高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 5 天体运动与人造卫星课件.ppt

第5节天体运动与人造卫星 2 基础夯实 自我诊断 一 宇宙速度1 环绕速度 1 第一宇宙速度又叫环绕速度 其数值为7 9km s 2 第一宇宙速度是人造卫星在地面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最小的发射速度 也是人造卫星的最大环绕速度 2 第二宇宙速度 脱离速度 使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 其数值为11 2km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 其数值为16 7km s 3 基础夯实 自我诊断 二 地球卫星1 卫星的轨道 1 赤道轨道 卫星的轨道在赤道平面内 同步卫星就是其中的一种 2 极地轨道 卫星的轨道过南北两极 即在垂直于赤道的平面内 如极地气象卫星 3 其他轨道 除以上两种轨道外的卫星轨道 所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心 4 基础夯实 自我诊断 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 同步卫星有以下特点 1 轨道平面一定 轨道平面与赤道平面共面 2 周期一定 与地球自转周期相同 即t 24h 3 角速度一定 与地球自转的角速度相同 5 绕行方向一定 与地球自转的方向一致 5 基础夯实 自我诊断 3 极地卫星和近地卫星 1 极地卫星运行时每圈都经过南北两极 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地球的半径 其运行线速度约为7 9km s 6 基础夯实 自我诊断 请判断下列表述是否正确 对不正确的表述 请说明原因 1 地球同步卫星可以定点于北京正上方 2 若物体的发射速度大于第二宇宙速度 小于第三宇宙速度 则物体可以绕太阳运行 提示错 地球同步卫星轨道必须与赤道平面重合 提示对 7 基础夯实 自我诊断 1 2016 天津河东区模拟 两个绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星 轨道如图所示 下列判断正确的是 a 两卫星的角速度关系有 aabc 两卫星的线速度关系有va vbd 两卫星的周期关系有ta tb 答案 解析 8 基础夯实 自我诊断 2 多选 我国于2016年9月15日成功发射了 天宫二号 空间实验室 并于2016年10月17日成功发射 神舟十一号 飞船 天宫二号 和 神舟十一号 在离地约390km高的圆轨道上对接正常运行 则下列说法正确的是 a 天宫二号 的发射速度应大于第二宇宙速度b 对接前 神舟十一号 欲追上 天宫二号 必须在同一轨道上点火加速c 对接时 神舟十一号 与 天宫二号 的加速度大小相等d 对接后 天宫二号 的速度小于第一宇宙速度 答案 解析 9 基础夯实 自我诊断 3 一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动 飞船原来的线速度是v1 周期是t1 假设在某时刻它向后喷气做加速运动后 进入新轨道做匀速圆周运动 运动的线速度是v2 周期是t2 则 a v1 v2 t1 t2b v1 v2 t1t2d v1 v2 t1 t2 答案 解析 10 基础夯实 自我诊断 4 多选 有一宇宙飞船到了某行星上 该行星没有自转运动 以速度v接近行星赤道表面匀速飞行 测出其运动的周期为t 已知引力常量为g 则可得 答案 解析 11 考点一 考点二 考点三 考点一宇宙速度的理解与应用 自主悟透 1 第一宇宙速度的推导 第一宇宙速度是发射地球人造卫星的最小速度 也是地球人造卫星的最大环绕速度 此时它的运行周期最短 tmin 2 5079s 85min 12 考点一 考点二 考点三 2 宇宙速度与运动轨迹的关系 1 v发 7 9km s时 卫星绕地球做匀速圆周运动 2 7 9km s v发 11 2km s 卫星绕地球运动的轨迹为椭圆 3 11 2km s v发 16 7km s 卫星绕太阳做椭圆运动 4 v发 16 7km s 卫星将挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的空间 13 考点一 考点二 考点三 突破训练1 多选 美国宇航局发射的 好奇号 火星车发回的照片显示 火星表面曾经有水流过 使这颗星球在人们的心目中更具吸引力 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 下列关于人类发射的关于火星探测器的说法正确的是 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 答案 解析 14 考点一 考点二 考点三 2 2016 安徽黄山模拟 如图是在1687年出版的 自然哲学的数学原理 一书中一幅插图 牛顿曾设想 当抛出速度很大时 物体就不会落回地面 已知地球半径为r 月球绕地球公转的轨道半径为n2r 周期为t 不计空气阻力 为实现牛顿设想 抛出的速度至少为 答案 解析 15 考点一 考点二 考点三 规律总结宇宙速度问题的分析思路 16 考点一 考点二 考点三 考点二卫星运行参量的分析与计算 多维探究 1 卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 17 考点一 考点二 考点三 2 近地卫星 同步卫星和赤道上随地球自转的物体的运动参量比较 18 考点一 考点二 考点三 19 考点一 考点二 考点三 考向1卫星运行参量的比较例1如图所示 若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动 