高考物理一轮复习课件 第26课时　人造卫星　宇宙速度

第五章万有引力与宇宙航行第26课时人造卫星宇宙速度【复习定位】

1.掌握卫星运动的规律，会分析卫星运行时各物理量之间的关系。2.理解三种宇宙速度，并会求解第一宇宙速度的大小。CONTENTS目录页1必备知识自主学习2关键能力阶梯突破3课时作业必备知识自主学习返回目录一、人造卫星的运行1．天体(卫星)运行问题3．人造卫星卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星的轨道是赤道轨道。(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)同步卫星注意

近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星。二、宇宙速度1．判断正误。(1)同一中心天体的两颗行星，公转半径越大，向心加速度越大。(

×

)(2)极地卫星通过地球两极，且始终和地球某一经线平面重合。(

×

)(3)我国发射的同步通信卫星可以定点在北京上空。(

×

)(4)地球的第一宇宙速度的大小与地球质量有关。(

√

)(5)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。(

√

)2．(2022·广东卷)“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是(

D

)A．火星公转的线速度比地球的大B．火星公转的角速度比地球的大C．火星公转的半径比地球的小D．火星公转的加速度比地球的小D

关键能力阶梯突破返回目录考点一对宇宙速度的理解及应用1．第一宇宙速度的推导2．宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v发＝7.9

km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动。(2)7.9

km/s＜v发＜11.2

km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。(3)11.2

km/s≤v发＜16.7

km/s，卫星绕太阳做椭圆运动。(4)v发≥16.7

km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。

【例2】(2025·八省联考四川卷)我国某研究团队提出以磁悬浮旋转抛射为核心的航天器发射新技术。已知地球和月球质量之比约为81∶1，半径之比约为4∶1。若在地球表面抛射绕地航天器，在月球表面抛射绕月航天器，所需最小抛射速度的比值约为(

C

)A．20

B．6C．4.5

D．1.9C考点二卫星运行参量的分析与比较1．同一中心天体，各行星v、ω、a、T等物理量只与r有关；不同中心天体，各行星v、ω、a、T等物理量与中心天体质量M和r有关。2．同步卫星、近地卫星及赤道上物体的比较如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为赤道面内的地球同步卫星，轨道半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，轨道半径为r3。比较项目近地卫星(r1、ω1、v1、a1)同步卫星(r2、ω2、v2、a2)赤道上随地球自转的物体(r3、ω3、v3、a3)向心力来源万有引力万有引力万有引力的一个分力轨道半径r2>r1＝r3角速度ω1>ω2＝ω3线速度v1>v2>v3向心加速度a1>a2>a3【例3】(2024·江西卷)“嫦娥六号”探测器于2024年5月8日进入环月轨道，后续经调整环月轨道高度和倾角，实施月球背面软着陆。当探测器的轨道半径从r1调整到r2时(两轨道均可视为圆形轨道)，其动能和周期从Ek1、T1分别变为Ek2、T2。下列选项正确的是(

A

)A

【例4】(多选)如图所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则下列比值正确的是(

AD

)AD【例5】(2025·河北唐山高三联考)已知一个星球x的密度与地球的密度相同，星球x与地球的半径之比为1∶4，假设卫星A与卫星B分别绕地球和星球x做匀速圆周运动，且两卫星的轨道半径相同，如图所示。则下列说法正确的是(

C

)A．卫星A与卫星B的加速度大小之比为4∶1B．卫星A与卫星B的线速度大小之比为2∶1C．卫星A与卫星B的环绕周期之比为1∶8D．地球与星球x的第一宇宙速度之比为1∶4C

1．(2025·广东深圳模拟预测)海卫一是海王星的一颗卫星，它是太阳系中目前所发现的唯一具有逆行轨道的大卫星，其运行方向与海王星的自转方向相反。已知海王星极地表面的重力加速度为g0，海王星的半径为R，自转角速度为ω，海卫一的轨道半径为r，则在海卫一连续两次经过海王星赤道正上空的时间间隔内，海王星自转转过的角度为(

C

)C

2．(2023·浙江6月选考)木星的卫星中，木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为1∶2∶4。木卫三周期为T，公转轨道半径是月球绕地球轨道半径r的n倍。月球绕地球公转周期为T0，则(

D

)D

微点突破10

卫星运动中的几何张角问题人造卫星绕地球运动，太阳发出的光线沿直线传播，地球或卫星都会遮挡光线，卫星运动中的几何张角问题使万有引力、天体运动与几何知识结合起来。求解此类问题时，要根据题中情境，由光线沿直线传播画出几何图形，通过几何图形找到边界光线，从而确定临界条件，并结合万有引力提供卫星做圆周运动所需的向心力，列式求解。【例证1】(多选)宇宙飞船以周期T绕地球做圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历类似“日全食”的过程，如图所示。已知地球的半径为R，地球质量为M，引力常量为G，地球自转周期为T0，太阳光可看作平行光，宇航员在A点测出的张角为α，则(

