高中物理復(fù)習(xí)5-2第2講人造衛(wèi)星宇宙速度課件

第2講人造衛(wèi)星宇宙速度課

程

標

準素

養(yǎng)

目

標知道第二宇宙速度和第三宇宙速度，會計算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度(第一宇宙速度)．物理觀念：理解三種宇宙速度，并會求解第一宇宙速度的大小．科學(xué)思維：(1)會比較衛(wèi)星運行的各物理量之間的關(guān)系．(2)會處理人造衛(wèi)星的變軌和對接問題．考點一考點一宇宙速度【必備知識·自主落實】1．宇宙速度第一宇宙速度(環(huán)繞速度)v1＝________km/s，是物體在地面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7.9最小地球太陽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．【關(guān)鍵能力·思維進階】1．如圖所示為我國在2023年年底發(fā)射的巡天望遠鏡．巡天望遠鏡與空間站在相同軌道上近距離共軌飛行，必要時能與空間站進行對接并保養(yǎng)維護．則巡天望遠鏡(

)A．發(fā)射速度為第二宇宙速度B．運行速度大于第一宇宙速度C．運行時離地面高度與空間站相等D．可以通過加速追上共軌的空間站實現(xiàn)對接答案：C解析：巡天望遠鏡沒有脫離地球的引力，所以發(fā)射速度小于第二宇宙速度，故A錯誤；任何衛(wèi)星的運行速度都不大于第一宇宙速度，故B錯誤；巡天望遠鏡與空間站在相同軌道上近距離共軌飛行，所以運行時離地面高度與空間站相等，故C正確；巡天望遠鏡如果在同一軌道加速，則做離心運動，會到更高的軌道，無法與空間站對接，故D錯誤．故選C.

答案：C

3．天問一號從地球發(fā)射后，在如圖甲所示的P點沿地火轉(zhuǎn)移軌道到Q點，再依次進入如圖乙所示的調(diào)相軌道和停泊軌道，則天問一號(

)A．發(fā)射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間B．從P點轉(zhuǎn)移到Q點的時間小于6個月C．在環(huán)繞火星的停泊軌道運行的周期比在調(diào)相軌道上小D．在地火轉(zhuǎn)移軌道運動時的速度均大于地球繞太陽的速度答案：C

考點二考點二衛(wèi)星運行參量的分析【必備知識·自主落實】1．天體(衛(wèi)星)運行問題分析將天體或衛(wèi)星的運動看成________運動，其所需向心力由________提供．勻速圓周萬有引力2．人造衛(wèi)星衛(wèi)星運行的軌道平面一定通過地心，一般分為赤道軌道、極地軌道和其他軌道，同步衛(wèi)星的軌道是赤道軌道．(1)極地衛(wèi)星運行時每圈都經(jīng)過南北兩極，由于地球自轉(zhuǎn)，極地衛(wèi)星可以實現(xiàn)全球覆蓋．(2)靜止衛(wèi)星軌道平面與________共面，且與地球自轉(zhuǎn)的方向相同．赤道平面【關(guān)鍵能力·思維進階】1．物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律2．地球靜止衛(wèi)星的特點：六個“一定”考向1衛(wèi)星運行參量與軌道半徑的關(guān)系例1[2023·江蘇卷]設(shè)想將來發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，能在月球繞地球運動的軌道上穩(wěn)定運行，該軌道可視為圓軌道．該衛(wèi)星與月球相比，一定相等的是(

