《2020版物理新增分大一轮新高考讲义---第四章 曲线运动 万有引力与航天 专题强化五》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版物理新增分大一轮新高考讲义---第四章 曲线运动 万有引力与航天 专题强化五（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2020版物理新增分大一轮新高考讲义专题强化五天体运动的“三类热点”问题专题解读 1.本专题是万有引力定律在天体运行中的特殊运用，同步卫星是与地球表面相对静止的卫星；而双星或多星模型有可能没有中心天体，近年来常以选择题形式在高考题中出现2学好本专题有助于学生更加灵活地应用万有引力定律，加深对力和运动关系的理解3需要用到的知识：牛顿第二定律、万有引力定律、圆周运动规律等一、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自测1(多
2、选)可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道()A与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆B与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆C与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的答案CD解析人造地球卫星运行时，由于地球对卫星的引力提供它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造地球卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上(除地心外)的某一点，故A错误；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以B错误；相对地球表面静止的卫星就
3、是地球的同步卫星，它必须在赤道平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们公转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动，C、D正确二、地球同步卫星的特点相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星同步卫星有以下“七个一定”的特点：(1)轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面(2)周期一定：与地球自转周期相同，即T24 h.(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同(4)高度一定：由Gm(Rh)得地球同步卫星离地面的高度hR3.6107 m.(5)速率一定：v3.1103 m/s.(6)向心加速度一定：由Gm
4、an得angh0.23 m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度(7)绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致自测2(2018河南省鹤壁市第二次段考)已知某行星半径为R，以第一宇宙速度围绕该行星运行的卫星的绕行周期为T，围绕该行星运动的同步卫星运行速率为v，则该行星的自转周期为()A. B. C. D.答案A解析设同步卫星距地面的高度为h，则m，以第一宇宙速度运行的卫星的轨道半径为R，m2R，联立解得hR，行星的自转周期等于同步卫星运转周期T，A选项正确，B、C、D选项错误三、卫星变轨1当卫星的速度突然增大时，Gm，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道
5、，轨道半径变小当卫星进入新的轨道稳定运行时，由v可知其运行速度比原轨道运行时的大，但重力势能、机械能均减小自测3(2018安徽省江南十校冲刺联考)现对于发射地球同步卫星的过程分析，如图1所示，卫星首先进入椭圆轨道，P点是轨道上的近地点，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道，则()图1A卫星在同步轨道上的运行速度大于第一宇宙速度7.9 km/sB该卫星的发射速度必定大于第二宇宙速度11.2 km/sC在轨道上，卫星在P点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/sD在轨道上，卫星在Q点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/s答案C解析第一宇宙速度是卫星在近地轨道运行的线速度，根据Gm可知v
6、，故轨道半径越大，线速度越小，所以同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度，A错误；该卫星为地球的卫星，所以发射速度小于第二宇宙速度，B错误；P点为近地轨道上的一点，但要从近地轨道变轨到轨道，则需要在P点加速，所以卫星在P点的速度大于第一宇宙速度，C正确；在Q点要从轨道变轨到轨道，则需要在Q点加速，即卫星在轨道上经过Q点的速度大于在轨道上经过Q点的速度，而轨道上的速度小于第一宇宙速度，故卫星在轨道上经过Q点时的速度小于第一宇宙速度，D错误命题点一近地卫星、同步卫星和赤道上物体的运行问题1解决同步卫星问题的“四点”注意(1)基本关系：要抓住Gmammr2mr.(2)重要手段：构建物理模型，绘制草图辅助
7、分析(3)物理规律：不快不慢：具有特定的运行线速度、角速度和周期不高不低：具有特定的位置高度和轨道半径不偏不倚：同步卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上，只能静止在赤道上方的特定的点上(4)重要条件：地球的公转周期为1年，其自转周期为1天(24小时)，地球半径约为6.4103 km，地球表面重力加速度g约为9.8 m/s2.月球的公转周期约27.3天，在一般估算中常取27天人造地球卫星的运行半径最小为r6.4103 km，运行周期最小为T84.8 min，运行速度最大为v7.9 km/s.2两个向心加速度卫星绕地球运行的向心加速度物体随地球自转的向心加速度产生原因由万有引力产生由万有引力的
8、一个分力(另一分力为重力)产生方向指向地心垂直且指向地轴大小a(地面附近a近似等于g)ar2，r为地面上某点到地轴的距离，为地球自转的角速度特点随卫星到地心的距离的增大而减小从赤道到两极逐渐减小3.两种周期(1)自转周期是天体绕自身某轴线转动一周所需的时间，取决于天体自身转动的快慢(2)公转周期是运行天体绕中心天体做圆周运动一周所需的时间，T2，取决于中心天体的质量和运行天体到中心天体的距离例1(2019江西省鹰潭市模拟)有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，b在地面附近近地轨道上正常运行，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星的运动
9、均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图2所示，则下列关于卫星的说法中正确的是()图2Aa的向心加速度等于重力加速度gBc在4 h内转过的圆心角为Cb在相同的时间内转过的弧长最长Dd的运动周期可能是23 h答案C解析同步卫星的运行周期与地球自转周期相同，角速度相同，则a和c的角速度相同，根据a2r知，c的向心加速度大，由ma知，c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度约为g，故a的向心加速度小于重力加速度g，选项A错误；由于c为同步卫星，所以c的周期为24 h，因此4 h内转过的圆心角为，选项B错误；由四颗卫星的运行情况可知，b运行的线速度是最大的，所以其在相同的时间内转过的弧长最长，
10、选项C正确；d的运行周期比c要长，所以其周期应大于24 h，选项D错误变式1如图3所示，1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星“东方红一号”，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2 060 km；1984年4月8日成功发射的“东方红二号”卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上设“东方红一号”在远地点的加速度为a1，“东方红二号”的加速度为a2，固定在地球赤道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()图3Aa2a1a3 Ba3a2a1Ca3a1a2 Da1a2a3答案D解析由于“东方红二号”卫星是同步卫星，则其
11、角速度和赤道上的物体角速度相等，根据a2r，r2r3，则a2a3；由万有引力定律和牛顿第二定律得，Gma，由题目中数据可以得出，r1r2，则a2a2a3，选项D正确变式2(2019福建省南平市第一次质检)如图4所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，a和b的轨道半径相同，且均为c的k倍，已知地球自转周期为T.则()图4A卫星b也是地球同步卫星B卫星a的向心加速度是卫星c的向心加速度的k2倍C卫星c的周期为TDa、b、c三颗卫星的运行速度大小关系为vavbvc答案C解析卫星b相对地球不能保持静止，故不是地球同步卫星，A错误；根据公式Gma可得a，即，B错误；根据开普勒第三定律可得TTaT，C正确；根据公式Gm可得v ，故vavbv1，在B点加速，则v3vB，又因v1v3，故有vAv1v3vB.(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道还是轨道上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同(3)周期：设卫星在、轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律k可知T1T2T3.(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒若卫星在、轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1E2 T TB飞船在轨道上的机械能大于在轨道上的机械能