AC

)AC

【例证2】(多选)(2022·辽宁卷)如图所示，行星绕太阳的公转可以看作匀速圆周运动。在地面上容易测得地球—水星连线与地球—太阳连线夹角α，地球—金星连线与地球—太阳连线夹角β，两角最大值分别为αm、βm，则(

BC

)BC

课时作业返回目录[基础过关]1．(2023·江苏卷)设想将来发射一颗人造卫星，能在月球绕地球运动的轨道上稳定运行，该轨道可视为圆轨道。该卫星与月球相比，一定相等的是(

C

)A．质量B．向心力大小C．向心加速度大小D．受到地球的万有引力大小C2．(2024·浙江1月选考)如图所示，2023年12月9日“朱雀二号”运载火箭顺利将“鸿鹄卫星”等三颗卫星送入距离地面约500

km的轨道。取地球质量6.0×1024

kg，地球半径6.4×103

km，引力常量6.67×10-11

N·m2/kg2。下列说法正确的是(

B

)A．火箭的推力是空气施加的B．卫星的向心加速度大小约8.4

m/s2C．卫星运行的周期约12

hD．发射升空初始阶段，装在火箭上部的卫星处于失重状态B

4．(2025·河北唐山开学考)一颗在低圆轨道上运行的卫星，轨道平面与赤道平面的夹角为30°，卫星运行到某一位置时恰好能观测到南极点或北极点，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g。则该卫星运行的周期为(

D

)D5．如图所示，人造卫星M、N在同一平面内绕地心O做匀速圆周运动。已知M、N连线与M、O连线间的夹角最大为θ，则M、N的运动周期之比等于(

D

)D

6．(多选)(2022·湖南卷)如图，火星与地球近似在同一平面内绕太阳沿同一方向做匀速圆周运动，火星的轨道半径大约是地球的1.5倍。地球上的观测者在大多数的时间内观测到火星相对于恒星背景由西向东运动，称为顺行；有时观测到火星由东向西运动，称为逆行。当火星、地球、太阳三者在同一直线上，且太阳和火星位于地球两侧时，称为火星冲日。忽略地球自转，只考虑太阳对行星的引力，下列说法正确的是(

CD

)CD

7．(2022·山东卷)“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为(

C

)

C

[能力提升]8．(多选)(2025·广东湛江阶段考)已知质量分布均匀的空心球壳对内部任意位置的物体引力为0。P、Q两个星球的质量分布均匀且自转角速度相同，它们的重力加速度大小g随物体到星球中心的距离r变化的图像如图所示。关于P、Q星球，下列说法正确的是(

BD

)A．质量相同B．密度相同C．第一宇宙速度大小之比为2∶1D．同步卫星距星球表面的高度之比为1∶2BD

9．(2025·黑龙江模拟预测)某手机实现了手机卫星通信，只要有卫星信号覆盖的地方，就可以实现通话。如图所示，三颗赤道上空的通信卫星就能实现环赤道全球通信，已知三颗卫星的离地高度均为h，地球的半径为R，地球同步卫星的离地高度为6R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，下列说法正确的是(

B

)B

10．(多选)(2024·河北卷)2024年3月20日，鹊桥二号中继星成功发射升空，为嫦娥六号在月球背面的探月任务提供地月间中继通信。鹊桥二号采用周期为24

h的环月椭圆冻结轨道(如图)，近月点A距月心约为2.0×103

km，远月点B距月心约为1.8×104

km，CD为椭圆轨道的短轴，下列说法正确的是(

BD

)A．鹊桥二号从C经B到D的运动时间为12

hB．鹊桥二号在A、B两点的加速度大小之比约为81∶1C．鹊桥二号在C、D两点的速度方向垂直于其与月心的连线D．鹊桥二号在地球表面附近的发射速度大于7.9

km/s且小于11.2

km/sBD

11．(2023·湖南卷)根据宇宙大爆炸理论，密度较大区域的物质在万有引力作用下，不断聚集可能形成恒星。恒星最终的归宿与其质量有关，如果质量为太阳质量的1～8倍将坍缩成白矮星，质量为太阳质量的10～20倍将坍缩成中子星，质量更大的恒星将坍缩成黑洞。设恒星坍缩前后可看成质量均匀分布的球体，质量不变，体积缩小，自转变快。不考虑恒星与其他物体的相互作用。已知逃逸速度为第一宇宙速度的倍，中子星密度大于白矮星。根据万有引力理论，下列说法正确的是(

B

)A．同一恒星表面任意位置的重力加速度相同B．恒星坍缩后表面两极处的重力加速度比坍缩前的大C．恒星坍缩前后的第一宇宙速度不变D．中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度B

A．该行星表面的重力加速度大小为4

m/s2B．该行星的第一宇宙速度为7.9

km/sC．

“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为80

m/s2D．

“背罩分离”后