高考物理 一轮复习 4.5 天体运动与人造卫星
高考物理总复习课件时天体运动和人造卫星
宇宙速度与逃逸速度
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04
第一宇宙速度
指物体在地面附近绕地球做匀 速圆周运动的速度，数值为 7.9km/s。
第二宇宙速度
指物体完全摆脱地球引力束缚 ，飞离地球所需要的最小速度 ，数值为11.2km/s。
第三宇宙速度
指物体完全摆脱太阳引力束缚 ，飞出太阳系所需要的最小速 度，数值为16.7km/s。
针对易错题型和难点题型进行专项训练，提高解题 速度和准确性。
模拟试卷训练提高实战能力
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完成多套高考物理模拟试卷，熟悉考试流程和题型分 布。
通过模拟考试检验自己的复习效果，查漏补缺。
针对模拟考试中出现的问题进行反思和总结，调整复 习策略。
备考心态调整和时间管理建议
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保持积极的心态，相信自己能 够取得好成绩。
利用卫星搭载的光学、雷达等传感器对地球表面进行观测和数据采集，
通过数据处理和分析提取有用信息。
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遥感技术应用
广泛应用于气象观测、环境监测、资源调查、军事侦察等领域，为人类
社会提供大量有价值的信息。
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发展趋势
随着传感器技术、数据处理技术和人工智能技术的不断发展，遥感技术
将在分辨率、观测能力、数据处理速度等方面取得更大突破，为卫星应
着重理解天体运动的规 律，如开普勒定律、万 有引力定律等。
掌握人造卫星的发射、 运行和变轨等基本原理 。
突破重点难点，如天体 运动中的椭圆轨道问题 、人造卫星的变轨问题 等。
历年真题解析及答题技巧指导
解析历年高考物理天体运动和人造卫星相关真题， 了解题型和考点。
2020高考备考物理重难点《天体运动与人造航天器》(附答案解析版)
重难点05 天体运动与人造航天器【知识梳理】考点一 天体质量和密度的计算1．解决天体（卫星）运动问题的基本思路（1）天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即ma r mv r T m r m rMm G ====2222)2(πω（2）在中心天体表面或附近运动时，万有引力近似等于重力，即2R MmG mg =（g 表示天体表面的重力加速度）．（2）利用此关系可求行星表面重力加速度、轨道处重力加速度： 在行星表面重力加速度：2R Mm Gmg =，所以2R MG g = 在离地面高为h 的轨道处重力加速度：2)(h R Mm G g m +='，得2)(h R MG g +=' 2．天体质量和密度的计算（1）利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R .由于2R Mm G mg =，故天体质量GgR M 2=天体密度：GRgV M πρ43==（2）通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T 和轨道半径r .①由万有引力等于向心力，即r T m rMm G 22)2(π=，得出中心天体质量2324GT r M π=；②若已知天体半径R ，则天体的平均密度3233RGT r V M πρ== ③若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为其轨道半径r 等于天体半径R ，则天体密度23GTV M πρ==.可见，只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T ，就可估算出中心天体的密度． 【重点归纳】 1.黄金代换公式（1）在研究卫星的问题中，若已知中心天体表面的重力加速度g 时，常运用GM ＝gR 2作为桥梁，可以把“地上”和“天上”联系起来．由于这种代换的作用很大，此式通常称为黄金代换公式． 2. 估算天体问题应注意三点（1）天体质量估算中常有隐含条件，如地球的自转周期为24 h ，公转周期为365天等． （2）注意黄金代换式GM ＝gR 2的应用． （3）注意密度公式23GTπρ=的理解和应用． 考点二 卫星运行参量的比较与运算 1．卫星的动力学规律由万有引力提供向心力，ma r mv r T m r m rMm G ====2222)2(πω2．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律r GM v =；3r GM =ω；GMr T 32π=；2r GM a = （1）卫星的a 、v 、ω、T 是相互联系的，如果一个量发生变化，其它量也随之发生变化；这些量与卫星的质量无关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定．（2）卫星的能量与轨道半径的关系：同一颗卫星，轨道半径越大，动能越小，势能越大，机械能越大．3．极地卫星和近地卫星（1）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． （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地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s. （3）两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心． 【重点归纳】1．