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备战2025届新高考物理一轮总复习第5章万有引力与航天第2讲天体运动与人造卫星课件
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这是一份备战2025届新高考物理一轮总复习第5章万有引力与航天第2讲天体运动与人造卫星课件，共29页。PPT课件主要包含了匀速圆周，万有引力，Gm0gR2，赤道平面，地球表面，考点二宇宙速度等内容，欢迎下载使用。
考点一 天体(卫星)运行参量分析
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。 2.物理量随轨道半径变化的规律
3.“黄金代换式”的应用忽略中心天体自转影响,则有 ,整理可得 。在引力常量G和中心天体质量m0未知时,可用gR2替换Gm0。
4.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。
(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①轨道平面与 共面,且与地球自转的方向相同。 ②周期与地球自转周期相等,T= 。 ③高度固定不变,h=3.6×107 m。④运行速率约为v=3.1 km/s。
(3)近地卫星:轨道在 附近的卫星,其轨道半径r=R(地球半径),运行速度等于第一宇宙速度v=7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度), T=85 min(人造地球卫星的最小周期)。 注意:近地卫星可能为极地轨道卫星,也可能为赤道轨道卫星。
1.万有引力公式中r指轨道半径,是卫星到中心天体球心的距离,R通常指中心天体的半径,有r=R+h。2.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中和r有关。
典题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( )
考向二 同步卫星典题3 随着北斗系统全面建成开通,北斗产业发展被列入国家“十四五”规划重点项目,北斗系统开启了全球化、产业化新征程。北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。如图所示,地球静止轨道卫星A与倾斜地球同步轨道卫星B距地面高度均约为36 000 km,中圆轨道卫星C距地面高度约为21 500 km。下列说法正确的是( )
A.A与B运行的周期一定不同B.A与B受到的向心力大小一定相同C.B比C运行的角速度小D.B比C运行的线速度大
第一宇宙速度又叫作环绕速度, 第二宇宙速度又叫作逃逸速度。理论分析表明, 逃逸速度 。由此可知, 天体的质量m越大, 半径R越小, 逃逸速度也就越大, 也就是说, 其表面的物体就越不容易脱离它的束缚。那么会不会有质量更大、 半径更小, 逃逸速度更大, 以3×108 m/s的速度传播的光都不能逃逸的天体? 如果宇宙中真的存在这种天体, 即使它确实在发光, 光也不能进入太空, 我们也根本看不到它。这种天体称为黑洞。想一想: 黑洞的显著特点是什么?
提示 第二宇宙速度大于光速。
典题4 (2023辽宁盘锦模拟)三个宇宙速度的示意图如图所示,则( )
A.嫦娥一号卫星的无动力发射速度需要大于16.7 km/sB.太阳系外飞行器的无动力发射速度只需要大于11.2 km/sC.天宫空间站的飞行速度大于7.9 km/sD.三个宇宙速度对哈雷彗星(绕太阳运动)不适用
解析 嫦娥一号绕月球运行,但仍没有脱离太阳系,无动力发射速度需要小于16.7 km/s,A错误;太阳系外飞行器的无动力发射速度需要大于16.7 km/s, B错误;天宫空间站绕地球做近似圆周运动,运动速度小于7.9 km/s,C错误;三个宇宙速度对应的中心天体均是地球,不适用于哈雷彗星,D正确。
典题5 (2023广东广州联考)我国天问一号着陆器顺利降落在火星乌托邦平原,实现了我国首次火星环绕、着陆、巡视探测三大目标。已知火星与太阳的距离是地球与太阳距离的1.5倍,火星半径是地球半径的 ,火星质量是地球质量的 ,火星与地球均视为质量均匀的球体,它们的公转轨道近似为圆轨道,下列说法正确的是( )A.天问一号的发射速度小于地球的第二宇宙速度B.天问一号着陆器在火星上受到的重力约为在地球上受到重力的C.火星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的D.火星公转的加速度约为地球公转加速度的
考点三 同步卫星、近地卫星和赤道上的物体比较
1.近地卫星、同步卫星与地球赤道上物体的比较如图所示,a为近地卫星,半径为r1;b为地球同步卫星,半径为r2;c为赤道上随地球自转的物体,半径为r3。
2.各运行参量比较的两条思路(1)绕地球运行的不同高度的卫星各运行参量大小的比较,可应用 ,选取适当的关系式进行比较。(2)赤道上的物体的运行参量与其他卫星运行参量大小的比较,可先将赤道上的物体与同步卫星的运行参量进行比较,再结合(1)中结果得出最终结论。
典题6 (2023全国新课标卷)2023年5月,世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号,携带约5 800 kg的物资进入距离地面约400 km(小于地球同步卫星与地面的距离)的轨道,顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后,这批物资( )A.质量比静止在地面上时小B.所受合力比静止在地面上时小C.所受地球引力比静止在地面上时大D.做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大
典题7 (多选)(2024河南开封模拟)海南文昌卫星发射场靠近赤道,主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测航天器等航天发射任务。静止在海南文昌卫星发射场发射塔上待发射的卫星b,其随地球自转的速率为v1,向心加速度为a1。在赤道平面上正常运行的近地资源卫星c、同步通信卫星d,做圆周运动的速率分别为v2、v3,向心加速度分别为a2、a3,则( )A.v2>v3>v1B.v1>v2>v3C.a3>a2>a1D.a2>a3>a1
