2026届新高考物理三轮冲刺复习：人造卫星　宇宙速度　相对论

2026届新高考物理三轮冲刺复习人造卫星宇宙速度相对论人造卫星的三种轨道所有轨道的卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合赤道轨道卫星轨道在赤道所在平面上,卫星始终处于赤道上方极地轨道卫星轨道平面与赤道平面垂直,卫星经过两极上空一般轨道卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0°或90°)1.三种宇宙速度宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度最大环绕速度____这是卫星绕地球做圆周运动的______发射速度,若7.9km/s≤v<11.2km/s,物体绕地球运行,等于7.9km/s,卫星绕地球做匀速圆周运动。第二宇宙速度_____这是卫星挣脱______引力束缚的最小发射速度,若11.2km/s≤v<16.7km/s,卫星绕太阳运行第三宇宙速度_____这是卫星挣脱太阳______束缚的最小发射速度,若v≥16.7km/s,卫星将______太阳系在宇宙空间运行7.9最小11.2地球16.7引力脱离

三、相对论时空观与牛顿力学的局限性(必修二第七章第5节)1.爱因斯坦的两个假设(1)在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的。(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。2.牛顿力学的局限性(1)牛顿力学只适用于低速运动,不适用于高速运动。(2)牛顿力学只适用于宏观世界,不适用于微观世界。【质疑辨析】(1)近地卫星的周期最小。(

)(2)地球周围的卫星都在同一圆轨道上绕地球转动。(

)提示:(2)不同的地球卫星的轨道不一定相同,地球位于卫星运行的圆轨道的圆心处或椭圆轨道的一个焦点处。(3)静止卫星的高度不是确定的。(

)提示:(3)静止卫星高度是确定的,约为3.6×104km。(4)地球的第一宇宙速度的大小与地球质量有关。(

)(5)月球的第一宇宙速度也是7.9km/s。(

)提示:(5)地球的第一宇宙速度是7.9km/s,月球的第一宇宙速度小于7.9km/s。√××√×(6)若物体的发射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度,则物体绕太阳运行。(

)(7)在不同的惯性系中,光速相同。(

)(8)相对杆静止的人测得杆的长度为l0,不管人相对于杆如何运动,测得的杆的长度均小于l0。(

)提示:(8)只有沿着杆的方向运动的人测得的杆的长度才小于l0。(9)由于经典力学具有局限性,一般力学问题都要用量子力学来解决。(

)提示:(9)经典力学具有局限性,经典力学适用于宏观、低速运动,在人类可感知尺度范围内仍能用经典力学来解决。√√××1.卫星运动问题分析=mω2r=ma变形可得规律当r减小时v增大ω增大T减小a增大当r增大时v减小ω减小T增大a减小速记口诀:“高轨低速大周期,低轨高速小周期。”2.卫星的两种速度最小发射速度向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难,因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道,而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度最大环绕速度3.卫星运动问题分析方法一条思路行星绕太阳的运动和卫星绕地球的运动一般情况可看作匀速圆周运动,所需向心力由太阳或地球这样的中心天体对它的万有引力提供,即F引=F向两个关系

√

√

√√

角度3

宇宙速度【典例3】神舟十九号载人飞船与中国空间站完成自主交会对接后形成一个组合体。该组合体在距地面高约400km(高于近地轨道高度)的轨道上运行,其轨道可近似视为圆。已知地球同步卫星位于地面上方高度约36000km处,则该组合体(

)A.运行速度大于7.9km/s,运行周期小于地球同步卫星的周期B.运行速度大于7.9km/s,运行周期大于地球同步卫星的周期C.运行速度小于7.9km/s,运行周期小于地球同步卫星的周期D.运行速度小于7.9km/s,运行周期大于地球同步卫星的周期√

