《2021届高考物理核心考点知识归纳、典例剖析与同步练习：人造卫星宇宙航行（解析版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021届高考物理核心考点知识归纳、典例剖析与同步练习：人造卫星宇宙航行（解析版）（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2021届高考物理核心知识点拨与典例剖析：人造卫星 宇宙航行重点归纳一、天体问题的处理方法1建立一种模型：天体的运动可抽象为一个质点绕另一个质点做匀速圆周运动的模型2抓住两条思路天体问题实际上是万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周运动规律的综合应用，解决问题的基本思路有两条：（1）利用在天体中心体表面或附近，万有引力近似等于重力，即（g为天体表面的重力加速度）；（2）利用万有引力提供向心力。由此得到一个基本的方程Grma二、人造卫星1人造卫星将物体以水平速度从某一高度抛出，当速度增加时，水平射程增大，速度增大到某一值时，物体就会绕地球做圆周运动，则此物体就成为地球的卫星，人造地球卫星的向心力是
2、由地球对卫星的万有引力来充当的(1)人造卫星的分类：卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类(2)人造卫星的两个速度：发射速度：将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度环绕速度：卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动所具有的速度由于发射过程中要克服地球的引力做功，所以发射速度越大，卫星离地面越高，实际绕地球运行的速度越小向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难得多2卫星的轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律卫星绕地球沿圆轨道运动
3、时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度，如图所示3三种特殊卫星（1）近地卫星：沿半径约为地球半径的轨道运行的地球卫星，其发射速度与环绕速度相等，均等于第一宇宙速度.（2）同步卫星：运行时相对地面静止，T24 h.同步卫星只有一条运行轨道，它一定位于赤道正上方，且距离地面高度h3.6104 km，运行时的速率v3.1 km/s.（3）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4卫星系统中的超重和失重（1
4、）卫星进入轨道前的加速过程，卫星内的物体处于超重状态.（2）卫星进入圆形轨道正常运行时，卫星内的物体处于完全失重状态.（3）在回收卫星的过程中，卫星内的物体处于失重状态.三、卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系四、三种宇宙速度1第一宇宙速度(环绕速度)v17.9km/s，人造卫星的最小发射速度，人造卫星的最大环绕速度；2第二宇宙速度(脱离速度)v211.2 km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度；3第三宇宙速度(逃逸速度)v316.7 km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.五、能量问题及变轨道问题只在万有引力作用下卫星绕中心天体转动，机械能守恒.这里的机械能包括卫星的动
5、能、卫星(与中心天体)的引力势能.离中心星体近时速度大，离中心星体远时速度小.如果存在阻力或开动发动机等情况，机械能将发生变化，引起卫星变轨问题.发射人造卫星时，先将人造卫星发射至近地的圆周轨道上运动，然后经再次启动发动机使卫星改在椭圆轨道上运动，最后定点在一定高度的圆周轨道上运动.举一反三【例1】已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响.（1）推导第一宇宙速度v1的表达式；（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面的高度为h，求卫星的运行周期T.解析：(1)设卫星的质量为m，地球的质量为M，地球表面附近满足Gmg，解得GMR2g卫星做圆周运动的向心力等于它受到的
6、万有引力mG式代入式，得到v1(2)考虑式，卫星受到的万有引力为FG由牛顿第二定律F(Rh)式联立解得T【练习1】如图所示，A是地球同步卫星，另一个卫星B的圆轨道位于赤道平面内，距离地面高度为h。已知地球半径为R，地球自转角速度为0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心。(1)卫星B的运行周期是多少？(2)如果卫星B的绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，求至少再经过多长时间，它们再一次相距最近？答案：(1)2(2)解析：(1)由万有引力定律和向心力公式得Gm(Rh)Gmg联立解得TB2(2)由题意得(B0)t2由得B代入得t【例2】我国发射的“神
7、舟”五号载人宇宙飞船的周期约为90 min，如果把它绕地球的运动看做是匀速圆周运动，飞船的运动和人造地球同步卫星的运动相比，假设它们质量相等，下列判断正确的是( )A飞船受到的向心力大于同步卫星受到的向心力B飞船的速度小于同步卫星的速度C飞船的轨道半径大于同步卫星的轨道半径D发射飞船过程需要的能量小于发射同步卫星过程需要的能量解析：同步卫星的运转周期为24 h，飞船的周期约为90 min.由F向M1T (设地球质量为M2)那么T2G、M都一定，那么T就和R有关，T相对大的，R相对大，那么同步卫星的R大.由F向那么R越大F向越小.根据万有引力定律G得v，Ekmv2可见轨道半径小的，线速度大，动能