考点一 天体(卫星)运行参量分析
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。 2.物理量随轨道半径变化的规律
3.“黄金代换式”的应用忽略中心天体自转影响,则有 ,整理可得 。在引力常量G和中心天体质量m0未知时,可用gR2替换Gm0。
4.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。
(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①轨道平面与 共面,且与地球自转的方向相同。 ②周期与地球自转周期相等,T= 。 ③高度固定不变,h=3.6×107 m。④运行速率约为v=3.1 km/s。
(3)近地卫星:轨道在 附近的卫星,其轨道半径r=R(地球半径),运行速度等于第一宇宙速度v=7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度), T=85 min(人造地球卫星的最小周期)。 注意:近地卫星可能为极地轨道卫星,也可能为赤道轨道卫星。
1.万有引力公式中r指轨道半径,是卫星到中心天体球心的距离,R通常指中心天体的半径,有r=R+h。2.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中和r有关。
典题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( )
考向二 同步卫星典题3 随着北斗系统全面建成开通,北斗产业发展被列入国家“十四五”规划重点项目,北斗系统开启了全球化、产业化新征程。北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。如图所示,地球静止轨道卫星A与倾斜地球同步轨道卫星B距地面高度均约为36 000 km,中圆轨道卫星C距地面高度约为21 500 km。下列说法正确的是( )
A.A与B运行的周期一定不同B.A与B受到的向心力大小一定相同C.B比C运行的角速度小D.B比C运行的线速度大
第一宇宙速度又叫作环绕速度, 第二宇宙速度又叫作逃逸速度。理论分析表明, 逃逸速度 。由此可知, 天体的质量m越大, 半径R越小, 逃逸速度也就越大, 也就是说, 其表面的物体就越不容易脱离它的束缚。那么会不会有质量更大、 半径更小, 逃逸速度更大, 以3×108 m/s的速度传播的光都不能逃逸的天体? 如果宇宙中真的存在这种天体, 即使它确实在发光, 光也不能进入太空, 我们也根本看不到它。这种天体称为黑洞。想一想: 黑洞的显著特点是什么?
提示 第二宇宙速度大于光速。
典题4 (2023辽宁盘锦模拟)三个宇宙速度的示意图如图所示,则( )
A.嫦娥一号卫星的无动力发射速度需要大于16.7 km/sB.太阳系外飞行器的无动力发射速度只需要大于11.2 km/sC.天宫空间站的飞行速度大于7.9 km/sD.三个宇宙速度对哈雷彗星(绕太阳运动)不适用
解析 嫦娥一号绕月球运行,但仍没有脱离太阳系,无动力发射速度需要小于16.7 km/s,A错误;太阳系外飞行器的无动力发射速度需要大于16.7 km/s, B错误;天宫空间站绕地球做近似圆周运动,运动速度小于7.9 km/s,C错误;三个宇宙速度对应的中心天体均是地球,不适用于哈雷彗星,D正确。
典题5 (2023广东广州联考)我国天问一号着陆器顺利降落在火星乌托邦平原,实现了我国首次火星环绕、着陆、巡视探测三大目标。已知火星与太阳的距离是地球与太阳距离的1.5倍,火星半径是地球半径的 ,火星质量是地球质量的 ,火星与地球均视为质量均匀的球体,它们的公转轨道近似为圆轨道,下列说法正确的是( )A.天问一号的发射速度小于地球的第二宇宙速度B.天问一号着陆器在火星上受到的重力约为在地球上受到重力的C.火星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的D.火星公转的加速度约为地球公转加速度的
考点三 同步卫星、近地卫星和赤道上的物体比较
1.近地卫星、同步卫星与地球赤道上物体的比较如图所示,a为近地卫星,半径为r1;b为地球同步卫星,半径为r2;c为赤道上随地球自转的物体,半径为r3。
2.各运行参量比较的两条思路(1)绕地球运行的不同高度的卫星各运行参量大小的比较,可应用 ,选取适当的关系式进行比较。(2)赤道上的物体的运行参量与其他卫星运行参量大小的比较,可先将赤道上的物体与同步卫星的运行参量进行比较,再结合(1)中结果得出最终结论。
典题6 (2023全国新课标卷)2023年5月,世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号,携带约5 800 kg的物资进入距离地面约400 km(小于地球同步卫星与地面的距离)的轨道,顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后,这批物资( )A.质量比静止在地面上时小B.所受合力比静止在地面上时小C.所受地球引力比静止在地面上时大D.做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大
典题7 (多选)(2024河南开封模拟)海南文昌卫星发射场靠近赤道,主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测航天器等航天发射任务。静止在海南文昌卫星发射场发射塔上待发射的卫星b,其随地球自转的速率为v1,向心加速度为a1。在赤道平面上正常运行的近地资源卫星c、同步通信卫星d,做圆周运动的速率分别为v2、v3,向心加速度分别为a2、a3,则( )A.v2>v3>v1B.v1>v2>v3C.a3>a2>a1D.a2>a3>a1
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