高中物理近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题
近地卫星课件
A.
1
2
=
B.
同步卫星
1
1
【答案】 A
1
2
=
2
( )
2
2
2
C.
1
2
=
D.
1
2
=
1
( )2
【例3】地球赤道上有一物体随地球的自转，所受的向心力为F1，向心加速度为a1，
线速度为v1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)，所
受的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为ω2；地球的同步卫星所
受的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3；地球表面的重力加
速度为g，第一宇宙速度为v，假设三者质量相等，则(
)．
A．F1＝F2>F3
B．a1＝a2＝g>a3
C．v1＝v2＝v>v3
D．ω1＝ω3<ω2
【答案】 D
小结
近地卫星与同步卫星以及地球赤道上的物体之间既有
区别也有联系，关键是搞清楚动力学特点！
近地卫星
近地卫星运行的轨道半径等于地球半径，地球对他的万有引力提供向
心力，近地卫星的线速度就是第一宇宙速度
2
=
=
2
近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体的三种匀速圆周运动的比较
(1)轨道半径：近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同，同步卫星的轨道半径较大，
即r同>r近＝r物．
)
A．1 > 2 > 3
B．1 < 3 < 2
C．1 > 2 > 3
高考物理学霸复习讲义万有引力-第六部分 特殊卫星及天体分析
一、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，其运行的线速度约为7.9 km/s 。
二、同步卫星同步卫星是指相对地球“静止不动”的卫星。
同步卫星的六个“一定”： 1．地球赤道上的物体，静止在地面上与地球相对静止，随地球的自转绕地轴做匀速圆周运动。
地球赤道上的物体受到的地球的万有引力，其中的一个分力提供物体随地球自转做圆周运动的向心力，产生向心加速度a ，另一个分力为重力，有G2MmR －mg =ma （其中R 为地球半径）。
2．近地卫星的轨道高度约等于地球的半径，其所受万有引力完全提供卫星做圆周运动的向心力，即G2MmR =ma 。
3．同步卫星与赤道上的物体具有与地球自转相同的运转周期和运转角速度，始终与地球保持相对静止状态，共同绕地轴做匀速圆周运动。
4．区别：（1）同步卫星与地球赤道上的物体的周期都等于地球自转的周期，而不等于近地卫星的周期。
（2近地卫星与地球赤道上的物体的运动半径都等于地球的半径，而不等于同步卫星运动的半径。
（3）三者的线速度各不相同。
四、求解此类试题的关键1．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的向心加速度的比例关系时应依据二者角速度相同的特点，运用公式a =ω2r 而不能运用公式a =2GMr。
2．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的线速度的比例关系时，仍要依据二者角速度相同的特点，运用公式v =ωr 而不能运用公式v =GMr。
3．在求解“同步卫星”运行速度与第一宇宙速度的比例关系时，因都是由万有引力提供的向心力，故要运用公式v =GMr，而不能运用公式v =ωr 或v =gr 。
【典例1】有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 在地球赤道上未发射，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，则有A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．c 在4 h 内转过的圆心角是π/6C ．b 在相同时间内转过的弧长最长D ．d 的运动周期有可能是20 h 【答案】C【解析】对于卫星a ，根据万有引力定律、牛顿第二定律可得2-GMm N ma r =向，而2GMmmg r =，故a 的向心加速度小于重力加速度g ，A 项错；由c 是地球同步卫星可知卫星c 在4 h 内转过的圆心角是π3，B 项错；由22GMm v m r r =得，GMv r=，故轨道半径越大，线速度越小，故卫星b 的线速度大于卫星c 的线速度，卫星c 的线速度大于卫星d 的线速度，而卫星a 与同步卫星c 的周期相同，故卫星c 的线速度大于卫星a 的线速度，C 项对；由22π()Mm G m r r T =得，32πr T GM=，轨道半径r 越大，周期越长，故卫星d 的周期大于同步卫星c 的周期，D 项错。
湖南省长沙市第一中学2021届高二物理复习训练(卫星问题) Word版含答案
