨道半径越大，角速度、
学习互动
2π v2 [答题要点] 卫星在圆轨道上稳定运行时有 G 2 ＝m ＝mrω2＝mr 2＝ma，由此可推 r r T Mm GM v＝ r GM ω＝ r3 出 ，所以根据卫星轨道半径大小可以进行线速度、角速度、周期、向心加速 r3 T＝2π GM GM a＝ 2 r 度等运行参量的比较．
新课导入
【导入一】 同学们经常收看卫星电视节目，卫星电视信号就是通过通信卫星进行转播的，卫星为 什么能高高悬挂在天上呢？这节课我们重点研究人造卫星问题． 【导入二】 同学们都知道月球是地球的卫星，而且地球只有一个天然卫星，但是月球并不孤单， 人类迄今为止已经给月球发射了很多小伙伴——人造地球卫星．这节课我们重点研究 人造卫星问题.
备用习题
[解析]由于在P点推进器向前喷气，故飞行器将做减速运动，飞行器所需向心力减
小，而在P点万有引力保持不变，故飞行器将开始做近心运动，轨道半径减小，故
将沿轨道3运动，选项A错误；根据开普勒行星运动定律知，卫星轨道半径减小， 则周期减小，选项B错误；因为变轨过程是飞行器向前喷气过程，故是减速过程，
【重点】 (1)人造卫星运行参量比较．
物理课件 专题复习人造卫星系列问题
近地轨道
卫星距离地面较近，完成快速、 低延迟的任务，如国际空间站。
人造卫星的应用领域
通信
卫星通信使得全球范围内的 通信变得更快速、稳定。
导航
卫星导航系统提供准确的定 位和导航服务，如GPS。
科学研究
人造卫星用于天文观测、地 球遥感、太空物理等研究领 域。
人造卫星的发展历程
1
1 957年
苏联发射了世界上第一颗人造卫星。
人造卫星的分类
通信卫星
用于实现地球各地之间的通信传输，如电话、电视广播等。
导航卫星
提供高精度的定位和导航服务，如GPS系统。
气象卫星
观测和监测地球的大气现象，用于天气预报和气象研究。
人造卫星的轨道类型
静止轨道
卫星与地球自转速度相同，始 终位于某一纬度上空，如地球 同步轨道。
极地轨道
卫星绕过地球的极点，覆盖全 球不同的地区，如卫星遥感轨 道。
2
1 969年
美国成功登月，开了太空探索的新篇章。
3
1 990年
哈勃太空望远镜发射，为天文学研究作出了重大贡献。
人造卫星的未来趋势
1 更多的卫星
随着技术的进步，卫星数量将继续增加，覆盖范围将更广。
2 更精准的服务
卫星将提供更高精度的通信、导航和遥感服务。
3 太空探索
人造卫星将扮演关键角色，推动人类进一步探索太空。
总结和复习要点
人造卫星在通信、导航、科学研究等领域扮演着重要角色。了解卫星的定义、功能、分类、轨道类型、 应用领域、发展历程和未来趋势。
物理课件 专题复习人造 卫星系列问题
卫星是指在地球轨道上绕行的人造天体。本课件将深入探讨人造卫星的定义、 功能以及在不同领域的应用，了解人造卫星的分类、轨道类型、发展历程和 未来趋势。
高一物理【人造卫星的发射、变轨问题】专题
高一物理【人造卫星的发射、变轨问题】专题1．卫星发射及变轨过程概述人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。
(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上。
(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做匀速圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。
2．三个运行物理量的大小比较(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B 点速率分别为v A、v B。
在A点加速，则v A＞v1，在B点加速，则v3＞v B，又因v1＞v3，故有v A＞v1＞v3＞v B。
(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。
(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律r3T2＝k可知T1＜T2＜T3。
我国正在进行的探月工程是高新技术领域的一次重大科技活动，在探月工程中飞行器成功变轨至关重要。
如图所示，假设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0，飞行器在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A点点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动，则()A．飞行器在B点处点火后，速度增加B．由已知条件不能求出飞行器在轨道Ⅱ上的运行周期C．在只有万有引力作用的情况下，飞行器在轨道Ⅱ上通过B点的加速度大于在轨道Ⅲ上通过B点的加速度D．飞行器在轨道Ⅲ上绕月球运行一周所需的时间为2πR g0[解析]在椭圆轨道近月点变轨成为圆轨道，要实现变轨应给飞行器点火减速，减小所需的向心力，故点火后速度减小，故A错误；设飞行器在近月轨道Ⅲ绕月球运行一周所需的时间为T 3，则mg 0＝mR 4π2T 32，解得T 3＝2π R g 0，根据几何关系可知，轨道Ⅱ的半长轴a ＝2.5R ，根据开普勒第三定律a 3T2＝k 以及飞行器在轨道Ⅲ上的运行周期，可求出飞行器在轨道Ⅱ上的运行周期，故B 错误，D 正确；在只有万有引力作用的情况下，飞行器在轨道Ⅱ上通过B 点的加速度与在轨道Ⅲ上通过B 点的加速度相等，故C 错误。
人造卫星专题(发射、回收、变轨)
三.人造地球卫星中的超重和失重
1.发射过程 2.回收过程 3.进入正常圆轨道
三、人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射 加速上升
