2019届二轮复习第15讲　人造卫星　宇宙速度课件（59张）（全国通用） 59页

第 15 讲　 PART 15 人造卫星　宇宙速度 考点分阶突破 │ 高考模拟演练 │ 教师备用习题 考纲解读 第 15 讲 ① 掌握人造卫星轨道运行参量的比较与变轨问题 . ② 掌握几种常见卫星的特点、理解宇宙速度 . ③ 了解双星与多星模型 . 环绕同一天体的不同轨道高度的卫星运行参量比较 考点一　人造卫星轨道运行参量比较 考点分阶突破 知能必备 考点分阶突破 考点分阶突破 考向探究 考点分阶突破 [ 答案 ] C 考点分阶突破 图 15 - 1 考点分阶突破 [ 答案 ] A 考点分阶突破 图 15 - 2 考点分阶突破 [ 答案 ] C 考点分阶突破 ■ 方法技巧 考点 二 　人造卫星变轨问题 考点分阶突破 知能必备 小于 离心 大于 近心 考点分阶突破 增加 考点分阶突破 考向探究 例 2 　 ( 多选 ) [ 2018· 江西南昌摸底 ] 据报道 ,“ 卡西尼号 ” 探测器于 2017 年 4 月 26 日首次到达土星和土星内环 ( 由碎冰块、岩石块、尘埃等组成 ) 之间 , 并在近圆轨道上做圆周运动 . 在极其稀薄的大气作用下 , 开启土星探测之旅 . 探测之旅的最后阶段 ——“ 大结局 ” 阶段将持续到九月中旬 , 此阶段中 “ 卡西尼号 ” 将一直靠近土星直至坠向土星的怀抱 . 若 “ 卡西尼号 ” 只受土星引力和稀薄气体阻力的作用 , 则 ( 　　 ) A . 4 月 26 日 ,“ 卡西尼号 ” 在近圆轨道上绕土星运行的角速度 小于内环的角速度  B . 4 月 28 日 ,“ 卡西尼号 ” 在近圆轨道上 绕土星运行的速率大于内环的速率 C . 5 月到 6 月间 ,“ 卡西尼号 ” 的动能越来越大 D . 6 月到 8 月间 ,“ 卡西尼号 ” 的机械能保持不变 图 15 - 3 考点分阶突破 考点分阶突破 变式 1 ( 变轨中的动力学问题 ) 某探测器从月球返回地球过程的开始阶段运行的轨道可以简化为 : 发射时 , 先将探测器发射至近月圆轨道 1 上 , 然后变轨到椭圆轨道 2 上 , 最后由轨道 2 进入圆形轨道 3 . 若忽略介质阻力 , 则以下说法中正确的是 ( 　　 ) A . 探测器在轨道 2 上经过近月点 A 处的加速度大于其在轨道 1 上经 过近月点 A 处的加速度 B . 探测器在轨道 2 上从近月点 A 向远月点 B 运动的过程中速度减小 , 机械能增大 C . 探测器在轨道 2 上的运行周期小于其在轨道 3 上的运行周期 , 且由轨道 2 变为轨道 3 需要在近月点 A 处点火加速 D . 探测器在轨道 2 上经过远月点 B 处的运行速度小于其在轨道 3 上经过远月点 B 处的运行速度 图 15 - 4 考点分阶突破 [ 答案 ] D 考点分阶突破 考点分阶突破 [ 答案 ] A 考点分阶突破 ■ 方法技巧 当卫星由于某种原因速度突然改变时 ( 开启或关闭发动机或空气阻力作用 ), 万有引力不再等于向心力 , 卫星将做变轨运行 ( 近心运动或离心运动 ), 三种运动情况如下 . 考点 三 　人造卫星、宇宙速度的理解与计算 考点分阶突破 知能必备 卫星类型 轨道 运动特点 近地卫星 　 轨道半径 r 近似等于 　　 　　　   　 绕行速度是所有卫星的 　　　　 绕行速度 ; 运行周期约为 85 min, 是所有卫星的最小周期 ; 向心加速度 a=g= 9 . 8 m/s 2 , 是所有卫星的最大向心加速度   地球半径 R 最大 考点分阶突破 卫星类型 轨道 运动特点 极地轨 道卫星 　 运行过程中 通过 　 　　 上空 的卫星 , 其轨道平面与地球赤道平面垂直   　 由于地球自转 , 这种卫星的轨道平面不能始终和地球某一经线平面重合 , 从而使得该种卫星可对全球进行间断性扫描 同步卫星 　 在赤道平面内且与 地球 　　 　　　 　 相同的同步轨道上   ① 周期一定 ( 周期 T= 　　　　 );  ② 轨道平面一定 ( 赤道平面 ); ③ 轨道高度一定 ( 距离地面 h ≈3 . 6 × 10 4 km ); ④ 运行速度大小一定 ( 速率 v ≈3 . 1 km/s ); ⑤ 向心加速度大小一定 ; ⑥ 绕行方向一定 ( 由西向东 ) 两极点 自转周期 24 h 考点分阶突破 二、三个宇宙速度 1 . 第一宇宙速度 ( 环绕速度 ) v 1 = 7 . 9 km/s, 是人造地球卫星的 　　　　　　　 , 也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的 　　　　　　　　　 .  