全国版2019版高考物理一轮复习第5章天体运动第20课时天体运动与人造卫星学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 20 课时 天体运动与人造卫星 考点 1 卫星运行参量的分析与比较 1理想模型：认为卫星绕中心天体都做匀速圆周运动。 2中心天体对卫星的万有引力提供向心力，即是匀速圆周运动的一种应用。 3卫星的运行参数随轨道半径变化的规律 由 GMmr2 ma mv2r m2r m42T2 r m42n2r 可得： ?v GMr GMr3T 42r3GMn GM4 2r3a GMr2?当 r 增大时?v减小 减小T增大n减小a减小越高越慢 4地球同步卫星的六个 “ 一定 ” 【 精品教育资源文库 】 例 1 (2015 北京高考 )假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地

2、球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么 ( ) A地球的公转周期大于火星的公转周期 B地球公转的线速度小于火星公转的线速度 C地球公转的加速度小于火星公转的加速度 D地球公转的角速度大于火星公转的角速度 解析 由 T 2 r3GM，得 T 地 v 火 ， B 错误；由 aGMr2得 a 地 a 火 ， C 错误；由 GMr3得 地 火 ， D 正确。 答案 D (1)一个模型 天体 (包括卫星 )的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型。 (2)两条思路 思路一：万有引力提供向心力 GMmr2 mv2r m2r m42T2 r ma 思路二：在中心天体表面，万有引力等于重力 mg GMmR2 (

3、g 为天体表面处的重力加速度 ) (3)a、 v、 、 T 均与卫星 (或行星 )的质量无关，只由轨道半径和中心天体质量共同决定，所有参量的比较，最终归结到半径的比较。 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一起转动， b 在地面附近近地轨道上正常运动， 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所示，则下列说法中正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A a 的向心加速度等于重力加速度 g B c 在 4 h 内转过的圆心角是 6 C在相同时间内 b 转过的弧长最长 D d 的运行周期可能是 23 h 答案 C 解析 地球赤道上静止

4、的物体随地球自转的向心加速度小于重力加速度， A 错误；同步卫星 c 在 4 h 内转过的圆心角 3 ， B 错误；相同时间内转过的弧长 s vt 由线速度 v决定，卫星 b 的线速度最大，因此相同时间内 b 转过的弧长最长， C 正确； d 的轨道比同步卫星 c 的轨道高，其运行周期比 c 的大，故其运行周期一定大于 24 h， D 错误。 考点 2 宇宙速度的理解与计算 1环绕速度与发射速度的比较 近地卫星的环绕速度 v GMR gR 7.9_km/s，通常称为第一宇宙速度，它是地球周围所有卫星的绕地球做匀速圆周运动的最大 运行速度 ，是在地面上发射卫星的最小发射速度 。 2三种宇宙速度

5、【 精品教育资源文库 】 例 2 (2015 广东高考 )(多选 )在星球表面发射探测器，当发射速度为 v 时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动；当发射速度达到 2v 时，可摆脱星球引力束缚脱离该星球。已知地球、火 星两星球的质量比约为 10 1，半径比约为 2 1，下列说法正确的有 ( ) A探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大 B探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大 C探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等 D探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大 解析 发射速度为 v 时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动，由 GMmR2 mv2R ，解得 v GMR ， M 为星球的质

6、量，要使探测器脱 离星球的吸引，则发射速度为 v 脱 2v 2GMR ，该速度与探测器的质量无关，由此式可知，探测器分别在地球和火星表面发射时的脱离速度不同， A、 C 错误；探测器受到【 精品教育资源文库 】 的引力 F GMmR2 ，在两星球表面的引力之比 F地F火 M地M火 R2火R2地 52， B 正确；探测器脱离星球的过程中，万有引力做负功，势能逐渐增大， D 正确。 答案 BD (1)第一宇宙速度的推导有两种方法： 由 GMmR2 mv21R得 v1 GMR ； 由 mg mv21R得 v1 gR。 (2)第一宇宙速度的公式不仅适用于地球，也适用于其他星球，只是 M、 R、 g

7、必须与相应星球对应，不能套用地球的参数。 我国 “ 玉兔号 ” 月球车被顺利送抵月球表面，并发回大量图片和信息。若该月球车在地球表面的重力为 G1，在月球表面的重力为 G2。已知地球半径为 R1，月球半径为 R2，地球表面处的重力加速度为 g1，月球表面处的重 力加速度为 g2，则 ( ) A “ 玉兔号 ” 月球车在地球表面与月球表面质量之比为 G1G2B地球的质量与月球的质量之比为 G1R22G2R21 C地球表面处的重力加速度与月球表面处的重力加速度之比为 G2G1D地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为 G1R1G2R2答案 D 解析 “ 玉兔号 ” 无论在月球表面还是地球表面质

8、量都不会变化， A 错误；地球表面月球车重力 G1 mg1，月球表 面月球车重力 G2 mg2，可得地球表面处的重力加速度与月球表面处的重力加速度之比 g1g2 G1G2， C 错误；在天体表面万有引力等于重力，即 G1 GM1mR21， G2 GM2mR22，可得 M1M2 G1R21G2R22， B 错误；分析可得地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比v1v2 g1R1g2R2 G1R1G2R2， D 正确。 【 精品教育资源文库 】 1 (2017 南平质检 )某星球直径为 d，宇航员在该星球表面以初速度 v0竖直上抛一个物体，物体上升的最大高度为 h，若物体只受该星球引力作用，则

9、该星球的第一宇宙速度为( ) A.v02 B 2v0 dh C.v02 hd D.v02 dh 答案 D 解析 物体做竖直上抛运动，根据公式 v20 2gh 知星球表面的重力加速度为： g v202h。根据万有引力提供向心力可得： G Mm?d22 mv2d2，解得 v 2GMd ；又 G Mm?d22 mg，解得： v v02 dh，故选 D。 2 (2017 山东实验中学一诊 )地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a1，地球的同步卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为 r，向心加速度为 a2。已知引力常量为 G，地球半径为 R。下列说法正确的是 ( ) A地球质量 M a1R2G B地

10、球质量 Ma2r2G C a1、 a2的关系是 a1a2 D加速度之比 a1a2 r2R2 答案 B 解析 根据 GMmr2 ma2得，地球的质量 M a2r2G ，在赤道上有 GMmR2 mg ma1，故 A 错误， B正确；地球赤道上的物体与同步卫星的角速度相等，根据 a 2r 知， a1a2 Rr， a1a1a3 B a3a2a1 C a3a1a2 D a1a2a3 答案 D 解析 卫星围绕地球运行时，万有引力提供向心力，对于东方红一号，在远地点时有G Mm1?R h1?2 m1a1，即 a1GM?R h1?2，对于东方红二号，有 GMm2?R h2?2 m2a2，即 a2GM?R h2?2，由于 h2h1，故 a1a2，东方红二号卫星与地球自转的角速度相等，由于东方红二号做圆周运动的轨道半径大于地球赤道上物体做圆周运动的半径，根据 a 2r，故 a2a3，所以 a1a2a3，