高考物理一轮复习讲义课件第5章 第2讲　人造卫星　宇宙速度（含解析）

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第2讲　人造卫星　宇宙速度
1.会比较卫星运行的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.3.会分析天体的“追及”问题.
考点一　卫星运行参量的分析
考点三　天体的“追及”问题
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
即r越大，v、ω、a越小，T越大.(越高越慢)
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运行速率均为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卫星，也可能为赤道卫星.
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.同一中心天体质量不同的两颗行星，若轨道半径相同，速率不一定相同.(　　)3.近地卫星的周期最小.(　　)4.地球同步卫星根据需要可以定点在北京正上空.(　　)5.极地卫星通过地球两极，且始终和地球某一经线平面重合.(　　)6.不同的同步卫星的质量不一定相同，但离地面的高度是相同的.(　　)
1.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和r有关.
例1　(2020·浙江7月选考·7)火星探测任务“天问一号”的标识如图所示.若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3∶2，则火星与地球绕太阳运动的A.轨道周长之比为2∶3
考向1　卫星运行参量与轨道半径的关系
轨道周长C＝2πr，与半径成正比，故轨道周长之比为3∶2，故A错误；
例2　(多选)(2020·江苏卷·7改编)甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍.下列应用公式进行的推论正确的有
例3　关于地球同步卫星，下列说法错误的是A.它的周期与地球自转周期相同B.它的周期、高度、速度大小都是一定的C.我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空D.我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空
考向2　同步卫星、近地卫星和赤道上物体
地球同步卫星的周期与地球自转周期相同，选项A正确；
我国发射的同步通讯卫星若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的，因此同步卫星必须定点在赤道上空，不可以定点在北京上空，故C错误，D正确.
例4　(多选)如图所示，卫星a没有发射，停放在地球的赤道上随地球自转；卫星b发射成功，在地球赤道上空贴着地表做匀速圆周运动；两卫星的质量相等.认为重力近似等于万有引力.下列说法正确的是A.a、b做匀速圆周运动所需的向心力大小相等B.b做匀速圆周运动的向心加速度等于重力加速度gC.a、b做匀速圆周运动的线速度大小相等，都等于第 一宇宙速度D.a做匀速圆周运动的周期等于地球同步卫星的周期
两卫星的质量相等，到地心的距离相等，所以受到地球的万有引力相等.卫星a在赤道上随地球自转而做圆周运动，万有引力的一部分提供自转的向心力，卫星b在赤道上空贴着地表做匀速圆周运动，万有引力全部用来提供公转的向心力，因此a、b做匀速圆周运动所需的向心力大小不相等，A项错误；对卫星b，重力近似等于万有引力，万有引力全部用来提供向心力，所以向心加速度等于重力加速度g，B项正确；
卫星b在赤道上空贴着地表做匀速圆周运动，其速度就是最大的环绕速度，也是第一宇宙速度，卫星a在赤道上随地球自转而做圆周运动，向心力小于卫星b的向心力，根据牛顿第二定律，卫星a的线速度小于b的线速度，即a的线速度小于第一宇宙速度，C项错误；a在赤道上随地球自转而做圆周运动，自转周期等于地球的自转周期，同步卫星的周期也等于地球的自转周期，所以a做匀速圆周运动的周期等于地球同步卫星的周期，D项正确.
例5　(多选)如图所示，卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行.a是极地轨道卫星，在地球两极上空约1 000 km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与a相等；c是地球同步卫星，则A.a、b的周期比c大B.a、b的向心力大小一定相等C.a、b的线速度大小相等D.a、b的向心加速度比c大
卫星的质量未知，无法比较向心力的大小，故B错误.
例6　(多选)地球同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度大小为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大小为a2，地球的第一宇宙速度为v2，地球半径为R.则下列关系式正确的是
如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为地球同步卫星，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.
同步卫星、近地卫星及赤道上物体的比较
1.地球的第一宇宙速度的大小与地球质量有关.(　　)2.月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s.(　　)3.同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度.(　　)4.若物体的发射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体绕太阳运行.(　　)
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，卫星绕地球表面做匀速圆周运动.(2)7.9 km/s