2 . 第二宇宙速度 ( 逃逸速度 ) v 2 = 11 . 2 km/s, 是卫星挣脱地球引力束缚的 　　　　　　　　　 .  3 . 第三宇宙速度 v 3 = 16 . 7 km/s, 是卫星挣脱太阳引力束缚的 　　　　　　　　 .  最小发射速度 最大运行速度 最小发射速度 最小发射速度 考点分阶突破 考向探究 例 3 　 ( 多选 ) [ 2017· 广州一模 ] 已知地球半径 R= 6390 km 、自转周期 T= 24 h 、表面的重力加速度 g= 9 . 8 m/s 2 , 电磁波在空气中的传播速度 c= 3 × 10 8 m/s, 不考虑大气层对电磁波的影响 . 若利用处于同一轨道上且数量最少的卫星实现将电磁波信号由地球赤道圆直径的一端传播到该直径的另一端 , 则 ( 　　 ) A . 卫星数量最少为两颗 B . 信号传播的时间至少为 8 . 52 × 10 - 2 s C . 卫星运行的最大向心加速度为 4 . 9 m/s 2 D . 卫星绕地球运行的周期至少为 24 h 考点分阶突破 考点分阶突破 变式 1 ( 卫星对比 ) [ 2017· 青海三校联考 ] 如图 15 - 5 所示 , a 为放在赤道上相对地球静止的物体 , 随地球自转做匀速圆周运动 , b 为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星 ( 轨道半径等于地球半径 ), c 为地球的同步卫星 , 以下关于 a 、 b 、 c 的说法中正确的是 ( 　　 ) A .b 的线速度大于 7 . 9 km/s B .a 、 b 、 c 做匀速圆周运动的向心加速度的大小关系 为 a a >a b >a c C .a 、 b 、 c 做匀速圆周运动的周期关系为 T c >T b >T a D . 若 b 、 c 质量相同 , 则在 b 、 c 中 , b 的动能较大 , c 的机械能较大 图 15 - 5 考点分阶突破 考点分阶突破 变式 2 ( 宇宙速度 ) [ 2017· 湖北宜昌一调 ] 美国宇航局于 2011 年 12 月 5 日宣布发现了太阳系外第一颗类似地球的、可能适合人类居住的行星 ——“ 开普勒 - 22b”, 其直径约为地球的 2 . 4 倍 . 至今其确切质量和表面成分仍未知 , 假设该行星的密度和地球相当 , 根据以上信息可知该行星的第一宇宙速度约为 ( 　　 ) A . 3 . 3 × 10 3 m/s B . 7 . 9 × 10 3 m/s C . 1 . 2 × 10 4 m/s D . 1 . 9 × 10 4 m/s 考点分阶突破 考点分阶突破 ■ 方法技巧 常见卫星的四个比较 (1) 同步卫星的周期、轨道平面、高度、线速度、角速度、绕行方向均是固定不变的 , 常用于无线电通信 , 故又被称为通信卫星 . (2) 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 . (3) 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地球的半径 , 其运行线速度约为 7 . 9 km/s . (4) 赤道上的物体随地球自转而做匀速圆周运动 , 由万有引力和地面支持力的合力充当向心力 ( 或者说由万有引力的分力充当向心力 ), 它的运动规律不同于卫星 , 但它的周期、角速度与同步卫星相等 . 系统 可视天体绕黑洞做圆周运动 两颗可视星构成的双星系统 三星系统 ( 正三角形排列 ) 三星 系统 ( 直线等间距排列 ) 图示 向心力 的来源 黑洞对可视天体的万有引力 彼此给对方的万有引力 另外两星球提供的万有引力的合力 另外两星球对其万有引力的合力 考点 四 　双星与多星模型 考点分阶突破 知能必备 考点分阶突破 考向探究 考点分阶突破 考点分阶突破 图 15 - 6 考点分阶突破 考点分阶突破 考点分阶突破 考点分阶突破 ■ 方法技巧 多星问题的解题技巧 (1) 挖掘一个隐含条件 : 在圆周上运动天体的角速度 ( 或周期 ) 相等 ; (2) 重视向心力来源的分析 : 双星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供 , 三星或多星做圆周运动的向心力往往是由多个星体提供的万有引力的合力来提供 ; (3) 圆周运动的轨道半径和两天体间的距离是不同的 , 不能误认为一样 . 