)A．質(zhì)量B．向心力大小C．向心加速度大小D．受到地球的萬有引力大小答案：C

例2(多選)[2023·海南卷]如圖所示，1、2軌道分別是天宮二號飛船在變軌前、后的軌道，下列說法正確的是(

)A．飛船從1軌道變到2軌道要點火加速B．飛船在1軌道的周期大于2軌道的C．飛船在1軌道的速度大于2軌道的D．飛船在1軌道的加速度大于2軌道的答案：ACD解析：衛(wèi)星從低軌道向高軌道變軌時，需要點火加速，A對；由“高軌低速大周期”的衛(wèi)星運動規(guī)律可知，飛船在1軌道上的線速度、角速度、向心加速度均大于在2軌道上的，周期小于在2軌道上的，B錯，C、D對．考向2地球靜止衛(wèi)星例3我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第41顆和第49顆衛(wèi)星已完成在軌測試、入網(wǎng)評估等工作，并正式入網(wǎng)工作．第41顆衛(wèi)星為地球靜止衛(wèi)星，第49顆衛(wèi)星為傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，它們的軌道半徑約為4.2×107m，運行周期都等于地球的自轉(zhuǎn)周期24h.傾斜地球同步軌道平面與地球赤道平面成一定夾角，如圖所示．已知萬有引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，下列說法中正確的是(

)A．地球靜止衛(wèi)星可能經(jīng)過北京上空B．根據(jù)題目數(shù)據(jù)可估算出地球的質(zhì)量C．傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的運行速度大于第一宇宙速度D．傾斜地球同步軌道衛(wèi)星一天經(jīng)過赤道上同一位置一次答案：B

答案：B

考點三考點三衛(wèi)星的變軌和對接問題【關(guān)鍵能力·思維進階】1．三種運行情況

考向1衛(wèi)星變軌問題中各物理量的比較例5[2024·山東泰安高三統(tǒng)考]北京時間2023年2月23日19時49分，我國首顆超百Gbps容量的高通量衛(wèi)星——中星26號搭乘長征三號乙運載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，隨后衛(wèi)星進入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功．該衛(wèi)星預(yù)計定點于東經(jīng)125°，配置Ka頻段載荷，主要覆蓋我國全境及周邊地區(qū)．假設(shè)該衛(wèi)星發(fā)射后先繞地球表面做勻速圓周運動，之后通過轉(zhuǎn)移軌道Ⅰ進入離地較遠的圓軌道，在圓軌道上繞行一段時間后，再通過地球同步轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ轉(zhuǎn)移到目標軌道，同時定點于東經(jīng)125°，下列說法正確的是(

)A．衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道Ⅰ遠地點的加速度小于轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ近地點的加速度B．衛(wèi)星整個運動過程中，引力勢能的增加量小于動能的減少量C．該衛(wèi)星在不同圓軌道上與地心的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相同D．衛(wèi)星整個運動過程中，速度的最大值大于第一宇宙速度答案：D

例62021年1月，“天通一號”03星發(fā)射成功．發(fā)射過程簡化為如圖所示：火箭先把衛(wèi)星送上軌道1(橢圓軌道，P、Q是遠地點和近地點)后火箭脫離；衛(wèi)星再變軌，到軌道2(圓軌道)；衛(wèi)星最后變軌到軌道3(同步圓軌道)．軌道1、2相切于P點，軌道2、3相交于M、N兩點．忽略衛(wèi)星質(zhì)量變化，下列說法正確的是(

)A．衛(wèi)星在三個軌道上的周期T3>T2>T1B．衛(wèi)星在三個軌道上的機械能E3＝E2>E1C．由軌道1變至軌道2，衛(wèi)星在P點向前噴氣D．軌道1在Q點的線速度小于軌道3的線速度答案：B

考向2飛船對接問題例7[2024·遼寧葫蘆島一模]2022年11月12日10時03分，天舟五號與空間站天和核心艙成功對接，此次發(fā)射任務(wù)從點火發(fā)射到完成交會對接，全程僅用2個小時，創(chuàng)世界最快交會對接紀錄，標志著我國航天交會對接技術(shù)取得了新突破．在交會對接的最后階段，天舟五號與空間站處于同一軌道上同向運動，兩者的運行軌道均視為圓周．要使天舟五號在同一軌道上追上空間站實現(xiàn)對接，天舟五號噴射燃氣的方向可能正確的是(

)

答案：A

典例1長篇科幻小說《三體》中設(shè)想構(gòu)建太空電梯，與生活中的普通電梯十分相似．只需要在地球同步軌道上建造一個空間站，并用某種足夠長且足夠結(jié)實的“繩索”將其與地面相連