《新高考物理一轮复习重难点过关训练专题11 人造卫星 宇宙速度（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习重难点过关训练专题11 人造卫星 宇宙速度（含解析）（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题11 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1天体(卫星)运行问题分析将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供2物理量随轨道半径变化的规律G即r越大，v、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)同步卫星轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同周期与地球自转周期相等，T24
2、h.高度固定不变，h3.6107 m.运行速率均为v3.1 km/s.(3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径rR(地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度)，T85 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rRh.2同一中心天体，各行星v、a、T等物理量只与r有关；不同中心天体，各行星v、a、T等物理量与中心天体质量M和r有关3.同步卫星、近地卫星及赤道上物体的比较如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为地球同步卫
3、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.比较项目近地卫星(r1、1、v1、a1)同步卫星(r2、2、v2、a2)赤道上随地球自转的物体(r3、3、v3、a3)向心力万有引力万有引力万有引力的一个分力轨道半径r2r1r3角速度123线速度v1v2v3向心加速度a1a2a3【典例1】（2022青海海东市第一中学二模）目前，我国处于空间站任务的关键技术验证阶段，将正式进入空间站建造阶段。预计2022年底转入空间站运营阶段，航天员轮换期间将会最多有6名航天员同时在轨。空间站核心舱绕地球运行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的（低于同步卫星轨道高度）。下列说法正确的
4、是（）A核心舱在轨道上运行的速度大于7.9km/sB核心舱在轨道上运行的周期小于24hC核心舱进入轨道后运行的加速度小于月球绕地球运行时的加速度D后续加挂实验舱后，由于空间站质量增大，其轨道半径将变小【答案】B【解析】A核心舱在轨道上运行，根据可得可知第一宇宙速度是最大的环绕速度，因此核心舱在轨道上运行的速度小于7.9km/s，A项错误；B根据可得轨道半径越大，运行周期越大，核心舱的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，故其周期小于24h，B项正确；C根据万有引力定律有得月球离地球更远，故月球绕地球运行的加速度小于核心舱运行的加速度，C项错误；D卫星做圆周运动时万有引力提供向心力，有解得则卫星的环绕
5、速度与卫星的质量无关，所以核心舱的质量增大时，其轨道半径不变，D项错误。故选B。【典例2】（2022辽宁鞍山一中模拟预测）“北斗”卫星导航定位系统由5颗静止轨道卫星（同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星，中轨道卫星的高度约为21500km，同步卫星的高度约为36000km，下列说法中正确的是（）A同步卫星和中轨道卫星的线速度均小于第一宇宙速度B同步卫星的向心加速度大于中轨道卫星的向心加速度C中轨道卫星的角速度小于同步卫星的角速度D赤道上随地球自转物体的向心加速度大于同步卫星的向心加速度【答案】A【解析】A卫星在轨运行时，万有引力提供向心力化简得到第一
6、宇宙速度为最小发射速度，也是近地卫星的线速度。由上式线速度关系可知，轨道半径越大，线速度越小，所以同步卫星和中轨道卫星的线速度均小于第一宇宙速度，A正确；B万有引力提供向心力，则得到所以同步卫星的向心加速度小于中轨道卫星的向心加速度，B错误；C角速度与线速度的关系为根据A选项的计算可知，中轨道卫星的线速度大，半径更小，所以角速度更大，C错误；D赤道上随地球自转物体与同步卫星的周期相同，向心加速度为同步轨道卫星的运行半径更大，所以向心加速度更大，D错误；故选A。考点二宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度)v17.9 km/s，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小发