高考模拟演练 高考真题 高考模拟演练 [ 答案 ] C 高考模拟演练 2 . [ 2016· 北京卷 ] 如图 15 - 7 所示 , 一颗人造卫星原来在椭圆轨道 1 绕地球 E 运行 , 在 P 点变轨后进入轨道 2 做匀速圆周运动 . 下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 不论在轨道 1 还是轨道 2 运行 , 卫星在 P 点的速度都相同 B . 不论在轨道 1 还是轨道 2 运行 , 卫星在 P 点的加速度都相同 C . 卫星在轨道 1 的任何位置都具有相同加速度 D . 卫星在轨道 2 的任何位置都具有相同动量 图 15 - 7 [ 答案 ] B 高考模拟演练 高考模拟演练 3 . [ 2016· 全国卷 Ⅰ ] 利用三颗位置适当的地球同步卫星 , 可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯 , 目前 , 地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的 6 . 6 倍 . 假设地球的自转周期变小 , 若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的 , 则地球自转周期的最小值约为 ( 　　 ) A . 1 h B . 4 h C . 8 h D . 16 h 高考模拟演练 [ 答案 ] B 高考模拟演练 精选模拟 图 15 - 8 高考模拟演练 [ 答案 ] A 教师备用习题 教师备用习题 2 . 卫星 A 、 B 均绕地球做匀速圆周运动 , 二者的角速度之比 ω A ∶ ω B = 1 ∶ 8, 则两颗卫星的 ( 　　 ) A . 轨道半径之比 r A ∶ r B = 64 ∶ 1 B . 轨道半径之比 r A ∶ r B = 1 ∶ 4 C . 运行速度之比 v A ∶ v B = 1 ∶ D . 运行速度之比 v A ∶ v B = 1 ∶ 2 教师备用习题 3 . [ 2016· 天津卷 ] 我国即将发射 “ 天宫二号 ” 空间实验室 , 之后发生 “ 神舟十一号 ” 飞船与 “ 天宫二号 ” 对接 . 假设 “ 天宫二号 ” 与 “ 神舟十一号 ” 都围绕地球做匀速圆周运动 , 为了实现飞船与空间实验室的对接 , 下列措施可行的是 ( 　　 ) A . 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行 , 然后飞船 加速追上空间实验室实现对接 B . 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行 , 然后空间 实验室减速等待飞船实现对接 C . 飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速 , 加速后飞船逐渐靠近空间实验室 , 两者速度接近时实现对接 D . 飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速 , 减速后飞船逐渐靠近空间实验室 , 两者速度接近时实现对接 教师备用习题 教师备用习题 4 . ( 多选 ) [ 2017· 江苏卷 ] “ 天舟一号 ” 货运飞船于 2017 年 4 月 20 日在文昌航天发射中心成功发射升空 . 与 “ 天宫二号 ” 空间实验室对接前 ,“ 天舟一号 ” 在距地面约 380 km 的圆轨道上飞行 , 则其 ( 　　 ) A . 角速度小于地球自转角速度 B . 线速度小于第一宇宙速度 C . 周期小于地球自转周期 D . 向心加速度小于地面的重力加速度 教师备用习题 教师备用习题 教师备用习题 教师备用习题 6 . ( 多选 ) 假设将来人类登上了火星 , 考察完毕后乘坐一艘宇宙飞船从火星返回地球时 , 飞船经历如图所示的变轨过程 , 则下列关于这艘 飞船的说法中正确的是 ( 　　 ) A . 飞船在轨道 Ⅰ 上运动时的机械能大于在轨道 Ⅱ 上 运动时的机械能 B . 飞船在轨道 Ⅱ 上运动时 , 经过 P 点时的速度大于经过 Q 点时的速度 C . 飞船绕火星在轨道 Ⅰ 上运动的周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以与轨道 Ⅰ 相同的轨道半径运动的周期相同 D . 飞船在轨道 Ⅲ 上运动到 P 点时的加速度等于飞船在轨道 Ⅱ 上运动到 P 点时的加速度 教师备用习题 教师备用习题 教师备用习题 教师备用习题