利用万有引力定律解决卫星运动的一般思路 （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）两组公式卫星运动的向心力来源于万有引力：ma r mv r T m r m rMm G ====2222)2(πω在中心天体表面或附近运动时，万有引力近似等于重力，即：2R MmGmg = （g 为星体表面处的重2．卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⇒⇒⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫====减小增大减小减小增大时当半径a T v r r GM a GM r T r GM r GM v ωπω2332 考点三 宇宙速度 卫星变轨问题的分析1．第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，既是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度．2．第一宇宙速度的两种求法：（1）r mv r Mm G 212=，所以r GMv =1 （2）rmv mg 21=，所以gR v =1.3．第二、第三宇宙速度也都是指发射速度．4.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，卫星将变轨运行：（1）当卫星的速度突然增加时，r mv rMm G 22<，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时由rGMv =可知其运行速度比原轨道时减小．（2）当卫星的速度突然减小时，r mv rMm G 22>，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由rGMv =可知其运行速度比原轨道时增大．卫星的发射和回收就是利用这一原理．1.处理卫星变轨问题的思路和方法（1）要增大卫星的轨道半径，必须加速；（2）当轨道半径增大时，卫星的机械能随之增大．2.卫星变轨问题的判断：（1）卫星的速度变大时，做离心运动，重新稳定时，轨道半径变大．（2）卫星的速度变小时，做近心运动，重新稳定时，轨道半径变小．（3）圆轨道与椭圆轨道相切时，切点处外面的轨道上的速度大，向心加速度相同.3.特别提醒:“三个不同”（1）两种周期——自转周期和公转周期的不同（2）两种速度——环绕速度与发射速度的不同，最大环绕速度等于最小发射速度（3）两个半径——天体半径R和卫星轨道半径r的不同【限时检测】（建议用时：30分钟）1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。
(完整word)高三一轮专题复习：天体运动知识点归类解析,推荐文档
天体运动知识点归类解析【问题一】行星运动简史 1、两种学说（1）地心说:地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。
支持者托勒密。
（2）.日心说：太阳是宇宙的中心，而且是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。
（3）.两种学说的局限性都把天体的运动看的很神圣，认为天体的运动必然是最完美，最和谐的圆周运动，而和丹麦天文学家第谷的观测数据不符。
2、开普勒三大定律开普勒1596年出版《宇宙的神秘》一书受到第谷的赏识，应邀到布拉格附近的天文台做研究工作。
1600年，到布拉格成为第谷的助手。
次年第谷去世，开普勒成为第谷事业的继承人。
第谷去世后开普勒用很长时间对第谷遗留下来的观测资料进行了整理与分析他在分析火星的公转时发现，无论用哥白尼还是托勒密或是第谷的计算方法得到的结果都与第谷的观测数据不吻合。
他坚信观测的结果，于是他想到火星可能不是按照人们认为的匀速圆周运动他改用不同现状的几何曲线来表示火星的运动轨迹，终于发现了火星绕太阳沿椭圆轨道运行的事实。
并将老师第谷的数据结果归纳出三条著名定律。
第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。
如图某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a ，近日点离太阳的距离为b ，过远日点时行星的速率为a v ，过近日点时的速率为b v由开普勒第二定律，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积，取足够短的时间t ∆，则有：t bv t av b a ∆=∆2121①所以bav v a b = ② ②式得出一个推论：行星运动的速率与它距离成反比，也就是我们熟知的近日点快远日点慢的结论。
②式也当之无愧的作为第二定律的数学表达式。
第三定律：所有行星的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期平方的比值都相等。
用a 表示半长轴，T 表示周期，第三定律的数学表达式为k T a =23，k 与中心天体的质量有关即k 是中心天体质量的函数)(23M k T a =①。
2023届高考物理一轮复习课件：天体运动与人造卫星
一、天上卫星模型
天体运动与人造卫星
1.基本规律
v2
Mm
GM
(1)线速度：G 2 ＝m ⇒v＝
r
r
r
Mm
GM
2
(2)角速度：G 2 ＝mω r⇒ω＝
r
r3
Mm
GM
(3)向心加速度：G 2 ＝ma⇒a＝ 2
r
r
2π
3
Mm
r
(4)周期：G 2 ＝m T 2r⇒T＝2π
r
GM
=
=
=
=
口诀：高轨低速大周期大机械能
只适合绕同一中心天体的圆轨道卫星
第2课时
一、天上卫星模型
天体运动与人造卫星
1.基本规律
2.中心天体质量和密度
知2求质，知3求密
①
=
r
R
(特别知1求密).