长沙市第一中学2021届高二物理复习训练(卫星问题)学校:___________姓名：___________班级：___________一.选择题1.（多选题）如图所示，1为同步卫星，2为近地卫星，3为赤道上的一个物体，它们都在同一平面内绕地心做圆周运动．关于它们的圆周运动的线速度、角速度、和向心加速度，下列说法正确的是（）A．v2=v3＞v1B．ω1=ω3＜ω2 C．a1＜a2=a3D．a2＞a1＞a 32.放射地球同步卫星时，先将卫星放射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最终再次点火，将卫星送入同步圆轨道3．轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则（）A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度等于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道1上经过Q点时的速率小于它在轨道2上经过Q点时的速率D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度大于它在轨道3上经过P点时的加速度3.如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带．假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动．下列说法正确的是（）A．太阳对小行星的引力相同B．各小行星绕太阳运动的周期小于一年C．小行星带内侧小行星的向心加速度值大于小行星带外侧小行星的向心加速度值D．小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值4.一艘宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行，要测定该行星的平均密度，仅仅需要（）A．测定飞船的运行周期B．测定飞船的环绕半径C．测定行星的体积D．测定飞船的运行速度5.(多选题)如图所示，有一个半径为R的光滑圆轨道，现给小球一个初速度，使小球在竖直面内做圆周运动，则关于小球在过最高点的速度v，下列叙述中正确的是（）A．v的微小值为gRB．v由零渐渐增大，轨道对球的弹力渐渐增大C．当v由gR值渐渐增大时，轨道对小球的弹力也渐渐增大D．当v由gR值渐渐减小时，轨道对小球的弹力渐渐增大6.杂技演员表演“水流星”，在长为1.6m的细绳的一端，系一个总质量为m=0.5㎏的盛水容器，以绳的一端为圆心，在竖直平面内作圆周运动，若“水流星”通过最高点的速度为v=4m/s，则下列哪些说法正确（g=10m/s2）（）A．“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出B．“水流星”通过最高点时，绳的张力及容器底受到的压力均为零C．“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受力的作用D．“水流星”通过最高点时，绳子的拉力大小为5N7.一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定，有质量相同的小球A和B沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，A的运动半径较大，则（）A．球A的角速度必大于球B的角速度B．球A的线速度必大于球B的线速度C．球A的运动周期必大于球B的运动周期D．球A对筒壁的压力必大于球B对筒壁的压力8.如图所示，A、B为咬合传动的两齿轮，R A=2R B ，则A、B两轮边缘上两点的（）A．角速度之比为2：1 B．向心加速度之比为1：2C．周期之比为1：2 D．转速之比为2：19.(多选题)如图所示，AB为斜面，BC为水平面，从A点以水平速度v0抛出一小球，此时落点到A的水平距离为x1；从A点以水平速度3v0抛出小球，这次落点到A点的水平距离为x2，不计空气阻力，则x1：x2可能等于（）A．1：3 B．1：6 C．1：9 D．1：1210.以v0的速度水平抛出一物体，当其竖直分位移与水平分位移相等时，则此物体的（）A ．竖直分速度等于水平分速度B ．瞬时速度大小为5v 0C ．运动时间为g v 0D ．运动的位移为gv 22 二.非选择题11.宇航员在某星球表面以初速度v 0竖直向上抛出一个物体，物体上升的最大高度为h ．已知该星球的半径为R ，且物体只受该星球引力作用． （1）求该星球表面的重力加速度；（2）假如要在这个星球上放射一颗贴近它表面运行的卫星，求该卫星做匀速圆周运动的线速度和周期． 12.如图所示，一根长0.1m 的细线，一端系着一个质量为0.18kg 的小球，拉住线的另一端，使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动．当小球的转速增加到原来转速的3倍时，细线断裂，这时测得线的拉力比原来大40N ．则：（g 取10m/s 2）（1）线断裂的瞬间，线的拉力多大？ （2）这时小球运动的线速度多大？（3）假如桌面高出地面0.8m ，线断后小球垂直桌面边缘飞出，落地点离桌面的水平距离为多少？13.如图所示，半径为R ，内径很小的光滑半圆管竖直放置．两个质量均为m 的小球a 、b 以不同的速度进入管内，a 通过最高点A 时，对管壁上部的压力为3mg ，b 通过最高点A 时，对管壁下部的压力为0.75mg ，求a 、b 两球落地点间的距离．14.