高中物理复习5-2第2讲人造卫星宇宙速度课件

第2讲人造卫星宇宙速度课

程

标

准素

养

目

标知道第二宇宙速度和第三宇宙速度，会计算人造卫星的环绕速度(第一宇宙速度)．物理观念：理解三种宇宙速度，并会求解第一宇宙速度的大小．科学思维：(1)会比较卫星运行的各物理量之间的关系．(2)会处理人造卫星的变轨和对接问题．考点一考点一宇宙速度【必备知识·自主落实】1．宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度)v1＝________km/s，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是人造地球卫星的________发射速度第二宇宙速度(逃逸速度)v2＝11.2km/s，是物体挣脱________引力束缚的最小发射速度第三宇宙速度v3＝16.7km/s，是物体挣脱________引力束缚的最小发射速度7.9最小地球太阳2.宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v发＝7.9km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动．(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，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆．(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．【关键能力·思维进阶】1．如图所示为我国在2023年年底发射的巡天望远镜．巡天望远镜与空间站在相同轨道上近距离共轨飞行，必要时能与空间站进行对接并保养维护．则巡天望远镜(

)A．发射速度为第二宇宙速度B．运行速度大于第一宇宙速度C．运行时离地面高度与空间站相等D．可以通过加速追上共轨的空间站实现对接答案：C解析：巡天望远镜没有脱离地球的引力，所以发射速度小于第二宇宙速度，故A错误；任何卫星的运行速度都不大于第一宇宙速度，故B错误；巡天望远镜与空间站在相同轨道上近距离共轨飞行，所以运行时离地面高度与空间站相等，故C正确；巡天望远镜如果在同一轨道加速，则做离心运动，会到更高的轨道，无法与空间站对接，故D错误．故选C.

答案：C

3．天问一号从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号(

)A．发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间B．从P点转移到Q点的时间小于6个月C．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小D．在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度答案：C

考点二考点二卫星运行参量的分析【必备知识·自主落实】1．天体(卫星)运行问题分析将天体或卫星的运动看成________运动，其所需向心力由________提供．匀速圆周万有引力2．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)静止卫星轨道平面与________共面，且与地球自转的方向相同．赤道平面【关键能力·思维进阶】1．物理量随轨道半径变化的规律2．地球静止卫星的特点：六个“一定”考向1卫星运行参量与轨道半径的关系例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(

)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答案：C

例2(多选)[2023·海南卷]如图所示，1、2轨道分别是天宫二号飞船在变轨前、后的轨道，下列说法正确的是(

)A．飞船从1轨道变到2轨道要点火加速B．飞船在1轨道的周期大于2轨道的C．飞船在1轨道的速度大于2轨道的D．飞船在1轨道的加速度大于2轨道的答案：ACD解析：卫星从低轨道向高轨道变轨时，需要点火加速，A对；由“高轨低速大周期”的卫星运动规律可知，飞船在1轨道上的线速度、角速度、向心加速度均大于在2轨道上的，周期小于在2轨道上的，B错，C、D对．考向2地球静止卫星例3我国北斗卫星导航系统第41颗和第49颗卫星已完成在轨测试、入网评估等工作，并正式入网工作．第41颗卫星为地球静止卫星，第49颗卫星为倾斜地球同步轨道卫星，它们的轨道半径约为4.2×107m，运行周期都等于地球的自转周期24h.倾斜地球同步轨道平面与地球赤道平面成一定夹角，如图所示．已知万有引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，下列说法中正确的是(

)A．地球静止卫星可能经过北京上空B．根据题目数据可估算出地球的质量C．倾斜地球同步轨道卫星的运行速度大于第一宇宙速度D．倾斜地球同步轨道卫星一天经过赤道上同一位置一次答案：B

答案：B

考点三考点三卫星的变轨和对接问题【关键能力·思维进阶】1．三种运行情况

考向1卫星变轨问题中各物理量的比较例5[2024·山东泰安高三统考]北京时间2023年2月23日19时49分，我国首颗超百Gbps容量的高通量卫星——中星26号搭乘长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心起飞，随后卫星进入预定轨道，发射任务取得圆满成功．该卫星预计定点于东经125°，配置Ka频段载荷，主要覆盖我国全境及周边地区．假设该卫星发射后先绕地球表面做匀速圆周运动，之后通过转移轨道Ⅰ进入离地较远的圆轨道，在圆轨道上绕行一段时间后，再通过地球同步转移轨道Ⅱ转移到目标轨道，同时定点于东经125°，下列说法正确的是(

)A．卫星在转移轨道Ⅰ远地点的加速度小于转移轨道Ⅱ近地点的加速度B．卫星整个运动过程中，引力势能的增加量小于动能的减少量C．该卫星在不同圆轨道上与地心的连线在相同时间内扫过的面积相同D．卫星整个运动过程中，速度的最大值大于第一宇宙速度答案：D

例62021年1月，“天通一号”03星发射成功．发射过程简化为如图所示：火箭先把卫星送上轨道1(椭圆轨道，P、Q是远地点和近地点)后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道2(圆轨道)；卫星最后变轨到轨道3(同步圆轨道)．轨道1、2相切于P点，轨道2、3相交于M、N两点．忽略卫星质量变化，下列说法正确的是(

)A．卫星在三个轨道上的周期T3>T2>T1B．卫星在三个轨道上的机械能E3＝E2>E1C．由轨道1变至轨道2，卫星在P点向前喷气D．轨道1在Q点的线速度小于轨道3的线速度答案：B

考向2飞船对接问题例7[2024·辽宁葫芦岛一模]2022年11月12日10时03分，天舟五号与空间站天和核心舱成功对接，此次发射任务从点火发射到完成交会对接，全程仅用2个小时，创世界最快交会对接纪录，标志着我国航天交会对接技术取得了新突破．在交会对接的最后阶段，天舟五号与空间站处于同一轨道上同向运动，两者的运行轨道均视为圆周．要使天舟五号在同一轨道上追上空间站实现对接，天舟五号喷射燃气的方向可能正确的是(

)

答案：A

典例1长篇科幻小说《三体》中设想构建太空电梯，与生活中的普通电梯十分相似．只需要在地球同步轨道上建造一个空间站，并用某种足够长且足够结实的“绳索”将其与地面相连