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2022届新高考一轮复习人教版 第四章 第5讲 宇宙速度与人造卫星 课件（53张）
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这是一份2022届新高考一轮复习人教版 第四章 第5讲 宇宙速度与人造卫星 课件（53张），共53页。PPT课件主要包含了赤道平面，南北两极，地球的半径，答案BC等内容，欢迎下载使用。
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。
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。
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。
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。
2．宇宙速度与运动轨迹的关系
(1)v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动。(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，卫星绕太阳做椭圆轨道运动。(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。
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＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/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7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
2．(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．2.0 km/s B．2.8 km/sC．4.0 km/s D．5.9 km/s
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
同步卫星的特点[典例2] (2019·高考北京卷)2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星( )A．入轨后可以位于北京正上方B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C．发射速度大于第二宇宙速度D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
[解析] 由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定小于第二宇宙速度，故C错误；将卫星发射到越高的轨道克服引力所做的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能量较少，故D正确。
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30 h
3．(2021·上海静安区高三模拟)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>a3
4．(多选)(2021·适应性测试湖南卷)在“嫦娥”五号任务中，有一个重要环节，轨道器和返回器的组合体(简称“甲”)与上升器(简称“乙”)要在环月轨道上实现对接，以使将月壤样品从上升器转移到返回器中，再由返回器带回地球。对接之前，甲、乙分别在各自的轨道上做匀速圆周运动，且甲的轨道半径比乙小，如图所示。为了实现对接，处在低轨的甲要抬高轨道。下列说法正确的是( )A．在甲抬高轨道之前，甲的线速度小于乙B．甲可以通过增大速度来抬高轨道C．在甲抬高轨道的过程中，月球对甲的万有引力逐渐增大D．返回地球后，月壤样品的重力比在月球表面时大
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。
6.(多选)(2021·适应性测试湖北卷)“嫦娥”五号取壤返回地球，完成了中国航天史上的一次壮举。如图所示为“嫦娥”五号着陆地球前部分轨道的简化示意图，其中Ⅰ是月地转移轨道，在P点由轨道Ⅰ变为绕地椭圆轨道Ⅱ，在近地点Q再变为绕地椭圆轨道Ⅲ。下列说法正确的是( )
A．在轨道Ⅱ运行时，“嫦娥”五号在Q点的机械能比在P点的机械能大B．“嫦娥”五号在轨道Ⅱ上运行的周期比在轨道Ⅲ上运行的周期长C．“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的向心加速度大小相等D．“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的速度大小相等
解析：在轨道Ⅱ运行时，只有万有引力做功，机械能守恒，A错误；根据开普勒第三定律可知，半长轴越长，周期越长，轨道Ⅱ对应的半长轴长，所以“嫦娥”五号在轨道Ⅱ上运行的周期比在轨道Ⅲ上运行的周期长，B正确；“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，向心加速度都是由万有引力提供的，所以经过Q点的向心加速度大小相等，C正确；“嫦娥”五号由轨道Ⅱ变向轨道Ⅲ运行时，需要减速才能实现，所以由轨道Ⅱ变向轨道Ⅲ，经Q点的速度要减小，D错误。答案：BC
解析：卫星b绕地球做匀速圆周运动，7.9 km/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，11.2 km/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7.9 km/s，而小于11.2 km/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；b、c在地球的同步轨道上，所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速
规律总结卫星变轨的实质
[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100 s时，它们相距约400 km，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
[典例5] (多选)太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( )
8.(2021·云南昆明一中月考)如图所示，A、B两颗恒星分别绕它们连线上某一点做匀速圆周运动，我们通常称之为“双星系统”，A的质量为B的2倍，忽略其他星球对二者的引力。下列说法正确的是( )A．恒星A的向心加速度是B的一半B．恒星A的线速度是B的2倍C．恒星A的公转周期是B的一半D．恒星A的动能是B的2倍
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。
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。
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。
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。
2．宇宙速度与运动轨迹的关系
(1)v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动。(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，卫星绕太阳做椭圆轨道运动。(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。
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＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/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7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
2．(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．2.0 km/s B．2.8 km/sC．4.0 km/s D．5.9 km/s
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
同步卫星的特点[典例2] (2019·高考北京卷)2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星( )A．入轨后可以位于北京正上方B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C．发射速度大于第二宇宙速度D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
[解析] 由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定小于第二宇宙速度，故C错误；将卫星发射到越高的轨道克服引力所做的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能量较少，故D正确。
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30 h
3．(2021·上海静安区高三模拟)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>a3
4．(多选)(2021·适应性测试湖南卷)在“嫦娥”五号任务中，有一个重要环节，轨道器和返回器的组合体(简称“甲”)与上升器(简称“乙”)要在环月轨道上实现对接，以使将月壤样品从上升器转移到返回器中，再由返回器带回地球。对接之前，甲、乙分别在各自的轨道上做匀速圆周运动，且甲的轨道半径比乙小，如图所示。为了实现对接，处在低轨的甲要抬高轨道。下列说法正确的是( )A．在甲抬高轨道之前，甲的线速度小于乙B．甲可以通过增大速度来抬高轨道C．在甲抬高轨道的过程中，月球对甲的万有引力逐渐增大D．返回地球后，月壤样品的重力比在月球表面时大
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。
6.(多选)(2021·适应性测试湖北卷)“嫦娥”五号取壤返回地球，完成了中国航天史上的一次壮举。如图所示为“嫦娥”五号着陆地球前部分轨道的简化示意图，其中Ⅰ是月地转移轨道，在P点由轨道Ⅰ变为绕地椭圆轨道Ⅱ，在近地点Q再变为绕地椭圆轨道Ⅲ。下列说法正确的是( )
A．在轨道Ⅱ运行时，“嫦娥”五号在Q点的机械能比在P点的机械能大B．“嫦娥”五号在轨道Ⅱ上运行的周期比在轨道Ⅲ上运行的周期长C．“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的向心加速度大小相等D．“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的速度大小相等
解析：在轨道Ⅱ运行时，只有万有引力做功，机械能守恒，A错误；根据开普勒第三定律可知，半长轴越长，周期越长，轨道Ⅱ对应的半长轴长，所以“嫦娥”五号在轨道Ⅱ上运行的周期比在轨道Ⅲ上运行的周期长，B正确；“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，向心加速度都是由万有引力提供的，所以经过Q点的向心加速度大小相等，C正确；“嫦娥”五号由轨道Ⅱ变向轨道Ⅲ运行时，需要减速才能实现，所以由轨道Ⅱ变向轨道Ⅲ，经Q点的速度要减小，D错误。答案：BC
解析：卫星b绕地球做匀速圆周运动，7.9 km/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，11.2 km/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7.9 km/s，而小于11.2 km/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；b、c在地球的同步轨道上，所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速
规律总结卫星变轨的实质
[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100 s时，它们相距约400 km，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
[典例5] (多选)太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( )
8.(2021·云南昆明一中月考)如图所示，A、B两颗恒星分别绕它们连线上某一点做匀速圆周运动，我们通常称之为“双星系统”，A的质量为B的2倍，忽略其他星球对二者的引力。下列说法正确的是( )A．恒星A的向心加速度是B的一半B．恒星A的线速度是B的2倍C．恒星A的公转周期是B的一半D．恒星A的动能是B的2倍
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