=
若
=
则
=
得： =
设地球自转周期为 24 h，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排
列位置如图所示，则下列关于卫星的说法中正确的是(
C)
A．a 的向心加速度等于重力加速度 g
π
B．c 在 4 h 内转过的圆心角为
6
C．b 在相同的时间内转过的弧长最长
D．d 的运动周期可能是 23 h
那如何发射一
颗卫星呢？
第2课 天体运动与人造卫星
BD
3．1798 年，卡文迪什测出万有引力常量 G，因此他被称为“能够称出地球质量的
2025高考物理总复习天体运动与人造卫星
A.木卫一轨道半径为16 r
B.木卫二轨道半径为2 r
C.周期 T 与 T0 之比为
3
2
0 2 3
D.木星质量与地球质量之比为 2 n
解析 设木卫一、木卫二和木卫三的公转轨道半径分别为 r1、r2、r3,根据题
3
3
1
意知 =n,在中心天体一定时,T2∝r3,故
3
r1=
1
4
2
3
nr,r2=
4π2 3
,同理得地球质量 m 地=
0
木
2 ,解得
地
3 2
=
=m
2π 2
r3,解得
0 2 3
2 n ,选项 D 正确。
典题2 (2023浙江6月选考)木星的卫星中,木卫一、木卫二、木卫三做圆周
运动的周期之比为1∶2∶4。木卫三周期为T,公转轨道半径是月球绕地球
轨道半径r的n倍。月球绕地球公转周期为T0,则( D )
发射速度
×
提示 第二宇宙速度大于光速。
研考点•精准突破
典题4 (2023辽宁盘锦模拟)三个宇宙速度的示意图如图所示,则( D )
A.嫦娥一号卫星的无动力发射速度需要
大于16.7 km/s
B.太阳系外飞行器的无动力发射速度只
需要大于11.2 km/s
C.天宫空间站的飞行速度大于7.9 km/s
D.三个宇宙速度对哈雷彗星(绕太阳运动)
不适用
解析 嫦娥一号绕月球运行,但仍没有脱离太阳系,无动力发射速度需要小
于16.7 km/s,A错误;太阳系外飞行器的无动力发射速度需要大于16.7
km/s,B错误;天宫空间站绕地球做近似圆周运动,运动速度小于7.9 km/s,C
京津鲁琼版高考物理总复习第四章第5节天体运动与人造卫星课件
Rg＝5 075 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．
[答案] AD
天体相遇与追及问题的处理方法 首先根据GMr2m＝mrω2 判断出谁的角速度大，然后根据两星追 上或相距最近时满足两星运动的角度差等于 2π的整数倍，即 ωAt－ωBt＝n·2π(n＝1、2、3…)，相距最远时两星运行的角度 差等于π的奇数倍，即 ωAt－ωBt＝(2n＋1)π(n＝0、1、2…)．
提示：(1)× (2)×
做一做 (多选)(沪科必修 2·P102·T1)关于相对于地面静止不动的同步卫星， 下列说法中正确的是( ) A．它一定在赤道上空 B．同步卫星的高度和速率是确定的值 C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度 D．它运行的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 提示：ABC
A．该星球上的第一宇宙速度为
3gR 3
B．该星球上的第二宇宙速度为
gR 3
ρ
C．该星球的平均密度为 2
D．该星球的质量为8π8R13ρ
解析：选 BC.该星球表面的重力加速度 g′＝g6，由 mg′＝mRv2可 3
得星球第一宇宙速度 v1＝ g′3 R＝ g1R8，第二宇宙速度为 v2
＝ 2v1＝ g3R，故 A 错误，B 正确；地球表面上物体的重力等 于万有引力，即 GmRM2 ＝mg，地球的质量为 M＝gGR2＝ρ·43πR3； 同理，星球的质量为 M′＝g′GR′2＝ρ′·43πR′3，联立解得：ρ′
2023届高考物理一轮复习学案 4.5 天体运动的三类热点问题