1.地球同步静止卫星的特点2.近地卫星、同步静止卫星和赤道上随地球自转的物体三种圆周运动的比较模型卫星或物体近地卫星同步静止卫星赤道上随地球自转的物体向心力万有引力万有引力万有引力的一个分力轨道半径r1<r2r2>r3=r1角速度同步静止卫星与地球自转角速度相同,故ω2=ω3ω1>ω2=ω3线速度由v=rω得v2>v3v1>v2>v3向心加速度由a=rω2得a2>a3a1>a2>a3角度1

同步静止卫星的特点【典例4】(2022·天津等级考)2022年3月,中国空间站“天宫课堂”再次开讲,授课期间利用了我国的中继卫星系统进行信号传输,天地通信始终高效稳定。已知空间站在距离地面400公里左右的轨道上运行,其运动视为匀速圆周运动,中继卫星系统中某卫星是距离地面36000公里左右的地球静止轨道卫星(同步卫星),则该卫星(

)A.授课期间经过天津正上空B.加速度大于空间站的加速度C.运行周期大于空间站的运行周期D.运行速度大于地球的第一宇宙速度√

角度2

近地卫星、同步静止卫星和赤道上随地球自转的物体之间的比较【典例5】(多选)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处于地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步静止卫星,d是月球,各卫星排列位置如图,则有(

)A.角速度的大小关系为ωb>ωc=ωa>ωdB.向心加速度的大小关系为ab>ac>aa>adC.线速度的大小关系为vb>vc>vd>vaD.周期的大小关系为Ta>Tb>Tc>Td√√√

两类变轨问题两类变轨离心运动近心运动示意图变轨起因卫星速度突然增大卫星速度突然减小两类变轨离心运动近心运动两力关系变轨结果转变为椭圆轨道运动或在较大半径圆轨道上运动转变为椭圆轨道运动或在较小半径圆轨道上运动新圆轨道上运动的速率比原轨道的小,周期比原轨道的大新圆轨道上运动的速率比原轨道的大,周期比原轨道的小动能减小、势能增大、机械能增大动能增大、势能减小、机械能减小两类变轨离心运动近心运动速度关系在A点加速:vIIA>vI在B点加速:vIII>vIIB即vIIA>vI>vIII>vIIB加速度关系aIII=aIIB,aIIA=aI周期关系TI<TII<TIII机械能EI<EII<EIII【典例6】(2021·天津等级考)2021年5月15日,天问一号探测器着陆火星取得成功,迈出了我国星际探测征程的重要一步,在火星上首次留下国人的印迹。天问一号探测器成功发射后,顺利被火星捕获,成为我国第一颗人造火星卫星。经过轨道调整,探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行,之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行,如图所示,两轨道相切于近火点P,则天问一号探测器(

)A.在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态B.在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短C.从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速D.沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大√【解析】选D。天问一号探测器在椭圆轨道Ⅱ上做变速运动,受力不平衡,故A错误;根据开普勒第三定律可知,轨道Ⅰ的半径大于轨道Ⅱ的半长轴,故在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时长,故B错误;天问一号探测器从轨道Ⅰ进入Ⅱ,做近心运动,需要的向心力要小于提供的向心力,故要在P点点火减速,故C错误;沿轨道Ⅰ向P飞近时,万有引力做正功,动能增大,故速度增大,故D正确。时间延缓(时间膨胀效应)动尺变短(尺缩效应)【提醒】时间间隔、长度的变化都是由物体的相对运动引起的一种观测效应,它与所选的参考系有关,而物体本身的结构并没有变化。【典例7】某次物理考试时间为75分钟,假定孙悟空竖直握着金箍棒以0.6c(c为真空中的光速)的速度从考场外飞过,速度方向与地表平行,如图所示。则孙悟空观察到此次考试时间、考生观察到金箍棒的长度分别为(

)A.考试时间大于75分钟,金箍棒的长度变短B.考试时间大于75分钟,金箍棒的长度不变C.考试时间小于75分钟,金箍棒的长度变长D.考试时间也是75分钟,金箍棒的长度变长√【解析】选B。当孙悟空竖直握着金箍棒以0.