超重
回收 减速下降 超重
2、沿圆轨道正常运行
h3
GMT 2
4 2
R 3.6 107 m
同步通讯卫星轨道半径：
h+R=4.2107 m
二.同步卫星
4.同步卫星的线速度
解：万有引力提供向心力 故
=
由此解出v = 将地球质量 M及 轨道半径r带入
5.几个问题
1）、人造卫星为何向东发射？
2）、至少几颗卫星才能 覆盖整个赤道？
三颗同步卫星反射 信号可以覆盖整个赤道
探究问题一：
（1）如图所示，a、b、c三轨道中 可以作为卫星轨道的是哪一条？
c b
提示：卫星作圆周运
a
动的向心力必须指 向地心
一.一般人造卫星的知识
1.轨道平面与地轴间的夹角可以是 任意的.但该平面一定通过地球球 心.
卫星的轨道
赤道轨道
极地轨道 其他轨道
2、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的 向心力由万有引力提供:
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
地球
V1=7.9km/s
v2 11.2km / s →人造行星
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）11.2km/s>v>7.9km/s
→人造恒星
v3 16.7km / s
二、人造卫星的发射速度和运行速度
发射速度与运行速度是两个不同的概念．
人造卫星问题专题
人造卫星问题专题课程编码：100405053例1. 地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为1F ，向心加速度为1a ，线速度为1v ，角速度为1ω，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2F ，向心加速度为2a ，线速度为2v ，角速度为2ω；地球同步卫星所受的向心力为3F ，向心加速度为3a ，线速度为3v ，角速度为3ω；地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等，则A. 321F F F >=B. 321a g a a >==C. 321v v v v >==D. 231ω<ω=ω课程编码：100405054变式：考题：如图（1）所示，地球上空有人造地球同步通信卫星，它们向地球发射微波，但无论同步卫星数目增到多少个，地球表面上总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波，问这个面积S 与地球面积0S 之比至少有多大？结果要求保留两位有效数字，已知地球半径m 104.6R 60⨯=，半径为R ，高为h 的球缺的表面积为Rh 2S 1π=，球面积为2R 4S π=。
（1）课程编码：100405055例2. 宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是A. 飞船加速直到追上空间站，完成对接B. 飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C. 飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D. 无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接课程编码：100405056变式：考题1：发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。
轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点（如图所示），则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运动时，下列说法正确的是A. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B. 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C. 卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度D. 卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度课程编码：100405057考题2：如图所示，a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是A. b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度B. b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度C. c 加速可追上同一轨道上的b ，b 减速可等候同一轨道上的cD. a 卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大课程编码：100405058例3. 2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线上，上演“火星冲日”的天象奇观。
专题：人造卫星系列问题
(2)同步卫星的运转周期与地球自转周期相同 . T=24h;
r3 根据T 2 GM
(3)轨道半径r=4.24×104 km.其离地面高度 h=5.6R=3.6×104km一定的.
根据 v 0 r 2 r T
(4)线速度大小v=3.0×103m/s为定值，绕行方向与 地球自转方向相同即自西向东运动.