第5节 天体运动的三类热点问题 学案突破一 卫星的发射与变轨问题1．变轨原理及过程(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上，如图所示。
(2)在A 点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。
(3)在B 点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。
2．各物理量的比较(1)两个不同轨道的“切点”处线速度不相等。
图中v ⅢB >v ⅡB ，v ⅡA >v ⅠA 。
(2)同一个椭圆轨道上近地点和远地点的线速度大小不相等。
从远地点到近地点万有引力对卫星做正功，卫星的动能增大(引力势能减小)。
图中v ⅡA >v ⅡB ，E k ⅡA >E k ⅡB ，E p ⅡA <E p ⅡB 。
(3)两个不同圆轨道上线速度大小不相等。
轨道半径越大，线速度越小，图中v Ⅰ>v Ⅲ。
(4)卫星在不同轨道上的机械能E 不相等，“高轨高能，低轨低能”。
卫星变轨过程中机械能不守恒。
图中E Ⅰ<E Ⅱ<E Ⅲ。
(5)卫星运行的加速度与卫星和中心天体间的距离有关，与轨道形状无关，图中a ⅢB ＝a ⅡB ，a ⅡA ＝a ⅠA 。
[典例1] (2021·四川省遂宁市高三下学期5月三诊)2021年1月，“天通一号”03星发射成功。
发射过程简化为如图所示：火箭先把卫星送上轨道1(椭圆轨道，P 、Q 是远地点和近地点)后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道2(圆轨道)；卫星最后变轨到轨道3(同步圆轨道)。
轨道1、2相切于P 点，轨道2、3相交于M 、N 两点。
忽略卫星质量变化( )A ．卫星在三个轨道上的周期T 3>T 2>T 1B ．由轨道1变至轨道2，卫星在P 点向前喷气C ．卫星在三个轨道上机械能E 3＝E 2>E 1D ．轨道1在Q 点的线速度小于轨道3的线速度[典例2] (多选)若“嫦娥五号”从距月面高度为100 km 的环月圆形轨道Ⅰ上的P 点实施变轨，进入近月点为15 km 的椭圆轨道Ⅱ，由近月点Q 落月，如图所示。
4.5 第5节 天体运动与人造卫星
������������ ������ 2
=m
4π 2 ������
r 得,r= 2
3
������������������ 2 4π 2
=4.23×104 km,卫星离
地面高度 h=r-R≈6R(为恒量 35 786 km)。
(5)绕行方向一定:与地球自转的方向一致。
基础夯实 基础夯实 自我诊断
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关闭
由题意知卫星运行的轨迹所对圆心角为 120°,即运行了三分之一 A.该卫星与同步卫星的运行半径之比为������������ 1 ∶4 4 π 2 周期 ,用时 1 h,因此卫星的周期 T=3 h,由 G 2 =m 2 r 可得 T∝√������ 3 , ������ ∶2 ������ B.该卫星与同步卫星的运行速度之比为1 又同步卫星的周期 T 同 =24 h,则极地卫星与同步卫星的运行半径之 C.该卫星的运行速度一定大于 7.9 km/s 2 ������������ ������ 1 比为 1∶4,A 正确 ;由 G 2 =m ,可得 v∝ ,故极地卫星与同步卫星 D.该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能
根据三个宇宙速度的意义,可知选项 A、B 错误,选项 C 正确;已知 M
火
=
������地 9
,R 火 =
������地 2
,则
������火 ������地
=
������������火 ������火
∶
������������地 ������地
=
√2 ,选项 3
D 正确。
解析
关闭
CD
答案
基础夯实 考点一 考点二 考点三
→v =
GM r
→v ∝