宇宙航行 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4宇宙航行目录一、人造地球卫星二、同步卫星、近地卫星、赤道物体三、宇宙速度四、卫星变轨人造卫星01一人造卫星一、人造卫星1.人间：表面重力由万有引力提供一般卫星怎么动2.天上：天体做圆周运动的向心力由万有引力提供匀速圆周运动一、人造卫星2.天上：天体做圆周运动的向心力由万有引力提供知r,比较其他物理量1.卫星都是在天上，并且围绕同一个中心天体运动2.适用高轨低速大周期题组一卫星运行参量的分析与比较常考题型题1[多选］有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，R=∶R==1∶4，那么下列判断中正确的有（）A．它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8 B．它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1C．它们所受的向心力之比FA∶FB=4∶1D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1【解析】A对：据=mR，可得T=；两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行周期之比TA∶TB=：

=1∶8。B错：据，可得v=；两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行线速度之比vA∶vB=2∶1。C错：向心力Fn=，质量相同的人造卫星A、B，轨道半径之比RA∶RB=1∶4，它们所受的向心力之比FA∶FB=16∶1。D对：据

=mRω2，可得ω=，两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1。【答案】AD题2［多选］“土卫5”在距离土星表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动。已知土星半径为R，土星表面的重力加速度为g，引力常量为G，则（）A．“土卫5”绕土星运行的周期为B．“土卫5”绕行的速度为C．“土卫5”绕土星运行的角速度为D．“土卫5”轨道处的重力加速度CD题3两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比TA∶TB=1∶8，则轨道半径之比和运行速率之比分别为（）A．rA∶rB=4∶1

vA∶vB=1∶2 B．rA∶rB=4∶1

vA∶vB=2∶1C．rA∶rB=1∶4

vA∶vB=2∶1 D．rA∶rB=1∶4

vA∶vB=1∶2C极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星02（3）近地卫星：指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。（1）极地卫星：卫星的轨道平面过南北两极（由于地球的自转，可观测到地球任意位置）（2）赤道物体：在地球上（人间）看见小g，想MG二、极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星二、极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星（4）同步卫星：相对地面静止，和地球具有相同周期的卫星特点：1、定点在赤道的正上方2、T同步=T地球=1天W同步=W地球

3、7个一定：轨道平面、绕行方向、T、ω、h、v、a4、2个不定：F、m题组二同步卫星题42015年12月29日，“高分四号”卫星升空。这是我国“高分”专项首颗高轨道、高分辨率的光学遥感卫星，也是世界上空间分辨率很高、幅宽很大的地球同步轨道遥感卫星。下列关于“高分四号”地球同步卫星的说法中正确的是（）A．该卫星定点在北京上空B．该卫星定点在赤道上空C．它的高度和速度是一定的，但周期可以是地球自转周期的整数倍D．它的周期和地球自转周期相同，但高度和速度可以选择，高度增大，速度减小【解析】A错，B对：“高分四号”地球同步卫星相对地面静止不动，所以必须定点在赤道上空。C、D错：因为地球同步卫星要和地球自转同步，即它们的周期T与角速度相同，根据

=mω2r=，可知ω一定，则r一定，且v也是确定的。【答案】B二、极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星A：赤道物体B：近地卫星C：同步卫星比较：赤道物体、近地卫星、同步卫星、①同步卫星和赤道上的物体共同点：T和ω相同（T=24h）（r同>R地）同步卫星的v、an较大，ω、T相同高轨低速大周期②近地卫星和同步卫星共同点：题5［多选］已知地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为v1、向心加速度大小为a1，近地卫星的线速度大小为v2、向心加速度大小为a2，地球同步卫星的线速度大小为v3、向心加速度大小为a3。设近地卫星距地面的高度不计，同步卫星距地面的高度约为地球半径的6倍，则以下结论正确的是（）A．

=

B．=

C．

D．

CD题组三：比较赤道物体、近地卫星、同步卫星、宇宙速度03三、宇宙速度要让地球上的物体脱离地球到外太空牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？三、宇宙速度三、宇宙速度会算第一宇宙速度理解最大速度，最小速度三、宇宙速度1.第一宇宙速度的计算①.人间：表面重力由万有引力提供以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）物体在地球附近做匀速圆周运动的速度三、宇宙速度1.第一宇宙速度的计算②.天上：天体做圆周运动的向心力由万有引力提供物体在地球附近做匀速圆周运动的速度r=R三、宇宙速度第一宇宙速度知识点整理1.V1是最小的发射速度（速度更小发射不出去）

最大的环绕速度（速度更大会飞出去）2.卫星发射速度要大于7.9km/s3.同步卫星环绕速度小于7.9kn/s三、宇宙速度2.第二宇宙速度（逃逸速度）V2=11.2km/s叫作第二宇宙速度V2>11.2km/s逃离地球V↑,Fn↑,离心运动三、宇宙速度3.第三宇宙速度（脱离速度）V2=16.7km/s叫作第三宇宙速度V2>16.7km/s脱离太阳系V↑,Fn↑,离心运动三、宇宙速度4.认识三种宇宙速度注意：地面发射速度V发V发=7.9km/s,卫星绕地球运动匀速圆周运动7.9km/s<V发<11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹是椭圆；V发>11.2km/s，卫星脱离地球的吸引11.2km/s<V发<16.7km/s，卫星绕太阳运动的轨迹是椭圆V发>16.7km/s，卫星脱离太阳的吸引提到发射速度都要高于宇宙速度题组二

宇宙速度题5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

。下列关于火星探测器的说法正确的是（）A．发射速度只要高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．发射速度不能低于第二宇宙速度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【解析】A、B错，C对：火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，还在太阳系内，发射速度应大于第二宇宙速度，可以小于第三宇宙速度。D错：由

=

得，v=

，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

，可得火星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比

=

=

=

。【答案】C四、卫星变轨如图所示，四颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，方向均为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？不能直接加速或减速，如果加速，则卫星做离心运动，会进入外层轨道；如果减速，则卫星做向心运动，会进入内层轨道。故可以先加速后减速或先减速后加速卫星变轨04四、卫星变轨1、线速度比较12轨道相切点P：v2>v1（加速）

23轨道相切点Q：v4>v3（加速）

13轨道线速度：v1>v4（高轨低速）

v2>v1>v4>v3四、卫星变轨2、F万和加速度a比较

F2=F1

F3=F4（同点半径相同）

a2=a1

a3=a4

（质量相同）对于P、Q两个点加速度不变，万有引力不变四、卫星变轨

3、三轨道的运行周期T：

T1<T2<T3（高轨低速大周期）题12［多选］设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点经极短时间变速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点经极短时间变速后进入同步轨道后的速率为v4。下列关系正确的是（）A．v1<v3 B．v4<v1 C．v3<v4 D．v4<v2BCD题13［多选］某人造地球卫星发射时，先进入椭圆轨道Ⅰ，在远地点A加速变轨进入