高考物理一轮复习-第四章-第5讲-宇宙速度与人造卫星

第5讲宇宙速度与人造卫星一、宇宙速度1．环绕速度(1)第一宇宙速度又叫环绕速度，其数值为

km/s。(2)第一宇宙速度是人造卫星在

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最小的

速度，也是人造卫星的最大

速度。7.9地面发射环绕2．第二宇宙速度：使物体挣脱

引力束缚的最小发射速度，其数值为

km/s。3．第三宇宙速度：使物体挣脱

引力束缚的最小发射速度，其数值为

km/s。地球11.2太阳16.7二、地球卫星1．卫星的轨道(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种。(2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星。(3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道。所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心。赤道平面相同24h相同3．极地卫星和近地卫星(1)极地卫星运行时每圈都经过

，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

，其运行线速度约为

km/s。南北两极地球的半径7.9命题点一对宇宙速度的理解及应用

自主探究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，卫星绕太阳做椭圆轨道运动。(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。1．(多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(

)A．第一宇宙速度v1＝7.9km/s，第二宇宙速度v2＝11.2km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C．第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度D．第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度CD2．(2021·福建南平高三模拟)一航天员在某星球上立定跳高的最好成绩是地球上的4倍。已知该星球半径为地球的一半，阻力不计，则该星球的第一宇宙速度约为(

)A．2.0km/s

B．2.8km/sC．4.0km/s D．5.9km/sB1．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律命题点二卫星运行参数分析

师生互动2．同步卫星的六个“一定”卫星运行参量的比较[典例1]

(2020·广东湛江高三下学期线上训练二)2019年9月19日，中国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭，采取一箭五星的方式成功将“珠海一号”03组卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道，五颗卫星围绕地球做匀速圆周运动。关于这五颗卫星，下列说法正确的是(

)A．轨道半径最大的卫星，动能最大B．轨道半径最大的卫星，角速度最小C．轨道半径最大的卫星，加速度最大D．轨道半径最大的卫星，线速度最大B同步卫星的特点[典例2]

(多选)(2021·四川省宜宾一诊)2020年3月9日，我国在西昌卫星发射中心成功发射北斗系统第54颗导航卫星，北斗导航工程实现2020年“开门红”。北斗卫星导航系统由地球同步静止轨道卫星、与同步静止轨道卫星具有相同周期的地球同步倾斜轨道卫星以及比它们轨道低一些的中轨道卫星组成。它们均为圆轨道卫星，轨道分布情况如图所示，则(

)A．同步静止轨道卫星的周期为24小时，它可以定位在北京上空B．同步静止轨道卫星的运行速度一定小于7.9km/sC．同步静止轨道卫星和同步倾斜轨道卫星一定具有相同的轨道高度D．中轨道卫星的运行速度比同步静止轨道卫星的运行速度更小一些BC赤道上的物体与卫星运行参量的分析与计算[典例3]

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在地球的近地圆轨道上正常运行；c是地球同步卫星；d是高空探测卫星。各卫星排列位置如图，则下列说法正确的是(

)A．a的向心加速度大于b的向心加速度B．四颗卫星的速度大小关系是va＞vb＞vc＞vdC．在相同时间内d转过的弧长最长D．d的运动周期可能是30hD3．(2021·四川德阳质检)甲是运行在赤道上空距地面高度约为5.6R(R为地球半径)的地球同步卫星，乙是运行在距地面高度约为2.3R的圆形轨道上的卫星。设甲、乙两颗卫星的加速度分别为a1、a2，固定在赤道附近地面上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为(

)A．a1>a2>a3

B．a3>a1>a2C．a3>a2>a1 D．a2>a1>a3D4．(2021·北京房山区高三上学期期末)如图所示，北斗卫星导航系统由5颗静止轨道同步卫星、27颗中地球轨道卫星(离地高度约21000km)及其他轨道卫星共35颗卫星组成，则

(

)A．静止轨道卫星指相对地表静止的卫星，可定位在北京正上空B．中地球轨道卫星比同步卫星运行速度更快C．中地球轨道卫星周期大于24小时D．静止轨道卫星的发射速度小于第一宇宙速度B解析：静止轨道卫星相对于地球是静止的，其轨道只能在赤道上方，故不可能定位在北京的上空，故A错误；卫星绕地球做圆周运动，轨道半径越大，其运行速度越小，中地球轨道卫星比同步卫星离地心更近，故中地球轨道卫星比同步卫星速度更快，故B正确；卫星的轨道半径越大，周期越大，所以中地球轨道卫星的运行周期小于地球同步卫星运行周期，小于24小时，故C错误；第一宇宙速度7.9km/s是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，是卫星发射的最小速度，静止轨道卫星的发射速度大于第一宇宙速度，故D错误。C1．变轨原理及过程(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上，如图所示。(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。命题点三卫星变轨与追及问题

自主探究2．常见变轨过程“四分析”(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为vA、vB。在A点加速，则vA>v1，在B点加速，则v3>vB，又因v1>v3，故有vA>v1>v3>vB。(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。B

BD解析：卫星b绕地球做匀速圆周运动，7.9km/s是指在地球上发射的物体绕地球做圆周运动所需的最小发射速度，11.2km/s是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，所以发射卫星b时速度大于7.9km/s，而小于11．2km/s，故A错误；让卫星加速，所需的向心力增大，由于万有引力小于所需的向心力，卫星会做离心运动，离开原轨道向高轨道运行，所以a通过调节可以与b实现对接，而c不能与b实现对接，故B正确，C错误；

卫星变轨的实质规律总结

模型一双星模型1．特点：如图所示，绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统。命题点四双星、多星模型

师生互动[典例4]

(多选)(2018·高考全国卷Ⅰ)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星(

)A．质量之积 B．质量之和C．速率之和

D．各自的自转角速度BC[典例5]

(多选)空中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用。已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式(如图)：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行。设这三颗星的质量均为M，并设两种系统的运动周期相同，则(

)BC8.(2021·