8、大.【练习2】2014年3月8日凌晨，马来西亚航空公司MH370航班起飞后与地面失去联系，机上有154名中国人我国在事故发生后启动应急机制，紧急调动海洋、风云、高分、遥感等4个型号，近10顆卫星为搜救行动提供技术支持假设“高分一号”卫星、同步卫星和月球绕地球都做匀速圆周运动，它们在空间的位置示意图如图所示下列有关“高分一号”卫星的说法正确的是（）A其发射速度可能小于7.9km/sB绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度小C绕地球运行的周期比同步卫星绕地球运行的周期小D在运行轨道上全失重，重力加速度为0答案 C【例3】据报道，中国将在2019年发射“珞珈一号”02星。如图所示，设“珞珈一号”
9、在半径为R的圆周轨道上运行，经过时间t，转过的角度为。已知引力常量为G。下列说法正确的是()A“珞珈一号”内的物体处于平衡状态B“珞珈一号”的运行周期为tC“珞珈一号”的发射速度大于7.9 km/sD可算出地球质量为解析：人造地球卫星内的物体处于完全失重状态，选项A错误；地球的第一宇宙速度为近地卫星的速度7.9 km/s，发射“珞珈一号”的速度一定大于第一宇宙速度7.9 km/s，选项C正确；根据，可得Tt，选项B正确；根据Gm，v，解得M，选项D正确。答案：BCD【练习3】“嫦娥之父”欧阳自远预计我国将在2020年实现火星的着陆巡视，在2030年实现火星的采样返回。已知地球的质量约为火星质量
10、的N倍，地球的半径约为火星半径的K倍，则下列说法正确的是()A地球的密度是火星的倍B地球表面的重力加速度是火星表面的倍C地球的第一宇宙速度是火星的 倍D地球同步卫星的运行速度是火星的倍解析：星球密度，则有3，故A错误，根据mg，得g，则有2，故B正确；当卫星的轨道半径等于星球半径时，卫星运行的速度即为第一宇宙速度，根据m，得v ，则有 ，故C正确；因不知道同步卫星的轨道半径之比，故无法求出两同步卫星的运动速度的关系，故D错误。答案：BC【练习4】“探月热”方兴未艾，2010年10月1日下午18时59分57秒，中国探月二期工程先导星“嫦娥二号”在西昌点火升空，准确入轨，赴月球拍摄月球表面影象、获
11、取极区表面数据，为“嫦娥三号”在月球软着陆做准备。已知月球质量为M，半径为R，引力常量为G。则下列说法正确的是（ ）A月球表面的重力加速度为B在月球上发射一颗绕月球运行的卫星的最小发射速度为C在月球上发射一颗绕月球圆形轨道运行的卫星的最大运行速度为D在月球上发射一颗绕月球圆形轨道运行的卫星的最大周期为答案：C【例4】发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是（）A卫星在轨道1上的速率大于在轨道3上的速率B
12、卫星在轨道1上的周期大于在轨道3上周期C卫星在椭圆轨道2上的近地点Q的速度一定大于7.9km/s，而在远地点P的速度一定小于7.9km/sD卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度答案 AC【练习5】如图所示为环绕地球运行的卫星1和卫星2的轨迹图，两卫星轨道在同一平面内，卫星1做圆周运动，卫星2做椭圆运动，卫星1所在轨道的直径和卫星2所在轨道的长轴相等，卫星2在远地点离地心的距离是卫星1所在轨道半径的k倍，A、B为两轨道的交点，某时刻两卫星与地球在同一直线上，位置如图所示，此时卫星2向着A点运动，则()A卫星2在远地点的加速度大小是卫星1的加速度大小的B卫星2在远地点
13、的加速度大小是卫星1的加速度大小的C卫星2可在A点加速，且调整速度方向可变轨到卫星1所在的轨道D卫星2运动到近地点时，卫星2、卫星1和地球必在同一直线上解析：由Gma得aG，因此卫星2在远地点的加速度大小是卫星1的加速度大小的，选项A错误，B正确；根据开普勒第三定律可知，两卫星的运行周期相等，卫星2由远地点运动到近地点转过半个周期，卫星1也转过半个周期，此时两卫星与地球仍在一条直线上，选项D正确；卫星2从图示位置运动到A点时，若不调整速度，则卫星2做近心运动，因此增大速度，并调整其速度方向到卫星1所在轨道的切向方向，卫星2可变轨到卫星1所在的轨道，选项C正确。答案：BCD【练习6】如图，“嫦娥
14、三号”卫星要经过一系列的调控和变轨，才能最终顺利降落在月球表面。它先在地月转移轨道的P点调整后进入环月圆形轨道1，进一步调整后进入环月椭圆轨道2有关“嫦娥三号”下列说法正确的是（ ）A在地球上的发射速度一定大于第二宇宙速度B在P点由轨道1进入轨道2需要减速C在轨道2经过P点时速度大于Q点速度D分别由轨道1与轨道2经P点时，向心加速度相同答案：BD【例5】地球赤道上有一物体随地球自转而做圆周运动，所受到的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)所受到的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为2；地球同步卫星所受到的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为3；地球表面的重力加速度为g，第一宇宙速度为v，假设三者质量相等，则( )AF1F2F3 Ba1a2ga3 Cv1v2vv3 D132解析：放在地面上的物体随地球自转的向心加速度是地球对物体的引力和地面支持力的合力提供.而环绕地球运行的向心加速度完全由地球对其的引力提供.对应的计算方法也不同.设地球自转的角速度为，R为地球的半径，物体在赤道上随地球自转和地球同步卫星相比角速度13；线速度v1Rv3(Rh)；向心力F1mR2F3m(Rh)2；向心加速度a12
