2022届新高考一轮复习人教版第四章第5讲　宇宙速度与人造卫星课件（53张）

展开

这是一份2022届新高考一轮复习人教版第四章第5讲　宇宙速度与人造卫星课件（53张），共53页。PPT课件主要包含了赤道平面，南北两极，地球的半径，答案BC等内容，欢迎下载使用。

一、宇宙速度1．环绕速度(1)第一宇宙速度又叫环绕速度，其数值为 km/s。(2)第一宇宙速度是人造卫星在附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度。(3)第一宇宙速度是人造卫星最小的速度，也是人造卫星的最大速度。
2．第二宇宙速度：使物体挣脱引力束缚的最小发射速度，其数值为 km/s。3．第三宇宙速度：使物体挣脱引力束缚的最小发射速度，其数值为 km/s。
二、地球卫星1．卫星的轨道(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种。(2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星。(3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道。所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心。
3．极地卫星和近地卫星(1)极地卫星运行时每圈都经过，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于，其运行线速度约为 km/s。
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/s＜v发＜11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。(3)11.2 km/s≤v发＜16.7 km/s，卫星绕太阳做椭圆轨道运动。(4)v发≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
1．(多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(　　)A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C．第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
2．(2021·福建南平高三模拟)一航天员在某星球上立定跳高的最好成绩是地球上的4倍。已知该星球半径为地球的一半，阻力不计，则该星球的第一宇宙速度约为(　　)A．2.0 km/s　　　　　　B．2.8 km/sC．4.0 km/s D．5.9 km/s
2．同步卫星的六个“一定”
　卫星运行参量的比较[典例1]　(2020·广东湛江高三下学期线上训练二)2019年9月19日，中国在酒泉卫星发射中心用“长征”十一号运载火箭，采取一箭五星的方式成功将“珠海”一号03组卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道，五颗卫星围绕地球做匀速圆周运动。关于这五颗卫星，下列说法正确的是(　　)A．轨道半径最大的卫星，动能最大B．轨道半径最大的卫星，角速度最小C．轨道半径最大的卫星，加速度最大D．轨道半径最大的卫星，线速度最大
　同步卫星的特点[典例2]　(2019·高考北京卷)2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星(　　)A．入轨后可以位于北京正上方B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C．发射速度大于第二宇宙速度D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
[解析]　由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定小于第二宇宙速度，故C错误；将卫星发射到越高的轨道克服引力所做的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能量较少，故D正确。
　赤道上的物体与卫星运行参量的分析与计算[典例3]　有a、b、c、d四颗地球卫星：a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动；b在地球的近地圆轨道上正常运行；c是地球同步卫星；d是高空探测卫星。各卫星排列位置如图，则下列说法正确的是(　　)A．a的向心加速度大于b的向心加速度B．四颗卫星的速度大小关系是va＞vb＞vc＞vdC．在相同时间内d转过的弧长最长D．d的运动周期可能是30 h
3．(2021·上海静安区高三模拟)甲是运行在赤道上空距地面高度约为5.6R(R为地球半径)的地球同步卫星，乙是运行在距地面高度约为2.3R的圆形轨道上的卫星。设甲、乙两颗卫星的加速度分别为a1、a2，固定在赤道附近地面上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为(　　)A．a1>a2>a3　　　　　B．a3>a1>a2C．a3>a2>a1 D．a2>a1>a3
4．(多选)(2021·适应性测试湖南卷)在“嫦娥”五号任务中，有一个重要环节，轨道器和返回器的组合体(简称“甲”)与上升器(简称“乙”)要在环月轨道上实现对接，以使将月壤样品从上升器转移到返回器中，再由返回器带回地球。对接之前，甲、乙分别在各自的轨道上做匀速圆周运动，且甲的轨道半径比乙小，如图所示。为了实现对接，处在低轨的甲要抬高轨道。下列说法正确的是(　　)A．在甲抬高轨道之前，甲的线速度小于乙B．甲可以通过增大速度来抬高轨道C．在甲抬高轨道的过程中，月球对甲的万有引力逐渐增大D．返回地球后，月壤样品的重力比在月球表面时大
2．常见变轨过程“四分析”(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为vA、vB。在A点加速，则vA>v1，在B点加速，则v3>vB，又因v1>v3，故有vA>v1>v3>vB。(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。
6.(多选)(2021·适应性测试湖北卷)“嫦娥”五号取壤返回地球，完成了中国航天史上的一次壮举。如图所示为“嫦娥”五号着陆地球前部分轨道的简化示意图，其中Ⅰ是月地转移轨道，在P点由轨道Ⅰ变为绕地椭圆轨道Ⅱ，在近地点Q再变为绕地椭圆轨道Ⅲ。下列说法正确的是(　　)
A．在轨道Ⅱ运行时，“嫦娥”五号在Q点的机械能比在P点的机械能大B．“嫦娥”五号在轨道Ⅱ上运行的周期比在轨道Ⅲ上运行的周期长C．“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的向心加速度大小相等D．“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的速度大小相等
解析：在轨道Ⅱ运行时，只有万有引力做功，机械能守恒，A错误；根据开普勒第三定律可知，半长轴越长，周期越长，轨道Ⅱ对应的半长轴长，所以“嫦娥”五号在轨道Ⅱ上运行的周期比在轨道Ⅲ上运行的周期长，B正确；“嫦娥”五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，向心加速度都是由万有引力提供的，所以经过Q点的向心加速度大小相等，C正确；“嫦娥”五号由轨道Ⅱ变向轨道Ⅲ运行时，需要减速才能实现，所以由轨道Ⅱ变向轨道Ⅲ，经Q点的速度要减小，D错误。答案：BC
解析：卫星b绕地球做匀速圆周运动，7.9 km/s是指在地球上发射的物体绕地球做圆周运动所需的最小发射速度，11.2 km/s是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，所以发射卫星b时速度大于7.9 km/s，而小于11.2 km/s，故A错误；让卫星加速，所需的向心力增大，由于万有引力小于所需的向心力，卫星会做离心运动，离开原轨道向高轨道运行，所以a通过调节可以与b实现对接，而c不能与b实现对接，故B正确，C错误；b、c在地球的同步轨道上，所以卫星b、c和地球具有相同的周期和角速
规律总结卫星变轨的实质
[典例4]　(多选)(2018·高考全国卷Ⅰ)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星(　　)A．质量之积　　　　　B．质量之和C．速率之和 D．各自的自转角速度
[典例5]　(多选)太空中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用。已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式(如图)：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行。设这三颗星的质量均为M，并设两种系统的运动周期相同，则(　　)
8.(2021·云南昆明一中月考)如图所示，A、B两颗恒星分别绕它们连线上某一点做匀速圆周运动，我们通常称之为“双星系统”，A的质量为B的2倍，忽略其他星球对二者的引力。下列说法正确的是(　　)A．恒星A的向心加速度是B的一半B．恒星A的线速度是B的2倍C．恒星A的公转周期是B的一半D．恒星A的动能是B的2倍