7、射速度第二宇宙速度(逃逸速度)v211.2 km/s，是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度第三宇宙速度v316.7 km/s，是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 1第一宇宙速度的推导方法一：由Gm，得v1 m/s7.9103 m/s.方法二：由mgm得v1 m/s7.9103 m/s.第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin22 s5 075 s85 min.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/sv发 T组合体，则组合体的角速度大小比地球同步卫星的大，C正确；D由题知组
8、合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，有整理有由于T同 T组合体，则r同 r组合体，且同步卫星和组合体在天上有则有a同 a组合体D错误。故选C。【典例4】（2022湖北武汉高三阶段练习）1970年4月24日，“东方红一号”人造地球卫星发射成功，开创了中国航天的新纪元；2020年7月23日，“天问一号”火星探测器发射成功，开后了中国航天走向深空的新旅程。下列说法正确的是（）A“东方红一号”和“天问一号”的发射速度均小于第一宇宙速度B“东方红一号”和“天问一号”的发射速度均大于第一宇宙速度C“东方红一号”和“天问一号”的发射速度均大于第二宇宙速度D“东方红一号”和“天问一号”的发射速度均大于第三宇
9、宙速度【答案】B【解析】发射速度大于第一宇宙速度时，卫星才能不落回地面；发射速度大于第二宇宙速度时，卫星才能脱离地球引力的束缚，才能到达火星；发射速度大于第三宇宙速度，卫星才能冲出太阳系。所以东方红一号的发射速度一定是大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，天问一号的发射速度一定大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度。故选B。考点三天体的“追及”问题天体“相遇”指两天体相距最近，以地球和行星“相遇”为例(“行星冲日”)，某时刻行星与地球最近，此时行星、地球与太阳三者共线且行星和地球的运转方向相同(图甲)，根据m2r可知，地球公转的速度较快，从初始时刻到之后“相遇”，地球与行星距离最小，三者再次共线，有两种
10、方法可以解决问题：1角度关系1t2tn2(n1、2、3)2圈数关系n(n1、2、3)解得t(n1、2、3)同理，若两者相距最远(行星处在地球和太阳的延长线上)(图乙)，有关系式：1t2t(2n1)(n1、2、3)或(n1、2、3)【典例5】(多选) 如图，在万有引力作用下，a、b两卫星在同一平面内绕某一行星c沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为rarb14，则下列说法中正确的有()Aa、b运动的周期之比为TaTb18Ba、b运动的周期之比为TaTb14C从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次D从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次【答案】AD【
11、解析】根据开普勒第三定律：半径的三次方与周期的二次方成正比，则a、b运动的周期之比为18，A对，B错；设题图所示位置ac连线与bc连线的夹角为()n2(n0,1,2,3)，可知n0,1,2，6，n可取7个值；a、b相距最近时：TbTb(2)m2(m0,1,2,3)，可知m0,1,2，6，m可取7个值，故在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次，C错，D对【典例6】（2022北京八十中三模）2022年2月27日，长征八号遥二运载火箭搭载22颗卫星发射升空，在达到预定轨道后分12次释放卫星，将他们分别送入预定轨道。设想某两颗卫星释放过程简化为如图所示，火箭在P点同时将卫星1和卫星2释放，把卫星1
12、送上轨道1（近地圆轨道），把卫星2送上轨道2（椭圆轨道，P、Q是近地点和远地点），卫星2再变轨到轨道3（远地圆轨道）。忽略卫星质量变化，下列说法正确的是（）A卫星1再次回到P点时，若卫星2没有变轨，两星一定会相撞B卫星2在P点的加速度大于在Q点的加速度C由轨道2变至轨道3，卫星2在Q点应朝运动方向喷气D卫星2在P点时的线速度小于卫星1在P点时的线速度【答案】B【解析】A根据开普勒第三定律，1、2轨道半径关系为，则，卫星1再次回到P点时，由于两卫星周期不等，所以不一定会相撞，故A错误；B由万有引力提供向心力加速度可知近地点加速度大，远地点加速度小，故B正确；C要使得卫星从轨道2变轨到轨道3需要在Q点点火加速，需向后喷气，故C错误；D轨道1上的卫星要变轨道轨道2，需要加速升轨，则卫星2在P点时的线速度大于卫星1在P点时的线速度，故D错误。故选B。一、单选题1.（2022全国高三课时练习）银河系的恒星中大约四分之一是双星，某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动由天文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G.由此可求出S2的质量为（）ABCD【答案】D【解析】取S1为研究对象，S1做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得Gm1（）2r1得m2故选D。