平抛一物体，当抛出1s 后它的速度方向与水平方向成45°角，落地时速度方向与水平方向成60°角，求： （1）初速度v 0； （2）落地速度v 2；（3）开头抛出时距地面的高度； （4）水平射程．15.地球的两颗人造卫星质量之比m 1：m 2=1：2，圆周轨道半径之比r 1：r 2=1：2． 求：（1）线速度之比； （2）角速度之比； （3）运行周期之比； （4）向心力之比．参考答案1.BD【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．【分析】题中涉及三个物体：地球赤道上有一随地球的自转而做圆周运动物体3、绕地球表面四周做圆周运动的人造卫星2、地球同步卫星1；物体3与近地卫星2转动半径相同，物体3与同步卫星1转动周期相同，近地卫星2与同步卫星1同是卫星，都是万有引力供应向心力；分三种类型进行比较分析即可． 【解答】解：A 、物体3和同步卫星1周期相等，则角速度相等，即ω1=ω3，依据v=r ω， 则v 1＞v 3，卫星2和卫星1都靠万有引力供应向心力，依据 ，解得，知轨道半径越大，线速度越小，则v 2＞v 1．所以v 2＞v 1＞v 3，故A 错误；B 、物体3和同步卫星1周期相等，则角速度相等，即ω1=ω3，依据 ，知轨道半径越大，角速度越小，则ω2＞ω1．所以ω1=ω3＜ω2，故B 正确；C 、物体3和同步卫星1周期相等，则角速度相等，即ω1=ω3，而加速度a=r ω2， 则a 1＞a 3，卫星2和卫星1都靠万有引力供应向心力，依据=ma ，，知轨道半径越大，角速度越小，向心加速度越小，则a2＞a1，所以a2＞a1＞a3，故C错误，D正确；故选：BD．2.C【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．【分析】卫星绕地球做匀速圆周运动时，其向心力由万有引力供应，卫星通过做离心运动或近心运动实现轨道的变化，依据万有引力供应向心力列式求解．【解答】解：A 、卫星绕地球做匀速圆周运动时，由万有引力供应向心力得：，得，可知卫星的轨道半径越大，速率越小，所以卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率．故A错误．B、由万有引力供应向心力得：G=mrω2 ，得，则轨道半径大的角速度小，所以卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，故B错误．C、从轨道1到轨道2，卫星在Q点是做渐渐远离圆心的运动，要实现这个运动必需使卫星加速，使其所需向心力大于万有引力，所以卫星在轨道1上经过Q点时的速率小于它在轨道2上经过Q点时的速率．故C正确．D、卫星运行时只受万有引力，由G=m得：加速度a=，则知在同一地点，卫星的加速度相等，故D错误．故选：C3.C【考点】万有引力定律及其应用；向心力．【分析】小行星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力供应向心力，依据半径关系分析选项即可．【解答】解：小行星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力供应圆周运动向心力知：A 、太阳对小行星的引力，由于各小行星轨道半径质量均未知，故不能得出太阳对小行星的引力相同的结论，故A错误；B 、由周期知，由于小行星轨道半径大于地球公转半径，故小行星的周期均大于地球公转周期，即大于一年，故B错误；C、小行星的加速度知，小行星内侧轨道半径小于外侧轨道半径，故内侧向心加速度大于外侧的向心加速度，故C正确；D、线速度知，小行星的轨道半径大于地球半径，故小行星的公转速度小于地球公转的线速度，故D错误．故选：C．4.A【考点】万有引力定律及其应用．【分析】争辩飞船在某行星表面四周沿圆轨道绕该行星飞行，依据依据万有引力供应向心力，列出等式表示出行星的质量．依据密度公式表示出密度．【解答】解：依据密度公式得：A 、依据依据万有引力供应向心力，列出等式：得：代入密度公式得：，故A正确．B、已知飞船的轨道半径，无法求出行星的密度，故B错误．C、测定行星的体积，不知道行星的质量，故C错误．D 、已知飞船的运行速度，依据依据万有引力供应向心力，列出等式得：代入密度公式无法求出行星的密度，故D错误．故选A．5.CD【考点】向心力．【分析】小球在最高点，靠重力和管道的弹力供应向心力，最小速度为零，当v=gR 时，轨道的弹力为零，依据牛顿其次定律小球弹力和速度的关系．【解答】解：A 、由于轨道内壁下侧可以供应支持力，则最高点的最小速度为零．故A 错误．B 、当 v ＞gR ，管道上壁对小球有作用力，依据牛顿其次定律得，mg+F=m R v 2，当速度增大时，弹力F 增大．当v ＜gR ，管道下壁对小球有作用力，依据牛顿其次定律得，mg-N=m Rv 2，速度增大时，弹力减小，速度减小，弹力增大．故C 、D 正确，B 错误． 故选：CD ． 6.B【考点】向心力．【分析】当绳的张力恰好时，依据牛顿其次定律求出临界的最小速度，从而推断水能否从容器中流出．对整体分析，运用牛顿其次定律求出绳子张力的大小．【解答】解：A 、B 、当绳的张力恰好为零时，对水和容器整体，依据牛顿其次定律： mg=mLv2解得：v=gL =6.110⨯=4m/s ．