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1、第2讲天体运动与人造卫星考点一天体考点一天体(卫星卫星)运行参量分析运行参量分析强基础固本增分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匀速圆周万有引力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。Gm0=gR24.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)静止卫星轨道平面与共面,且与地球自转的方向相同。周期与地球自转周期相等,T=。高
2、度固定不变,h=3.6107m。运行速率约为v=3.1km/s。赤道平面24h(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=7.9km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度),T=85min(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。地球表面研考点精准突破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、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中和r有关。C典题2(2023浙江6月选考)木星的卫
3、星中,木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为124。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()D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36000km,中圆轨道卫星C距地面高度约为21500km。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
4、比C运行的线速度大C考点二宇宙速度考点二宇宙速度强基础固本增分第一宇宙速度最大的环绕速度v1=km/s,是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,也是人造地球卫星的最小发射速度第二宇宙速度v2=11.2km/s,是物体挣脱引力束缚的最小发射速度第三宇宙速度v3=16.7km/s,是物体挣脱引力束缚的最小发射速度7.9地球太阳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3108m/s的速度传播的光都不能逃逸的
5、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。研考点精准突破典题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16.7km/sB.太阳系外飞行器的无动力发射速度只需要大于11.2km/sC.天宫空间站的飞行速度大于7.9km/sD.三个宇宙速度对哈雷彗星(绕太阳运动)不适用D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16.7km/s,A错误;太阳系外飞行器的无动力发射速度需要大于16.7km/s,B
6、错误;天宫空间站绕地球做近似圆周运动,运动速度小于7.9km/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
7、为地球公转加速度的B考点三同步卫星、近地卫星和赤道上的物体比较考点三同步卫星、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。比较项近地卫星(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 r2r3=r12.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
8、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5800kg的物资进入距离地面约400km(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D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
9、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.v2v3v1B.v1v2v3C.a3a2a1D.a2a3a1AD解析比较卫星c和同步卫星d的速度,可根据卫星速度公式,同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径,因此v2v3,地面卫星b和同步卫星具有相同的角速度,可根据v=r进行比较,由于同步卫星的轨道半径大于地球半径,因此v3v1,故A正确,B错误;比较卫星c和同步卫星d的加速度,根据公式,同步卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径,因此a2a3,地面卫星b和同步卫星具有相同的角速度,可根据an=2r进行比较,同步卫星的轨道半径大于地球半径,因此a3a1,故C错误,D正确。
