物理課件（新教材粵教版）第五章萬有引力與宇宙航行第2講人造衛(wèi)星宇宙速度副本

人造衛(wèi)星宇宙速度目標要求1.會比較衛(wèi)星運行的各物理量之間的關(guān)系.2.理解三種宇宙速度，并會求解第一宇宙速度的大小.3.會分析天體的“追及”問題.第2講

內(nèi)容索引考點一衛(wèi)星運行參量的分析考點二宇宙速度考點三天體的“追及”問題課時精練考點一衛(wèi)星運行參量的分析1.基本公式梳理必備知識越小越大2.“黃金代換式”的應用忽略中心天體自轉(zhuǎn)影響，則有mg＝

，整理可得

.在引力常量G和中心天體質(zhì)量M未知時，可用gR2替換GM.GM＝gR2赤道平面24h(3)近地衛(wèi)星：軌道在

附近的衛(wèi)星，其軌道半徑r＝R(地球半徑)，運行速度等于第一宇宙速度v＝7.9km/s(人造地球衛(wèi)星的最大圓軌道運行速度)，T＝85min(人造地球衛(wèi)星的最小周期).注意：近地衛(wèi)星可能為極地衛(wèi)星，也可能為赤道衛(wèi)星.地球表面××√×√提升關(guān)鍵能力例1

(2022·廣東卷·2)“祝融號”火星車需要“休眠”以度過火星寒冷的冬季.假設火星和地球的冬季是各自公轉(zhuǎn)周期的四分之一，且火星的冬季時長約為地球的倍.火星和地球繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運動.下列關(guān)于火星、地球公轉(zhuǎn)的說法正確的是A.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大B.火星公轉(zhuǎn)的角速度比地球的大C.火星公轉(zhuǎn)的半徑比地球的小D.火星公轉(zhuǎn)的加速度比地球的小考向1衛(wèi)星運行參量與軌道半徑的關(guān)系√例2

(2020·浙江7月選考·7)火星探測任務“天問一號”的標識如圖所示.若火星和地球繞太陽的運動均可視為勻速圓周運動，火星公轉(zhuǎn)軌道半徑與地球公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為3∶2，則火星與地球繞太陽運動的A.軌道周長之比為2∶3√軌道周長C＝2πr，與半徑成正比，故軌道周長之比為3∶2，故A錯誤；√√√√√赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的衛(wèi)星所需的向心力大小等于萬有引力的一個分力，萬有引力大小近似等于重力大小，則a的向心加速度小于重力加速度g，故A錯誤；由開普勒第三定律可知，衛(wèi)星的半徑r越大，周期T越大，所以d的運動周期大于c的運動周期，即大于24h，則不可能是20h，故D錯誤.步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星及赤道上物體的比較方法點撥方法點撥比較項目近地衛(wèi)星(r1、ω1、v1、a1)同步衛(wèi)星(r2、ω2、v2、a2)赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體(r3、ω3、v3、a3)向心力來源萬有引力萬有引力萬有引力的一個分力軌道半徑r2>r1＝r3角速度ω1>ω2＝ω3線速度v1>v2>v3向心加速度a1>a2>a3考點二宇宙速度梳理必備知識第一宇宙速度(環(huán)繞速度)v1＝

km/s，是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運動的最大環(huán)繞速度，也是人造地球衛(wèi)星的

發(fā)射速度第二宇宙速度(逃逸速度)v2＝11.2km/s，是物體掙脫

引力束縛的最小發(fā)射速度第三宇宙速度v3＝16.7km/s，是物體掙脫

引力束縛的最小發(fā)射速度地球太陽最小√×√√1.第一宇宙速度的推導提升關(guān)鍵能力2.宇宙速度與運動軌跡的關(guān)系(1)v發(fā)＝7.9km/s時，衛(wèi)星繞地球表面做勻速圓周運動.(2)7.9km/s<v發(fā)<11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓.(3)11.2km/s≤v發(fā)＜16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽運動的軌跡為橢圓.(4)v發(fā)≥16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間.例7

(2023·廣東深圳市模擬)2020年12月17日凌晨，經(jīng)過23天的太空之旅后，嫦娥五號返回器攜帶1731克月壤樣品成功著陸，這標志著我國首次月球采樣返回任務圓滿完成.已知月球的質(zhì)量為M＝×1022kg.月球的半徑為R＝×103km，引力常量G＝×10－11N·m2/kg2，則月球的第一宇宙速度約為×102m/s×103×104m/s√√考點三天體的“追及”問題√√天體“追及”問題的處理方法方法點撥四課時精練1234567891011基礎落實練1.(2023·江蘇海安市高三檢測)神舟十三號飛船首次采用徑向端口對接；飛船從空間站下方的停泊點進行俯仰調(diào)姿和滾動調(diào)姿后與天宮空間站完成對接，飛船在完成對接后與在停泊點時相比A.線速度增大 B.繞行周期增大C.所受萬有引力增大 D.向心加速度增大√1234567891011依題意，飛船從停泊點到完成對接屬于從低軌到高軌，即軌道半徑增大，可知線速度減小，周期增大，所受萬有引力減小，向心加速度減小，故A、C、D錯誤，B正確.12345678910112.我國首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子”已于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射.“墨子”由火箭發(fā)射至高度為500km的預定圓形軌道.此前在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了第二十三顆北斗導航衛(wèi)星G7，G7屬于地球靜止軌道衛(wèi)星(高度約為36000km)，它將使北斗系統(tǒng)的可靠性進一步提高.關(guān)于衛(wèi)星以下說法中正確的是A.這兩顆衛(wèi)星的運行速度可能大于7.9km/sB.通過地面控制可以將北斗G7定點于西昌正上方C.量子科學實驗衛(wèi)星“墨子”的周期比北斗G7的周期小D.量子科學實驗衛(wèi)星“墨子”的向心加速度比北斗G7的小√123456789101112345678910113.(2023·廣東茂名市模擬)如圖，“嫦娥五號”、“天問一號”探測器分別在近月、近火星軌道運行.已知火星的質(zhì)量為月球質(zhì)量的9倍、半徑為月球半徑的2倍.假設月球、火星均可視為質(zhì)量均勻分布的球體，忽略其自轉(zhuǎn)影響，則A.月球表面重力加速度比火星表面重力

