高考物理一轮复习 4.5 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 一 宇宙速度1 第一宇宙速度 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的最小发射速度 也是人造卫星的最大环绕速度 4 第一宇宙速度的计算方法 3 2 第二宇宙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 4 二 地球卫星1 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 轨道平面与赤道平面共面 周期一定 与地球自转周期相同 即t 24h 角速度一定 与地球自转的角速度相同 5 绕行方向一定 运行方向与地球自转方向一致 6 2 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 3 两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心 7 1 答案 地球同步卫星只能定点于赤道正上方 北京不在赤道上 2 答案 8 1 两颗人造卫星运动的轨迹都是圆 若轨道半径分别为r1 r2 向心加速度分别为a1 a2 角速度分别为 1 2 则 答案 解析 9 2 多选 关于人造地球卫星的说法正确的是 a 卫星运行的轨道半径变大 其周期变小b 同步卫星只能在距离地面一定高度的赤道上空运行c 人造卫星在轨道上运行时处于完全失重状态d 所有人造地球卫星的运行速度都大于第一宇宙速度 答案 解析 10 3 如图所示 a b c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星 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 a b的向心加速度大小相等 且大于c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卫星由于某原因 轨道半径缓慢减小 其线速度将增大 答案 解析 11 4 质量为m的人造地球卫星 做匀速圆周运动 它离地面的高度等于地球半径r 地面上的重力加速度为g 则卫星的 答案 解析 12 5 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 测出运动的周期为t 已知引力常量为g 则可得 答案 解析 13 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 14 考点一 考点二 例1 对点训练1 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 15 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 已知地球的质量约为火星质量的10倍 地球的半径约为火星半径的2倍 则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为 a 3 5km sb 5 0km sc 17 7km sd 35 2km s 答案 解析 16 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 答案 解析 17 考点一 考点二 例2 对点训练2 考点三 卫星运行参量的比较与运算1 卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 例3 18 考点一 考点二 考点三 2 赤道上的物体 近地卫星 同步卫星之间的关系比较 例2 对点训练2 例3 19 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 20 考点一 考点二 考点三 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 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 1b 角速度大小之比为2 1c 周期之比为1 8d 轨道半径之比为1 2 例2 对点训练2 例3 答案 解析 21 考点一 考点二 考点三 解题探究 动能减小为原来的 速率是原来的几倍 怎样求轨道半径之比 向心加速度 角速度 周期与轨道半径的关系式分别是什么 例2 对点训练2 例3 22 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 多选 2015 河南洛阳调研 神舟十号飞船于2013年6月11日成功发射 再次与天宫一号进行交会对接 三位航天员再次入住天宫完成一系列实验 神舟十号与天宫一号对接后做匀速圆周运动 运行周期为90分钟 对接后天宫一号的 a 运行速度大于第一宇宙速度b 加速度大于赤道上静止物体随地球自转的加速度c 角速度为地球同步卫星角速度的16倍d 航天员可以用天平测出物体的质量 答案 解析 23 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 方法归纳 卫星运行问题的解题技巧 1 近地卫星 同步卫星满足 赤道上物体所需的向心力由地球对物体的万有引力和地面支持力的合力提供 合力不等于万有引力 2 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 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 例2 对点训练2 例3 如图 甲 乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为m和2m的行星做匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 甲的向心加速度比乙的小b 甲的运行周期比乙的小c 甲的角速度比乙的大d 甲的线速度比乙的大 答案 解析 25 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 26 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 2 卫星轨道的突变由于技术上的需要 有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机 使飞行器轨道发生突变 使其进入预定的轨道 如图所示 发射同步卫星时 可以分多过程完成 27 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 1 先将卫星发送到近地轨道 2 使其绕地球做匀速圆周运动 速率为v1 变轨时在p点点火加速 短时间内将速率由v1增加到v2 使卫星进入椭圆形的转移轨道 3 卫星运行到远地点q时的速率为v3 此时进行第二次点火加速 在短时间内将速率由v3增加到v4 使卫星进入同步轨道 绕地球做匀速圆周运动 28 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 飞船先沿椭圆轨道飞行 后在远地点343千米处点火加速 由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道 在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟 下列判断错误的是 a 飞船变轨前后的机械能相等b 飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态c 飞船在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度d 飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度等于变轨后沿圆轨道运动的加速度 答案 解析 29 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 解题探究 飞船点火加速变轨 机械能怎样变化 飞船在圆轨道上时向心力由什么提供 如何比较加速度 提示 机械能增加 提示 万有引力 提示 可以利用牛顿第二定律列方程来比较加速度 30 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 方法归纳 航天器变轨问题的三点注意事项 1 航天器变轨时半径的变化 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判断 2 航天器在不同轨道上运行时机械能不同 轨道半径越大 机械能越大 3 航天器经过不同轨道相交的同一点时加速度相等 外轨道的速度大于内轨道的速度 31 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 多选 2015 河南南阳月考 我国于2013年12月发射了嫦娥三号卫星 该卫星在距月球表面h处的环月轨道 上做匀速圆周运动 其运行的周期为t 随后嫦娥三号在该轨道上a点采取措施 降至近月点高度为h的椭圆轨道 上 如图所示 若以r表示月球的半径 忽略月球自转及地球对卫星的影响 则下述判断正确的是 答案 解析 32 1 2 3 4 5 1 a b c d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星 其中a c的轨道相交于p b d在同一个圆轨道上 b c轨道在同一平面上 某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示 下列说法中正确的是 a a c的加速度大小相等 且大于b的加速度b b c的角速度大小相等 且小于a的角速度c a c的线速度大小相等 且小于d的线速度d a c存在在p点相撞的危险 答案 解析 33 1 2 3 4 5 2 2015 山东临沂统考 北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统 建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星 对于其中的5颗同步卫星 下列说法中正确的是 a 它们运行的线速度一定不小于7 9km sb 地球对它们的吸引力一定相同c 一定位于赤道上空同一轨道上d 它们运行的加速度一定相同 答案 解析 34 1 2 3 4 5 3 研究表明 地球自转在逐渐变慢 3亿年前地球自转的周期约为22小时 假设这种趋势会持续下去 地球的其他条件都不变 未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比 a 距地面的高度变大b 向心加速度变大c 线速度变大d 角速度变大 答案 解析 35 1 2 3 4 5 4 2015 河北唐山模拟 a b两颗地球卫星绕地球运转的周期之比为 1 则 a 线速度大小之比为1 b 轨道半径之比为8 1c 向心加速度大小之比为1 2d 质量之比为1 1 答案 解析 36 1 2 3 4 5 5 多选 2015 全国理综 21 我国发射的嫦娥三号登月探测器靠近月球后 先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行 然后经过一系列过程 在离月面4m高处做一次悬停 可认