5
专题训练
【3】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运 行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4:1，求 这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比； ⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
(1)v1 : v2 1 : 2 (2)1 : 2 1 : 8
(3)T1 : T2 8 : 1 (4)a1 : a2 1 : 16
6
解：
根据v GM r 1 r
得
v1 v2
3 r2 3 r 1 3 r 1 3 r2
r2 r 1
GM 1 根据 3 3 r r
根据T 2 r r3 GM
3
1 得 2
T1 得 T2
GM 根据 a 2 r
a1 r 得 a2 r
2 2 2 1
7
1、2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙 －2251”卫星 和美国的“铱－33”卫星在西伯利亚上空约805 km 处发生碰撞．这是历史上首次发生的完整在轨卫 星碰撞事件．碰撞过程中产生的大量碎片可能会 影响太空环境．假定有甲、乙两块碎片，绕地球 运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则 下列说法中正确的是 D A．甲的运行周期一定比乙的长 B．甲距地面的高度一定比乙的高 C．甲的向心力一定比乙的小 D．甲的加速度一定比乙的大
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人造卫星问题专题一. 教学容：人造卫星问题专题二. 学习目标：1、掌握人造卫星的力学及运动特点。
2、掌握地球同步卫星的特点及相关的题目类型。
3、强化对于人造卫星问题中典型题型的相关解法。
考点地位：人造卫星问题是万有引力定律应用部分的难点问题，是近几年高考命题的热点，这部分容综合性很强，从高考出题形式上分析，突出了对于卫星的发射、运转、回收等多方面的考查，人造卫星问题中涉及到的同步卫星的定位，人造卫星问题中的超重失重问题，人造卫星与地理知识与现代科技知识的综合问题，都是近几年高考考查的热点问题，2007年全国各地的高考题目中，2007年单科卷第16题是以大型计算题目形式出现的，2007年天津理综卷的第17题理综卷的第17题均以绕月探测工程为物理背景以选择题形式出现。
三. 重难点解析：1. 人造地球卫星的发射速度对于人造地球卫星，由，得，这一速度是人造地球卫星在轨道上的运行速度，其大小随轨道半径的增大而减小，但是，由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功，所以将卫星发射到距地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大。
2. 人造卫星的运行速度、角速度、周期与半径的关系根据万有引力提供向心力，则有（1）由，得，即人造卫星的运行速度与轨道半径的平方根成反比，所以半径越大（即卫星离地面越高），线速度越小。
（2）由，得，即，故半径越大，角速度越小。
（3）由，得，即，所以半径越大，周期越长，发射人造地球卫星的最小周期约为85分钟。
3. 人造卫星的发射速度和运行速度（环绕速度）（1）发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度，并且一旦发射后就再也没有补充能量，被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力做功上升一定高度，进入运动轨道（注意：发射速度不是应用多级运载火箭发射时，被发射物离开地面发射装置的初速度）。
要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
因此，第一宇宙速度又是最小的发射速度。
卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星（近地卫星）的发射速度最小，就是其运行速度即第一宇宙速度。
（2）运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，根据可知，卫星越高，半径越大，卫星的运行速度（环绕速度）就越小，近地卫星可认为，其他较高卫星的。
4. 人造卫星的超重与失重（1）人造卫星在发射升空时，有一段加速运动：在返回地面时，有一段减速运动，这两个过程加速度方向均向上，因而都是超重状态。
（2）人造卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态，在这种情况下凡是与重力有关的力学现象都会停止发生。
因此，在卫星上的仪器，凡是制造原理与重力有关的均不能使用，同理，与重力有关的实验也将无法进行。
5. 人造卫星的加速度（1）引力加速度。
（2）重力加速度。
（3）向心加速度。
（4）卫星绕地球运动的向心加速度和物体随地球自转的向心加速度的比较。
卫星绕地球运动的向心力完全是由地球对卫星的万有引力提供的，而放在地面上的物体随地球自转所需的向心力是由万有引力的一个分力提供的，两个向心力的数值相差很多，如质量为的物体在赤道上随地球自转所需的向心力只有，而它所受地球引力约为。
卫星绕地球运动的向心加速度，其中M为地球质量，r为卫星与地心间的距离；物体随地球自转的向心加速度，其中T为地球自转周期，R为地球半径。
6. 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，又叫通讯卫星。
同步卫星有以下几个特点：（1）同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。
（2）同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，且（3）同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
（4）要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方，不可能定点在我国某地上空。
（5）同步卫星高度固定不变。
所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度及向心加速度a的大小均相同。
【典型例题】问题1、同步卫星问题：例1. 地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为，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，向心加速度为，线速度为，角速度为；地球同步卫星所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为；地球表面重力加速度为，第一宇宙速度为，假设三者质量相等，则A. B.C. D.答案：D变式：考题：如图（1）所示，地球上空有人造地球同步通信卫星，它们向地球发射微波，但无论同步卫星数目增到多少个，地球表面上总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波，问这个面积S与地球面积之比至少有多大？结果要求保留两位有效数字，已知地球半径，半径为R，高为h的球缺的表面积为，球面积为。