加速度大B.月球的第一宇宙速度比火星的第一宇

宙速度大C.質(zhì)量相同的物體在月球、火星表面所受萬有引力大小相等D.“嫦娥五號”繞月周期比“天問一號”繞火星周期大√123456789101112345678910114.(2022·河北卷·2)2008年，我國天文學家利用國家天文臺興隆觀測基地的米望遠鏡，發(fā)現(xiàn)了一顆繞恒星HD173416運動的系外行星HD173416b,2019年，該恒星和行星被國際天文學聯(lián)合會分別命名為“羲和”和“望舒”，天文觀測得到恒星羲和的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的2倍，若將望舒與地球的公轉(zhuǎn)均視為勻速圓周運動，且公轉(zhuǎn)的軌道半徑相等.則望舒與地球公轉(zhuǎn)速度大小的比值為√1234567891011D.“天問一號”在環(huán)繞火星運動、懸停、向下加速以及減速的過程中，始終

處于失重狀態(tài)5.(2023·廣東珠海市模擬)2020年7月23日12時41分，火星探測器“天問一號”成功發(fā)射，標志著我國已經(jīng)開啟了探索火星之旅.“天問一號”首先進入圓軌道環(huán)繞火星做勻速圓周運動，然后調(diào)整姿態(tài)懸停在火星上空，再向下加速、減速，著陸火星表面并執(zhí)行任務.已知地球與火星的質(zhì)量比為a，地球與火星的半徑比為b.則下列說法正確的是√123456789101112345678910111234567891011“天問一號”在環(huán)繞火星運動時處于完全失重狀態(tài)，懸停時處于平衡狀態(tài)，向下加速時處于失重狀態(tài)，向下減速時處于超重狀態(tài)，D錯誤.1234567891011√1234567891011123456789101112345678910117.(2023·廣東汕頭市模擬)早在2012年，某公司提出將人送上火星，展開星際移民的計劃.已知地球質(zhì)量大約是火星質(zhì)量的10倍，地球半徑大約是火星半徑的2倍.不考慮地球、火星自轉(zhuǎn)的影響，由以上數(shù)據(jù)可推算出(取

＝2.2)A.地球的平均密度小于火星的平均密度B.地球表面重力加速度小于火星表面重力加速度C.靠近地球表面的航天器的周期與靠近火星表面的航天器的運行周期之

比約為10∶11D.地球的第一宇宙速度與火星的第一宇宙速度之比約為11∶10√123456789101112345678910118.(多選)地月系統(tǒng)是雙星模型，為了尋找航天器相對地球和月球不動的位置，科學家們做出了不懈努力.如圖所示，歐拉推導出L1、L2、L3三個位置，拉格朗日又推導出L4、L5兩個位置.現(xiàn)在科學家把L1、L2、L3、L4、L5統(tǒng)稱地月系中的拉格朗日點.中國“嫦娥四號”探測器成功登陸月球背面，并通過處于拉格朗日區(qū)的“嫦娥四號”中繼衛(wèi)星“鵲橋”把信息返回地球，引起眾多師生對拉格朗日點的熱議.下列說法正確的是A.在拉格朗日點航天器的受力不再遵循萬有引力定律B.在不同的拉格朗日點航天器隨地月系統(tǒng)運動的周期均相同C.“嫦娥四號”中繼衛(wèi)星“鵲橋”應選擇L1點開展工程任務實驗D.“嫦娥四號”中繼衛(wèi)星“鵲橋”應選擇L2點開展工程任務實驗能力綜合練√√12345678910111234567891011在拉格朗日點的航天器仍然受萬有引力，仍遵循萬有引力定律，A錯誤；因在拉格朗日點的航天器相對地球和月球的位置不變，說明它們的角速度一樣，因此周期也一樣，B正確；“嫦娥四號”探測器登陸的是月球的背面，“鵲橋”要把探測器在月球背面采集的信息傳回地球，L2在月球的背面，因此應選在L2點開展工程任務實驗，C錯誤，D正確.12345678910119.(2023·遼寧丹東市月考)2021年10月16日，神舟十三號載人飛船順利將翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員送入太空，假設神舟十三號載人飛船在距地面高度為h的軌道做圓周運動.已知地球的半徑為R，地球表面的重力加速度為g，引力常量為G，下列說法正確的是√12345678910111234567891011√1234567891011宇航員站在“太空電梯”上，相對地面靜止，故角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，在不同高度角速度不變，故A錯誤；宇航員在r＝R處時在地面上，除了受到萬有引力還受到地面的支持力，線速度遠小于第一宇宙速度，故C錯誤；1234567891011123456789101111.(多選)(2023·廣東惠州市模擬)2018年7月27日，天宇上演“火星沖日”天象，此時火星離地球最近，是發(fā)射火星探測器的最佳時段.為此，洞察號火星探測器于2018年5月5日發(fā)射升空，飛行205天，于11月27日成功