a b到地心o的距离分别为r1 r2 线速度大小分别为v1 v2 则 答案 解析 20 考点一 考点二 考点三 例2 2016 河南八市质检 如图所示 某极地轨道卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极 已知该卫星从北纬60 的正上方按图示方向第一次运行到南纬60 的正上方时所用时间为1h 则下列说法正确的是 a 该卫星与同步卫星的运行半径之比为1 4b 该卫星与同步卫星的运行速度之比为1 2c 该卫星的运行速度一定大于7 9km sd 该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能 答案 解析 21 考点一 考点二 考点三 思维点拨 1 极地卫星的运行周期为 2 卫星的运行周期与轨道半径的关系式为 3 卫星的机械能大小与哪些因素有关 3h 提示 卫星的质量 运行速度 距离地面的高度 22 考点一 考点二 考点三 考向2近地卫星 赤道上物体及同步卫星的运行问题例3 多选 如图所示 a表示地球同步卫星 b为运行轨道比a低的一颗卫星 c为地球赤道上某一高山山顶上的一个物体 两颗卫星及物体c的质量都相同 关于它们的线速度 角速度 运行周期和所受到的万有引力的比较 下列关系式正确的是 a vb va vcb a b cc fa fb fcd ta tc tb 答案 解析 23 考点一 考点二 考点三 方法归纳人造卫星问题的解题技巧1 卫星向心加速度的不同表述形式 2 解决力与运动的关系 还是要用动力学的思想 解决的桥梁是牛顿第二定律 1 卫星的an v 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 2 an v 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 24 考点一 考点二 考点三 3 卫星运动中的机械能 1 只在万有引力作用下 卫星绕中心天体做匀速圆周运动和沿椭圆轨道运动 机械能均守恒 这里的机械能包括卫星的动能和卫星 与中心天体 的重力势能 2 质量相同的卫星 圆轨道半径越大 动能越小 势能越大 机械能越大 25 考点一 考点二 考点三 突破训练3 多选 2016 湖北襄阳模拟 最近我国连续发射了多颗北斗导航定位卫星 使我国的导航定位精度不断提高 北斗导航卫星有一种是地球同步轨道 假设其离地高度为h 地球半径为r 地面附近重力加速度为g 则有 a 该卫星运行周期为24h 答案 解析 26 考点一 考点二 考点三 4 2016 宁夏银川一模 如图所示 a为地球赤道上的物体 b为地球同步卫星 c为地球表面上北纬60 的物体 已知a b的质量相同 则下列关于a b和c三个物体的说法中 正确的是 a a物体受到的万有引力小于b物体受到的万有引力b b物体的向心加速度小于a物体的向心加速度c a b两物体的轨道半径的三次方与周期的二次方的比值相同d a和b线速度的比值比c和b线速度的比值大 且都小于1 答案 解析 27 考点一 考点二 考点三 考点三卫星的变轨与追及 多维探究 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 发射卫星的过程大致有以下几个步骤 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 上 2 在a处点火加速 由于速度变大 进入椭圆轨道 3 在b处 远地点 再次点火加速进入圆形轨道 28 考点一 考点二 考点三 2 卫星变轨的实质 29 考点一 考点二 考点三 考向1卫星的变轨问题例4 多选 2016 北京海淀区期中 某载人飞船运行的轨道示意图如图所示 飞船先沿椭圆轨道1运行 近地点为q 远地点为p 当飞船经过点p时点火加速 使飞船由椭圆轨道1转移到圆轨道2上运行 在圆轨道2上飞船运行周期约为90min 关于飞船的运行过程 下列说法中正确的是 30 考点一 考点二 考点三 a 飞船在轨道1和轨道2上运动时的机械能相等b 飞船在轨道1上运行经过p点的速度小于经过q点的速度c 轨道2的半径小于地球同步卫星的轨道半径d 飞船在轨道1上运行经过p点的加速度等于在轨道2上运行经过p点的加速度 答案 解析 31 考点一 考点二 考点三 思维点拨 1 根据功能关系比较机械能大小 2 根据开普勒第二定律比较vp vq 3 根据周期关系比较轨道半径 4 根据牛顿第二定律比较加速度 32 考点一 考点二 考点三 考向2卫星的追及问题例5 2017 河北石家庄模拟 如图所示 有a b两颗卫星绕地心o做圆周运动 旋转方向相同 a卫星的周期为t1 b卫星的周期为t2 在某一时刻两卫星相距最近 则 引力常量为g a 两卫星经过时间t t1 t2再次相距最近b 两颗卫星的轨道半径之比为c 若已知两颗卫星相距最近时的距离 可求出地球的密度d 若已知两颗卫星相距最近时的距离 可求出地球表面的重力加速度 答案 解析 33 考点一 考点二 考点三 规律总结1 变轨的两种情况2 相关物理量的比较 34 考点一 考点二 考点三 1 两个不同轨道的 切点 处线速度v不相等 图中v v b v a v 2 同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度大小不相等 从远地点到近地点万有引力对卫星做正功 动能增大 引力势能减小 图中v a v b ek a ek b ep av 3 卫星的对接载人飞船与空间实验室的对接实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追赶问题 本质仍然是卫星的变轨运行问题 35 考点一 考点二 考点三 突破训练5 2017 四川自贡模拟 马航客机失联后 西安卫星测控中心紧急调动海洋 风云 高分 遥感4个型号近10颗卫星 为地面搜救提供技术支持 特别是高分一号突破了空间分辨率 多光谱与大覆盖面积相结合的大量关键技术 如图为高分