（1）（2）解析：如图（2）所示，因为同步卫星总是在赤道的上空，其高度也是一定的，由它画一条到地球表面的切线，可见两极周围的区域就收不到微波通讯，以m、M分别表示卫星和地球的质量，r表示卫星到地心的距离，T表示地球的自转周期，则有，，g。
得以S表示某个极周围接收不到微波区域的面积，则，地球面积。
而地球有两个极，因而接收不到微波的面积与地球表面积之比为：代入数值得。
答案：0.011问题2、卫星变轨的动态分析问题：例2. 宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是A. 飞船加速直到追上空间站，完成对接B. 飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C. 飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D. 无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接答案：B变式：考题1：发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。
轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点（如图所示），则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运动时，下列说确的是A. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B. 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C. 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D. 卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度答案：BD考题2：（2006·）如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说确的是A. b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B. b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度C. c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cD. a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大答案：D问题3、天体相关运动参量的综合分析问题：例3. （2007·）2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线上，上演“火星冲日”的天象奇观。
这是6万年来火星距地球最近的一次，与地球之间的距离只有5576万公里，为人类研究火星提供了最佳时机。
如图所示，为美国宇航局最新公布的“火星大冲日”虚拟图，则A. 2003年8月29日，火星线速度大于地球的线速度B. 2003年8月29日，火星的加速度大于地球的加速度C. 2004年8月29日，必将产生下一个“火星大冲日”D. 下一个“火星大冲日”必在2004年8月29日之后的某天发生答案：D变式：考题1：（2007·统考）火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比A. 火卫一距火星表面较近B. 火卫二的角速度较大C. 火卫一的运动速度较大D. 火卫二的向心加速度较大答案：AC考题2：（2007年）土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动，其中两个岩石颗粒A和B与土星中心的距离分别为和，忽略所有岩石颗粒间的相互作用。
（结果可用根式表示）（1）求岩石颗粒A和B的线速度之比；（2）求岩石颗粒A和B的周期之比；（3）土星探测器上有一物体，在地球上重力为10N，推算出它在距土星中心处受到土星的引力为0.38N，已知地球半径为，请估算土星质量是地球质量的多少倍？解析：（1）设土星质量为，颗粒质量为m，颗粒距土星中心距离为r，线速度为v。
由，得，对于A、B两颗粒分别有和，得。
（2）设颗粒绕土星做圆周运动的周期为T，则，对A、B两颗粒有和，得。
（3）设地球质量为M，地球半径为R，地球上物体的重力可视为万有引力，探测器上物体质量为，在地球表面重力为，距土星中心处的引力为，则由万有引力定律有与，代入数值得（倍）。
答案：（1）（2）（3）95。
【模拟试题】1A 关于人造近地卫星和地球同步卫星，下列几种说确的是A. 近地卫星可以在通过地理纬度圈所决定的平面上做匀速圆周运动B. 近地卫星可以在与地球赤道平面有一定倾角且经过上空的平面上运行C. 近地卫星或地球同步卫星上的物体，因“完全失重”，它的重力加速度为零D. 地球同步卫星可以在地球赤道平面上的不同高度运行2A 在月球上以初速度竖直上抛一小球，经时间T落回手中，月球半径为R，在月球上发射月球卫星环绕月球的速度至少是A. B. C. D.3A 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道上，然后经点火，其其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P 点（如图所示），则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运动时。
下列说确的是A. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B. 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C. 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D. 卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度4B A、B为两颗地球卫星，已知它们的运动周期之比为，则A、B两卫星的轨道半径之比和运动速率之比分别为A. ，B. ，C. ，D. ，5A 位于赤道面上的一颗人造地球卫星绕地球运行，傍晚在赤道上的某人发现卫星位于自己的正上方相对地面运动，第二天傍晚同一时刻又发现此卫星出现在自己的正上方，已知地球自转角速度为，地表处重力加速度为，地球半径为，则对此卫星下列论述正确的是A. 一定是同步卫星B. 可能是同步卫星C. 此卫星距地面的高度可能是D. 此卫星距地面的高度可能是6B 火星与地球的质量之比为a，半径之比为b，下列说确的是A. 火星表面的第一宇宙速度与地球表面第一宇宙速度之比为B. 火星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为C. 火星表面附近运动的卫星与地球表面运动的卫星周期之比为D. 火星和地球的上空运行的卫星其的比值为7A 用m表示同步卫星的质量，h表示它离地面的高度，表示地球半径，表示地球表面处的重力加速度，表示地球的自转的角速度，则通讯卫星受到地球对它的万有引力大小为A. B.C. D.【试题答案】1. B ［做匀速圆周运动的必备条件之一是所受的合力必须指向圆心，人造卫星只受到地球对卫星的万有引力作用，力的方向指向地心，并不是指向纬度平面与地轴相交的轴心上，所以A选项错。