可知，“水流星”通过最高点的速度最小速度为4m/s ，绳的张力为零，此时整体的加速度为 a=g ，所以水对桶底压力为零，水不会从容器中流出． 故A 错误，B 正确，D 错误C 、“水流星”通过最高点时，仅受重力，重力恰好完全供应向心力，处于完全失重状态．故C 错误． 故选：B ． 7.B【考点】向心力；线速度、角速度和周期、转速．【分析】对小球受力分析，受重力和支持力，合力供应向心力，依据牛顿其次定律列式求解即可． 【解答】解：对于任意一个小球，受力如图：将F N 沿水平和竖直方向分解得：F N cos θ=ma …①， F N sin θ=mg …②． 所以有：F N =θsin mg，因此质量大的对筒壁压力大，由于A 、B 两球的质量相等，两球受到的支持力相等，则小球对筒壁压力大小相等，故D 错误；由①：②可得：gcot θ=a ，可知两球的向心加速度大小相等．又 a=r v 2=ω2r=224Tr π所以半径大的线速度大，角速度小，周期大，与质量无关，故B 正确，AC 错误． 故选：B8.B【考点】线速度、角速度和周期、转速．【分析】咬合后的两齿轮有两轮边缘上线速度大小相等，依据线速度大小相等和各物理量的关系求解即可． 【解答】解：依据题意有两轮边缘上的线速度大小相等，即有v A =v BA 、依据角速度ω和线速度v 的关系v=r ω得角速度与半径成反比：即 ，故A 错误；B 、依据向心加速度a 与线速度v 的关系得，由于v A =v B 所以：，故B 正确；C 、依据同期T 和线速度v 的关系得，由于v A =v B 所以：，故C 错误；D 、依据转速n 和线速度v 的关系v=n2πR 得：由于v A =v B 所以：，故D 错误．故选：B 9.ABC【考点】平抛运动．【分析】该题考查平抛运动，但问题在于：两次抛出的是落在斜面AB 上，还是落在水平面BC 上，或者是一个在斜面上，一个在水平面上．都在斜面上时，两个的水平位移比值最大，都在水平面上时，两个的水平位移的比值最小，两个的水平位移的比值应当在最大与最小值之间．先求出最小值，再求出最大值，即可．【解答】解：A ：若都落在水平面上，运动的时间相等，有公式：x=vt 得：x 1=v 0t ，x 2=3v 0t ，所以：x 1：x 2=1：3；故A 正确；C ：若都落在斜面上，设斜面与水平面的夹角为θ，水平位移：x=vt ，竖直位移： ，则有：，水平位移：，所以：x 1：x 2=1：9．故C 正确；BD ：都落在斜面上时，两个的水平位移比值最大，都在水平面上时，两个的水平位移的比值最小，其他的状况应在两者之间，故B 正确，而D 错误．故选：ABC 10.B【考点】平抛运动；运动的合成和分解．【分析】通过竖直分位移与水平分位移大小相等，求出时间，依据时间可求出竖直方向的分速度以及速度的大小和方向．【解答】解：A 、竖直分位移与水平分位移大小相等，有v 0t=21gt 2，所以运动的时间为t=g v 02，此时竖直方向上的分速度v y =gt=2v 0．故A 、C 错误．B 、平抛运动瞬时速度的大小为v=220y v v +=5v 0，故B 正确；D 、此时水平方向上的位移的大小为x=v 0t=gv 22，由于此时竖直分位移与水平分位移大小相等，所以此时物体运动的位移的大小为gv x 2222=，故D 错误．故选B 11.见解析【考点】万有引力定律及其应用；竖直上抛运动；向心力．【分析】以初速度v 0竖直上抛一物体，物体在重力作用下做匀减速直线运动，当物体速度减为0时，物体上升到最大高度，已知初速度末速度和位移，依据匀变速直线运动的速度位移关系可以求出该星球表面的重力加速度g ，卫星绕星球表面做匀速圆周运动，重力供应万有引力，据此列式可得卫星运行的周期和线速度． 【解答】解：（1）由于上抛物体做匀减速直线运动，已知初速度v 0、末速度v=0、位移为h ，据： v 02=2gh（2）卫星贴近表面运转，重力供应万有引力，答：（1）该星球表面的重力加速度是；（2）假如要在这个星球上放射一颗贴近它表面运行的卫星，该卫星做匀速圆周运动的线速度是，周期是．12.见解析【考点】向心力；平抛运动．【分析】（1）球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，由线的拉力供应向心力，依据牛顿其次定律分别对开头时和断开前列方程，结合条件：线断开前的瞬间线的拉力比开头时大40N ，求解线的拉力；（2）设线断时小球的线速度大小为v ，此时绳子的拉力供应向心力，依据向心力公式即可求得速度；（3）小球离开桌面时做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，由高度求出时间，依据水平方向做匀速直线运动求出水平距离．【解答】解：（1）小球在光滑桌面上做匀速圆周运动时受三个力作用；重力mg、桌面弹力F N和细线的拉力F，重力mg和弹力F N平衡，线的拉力供应向心力，有：F n=F=mω2R，设原来的角速度为ω0，线上的拉力是F0，加快后的角速度为ω，线断时的拉力是F1，则有：F1：F0=ω2：ω02=9：1，又F1=F0+40N，所以F0=5N，线断时有：F1=45N．（2）设线断时小球的线速度大小为v，由F1= ，代入数据得：v=5m/s．（3）由平抛运动规律得小球在空中运动的时间为：t=s=0.4s，则落地点离桌面的水平距离为：x=vt=5×0.4=2m．答：（1）线断裂的瞬间，线的拉力为45N；（2）这时小球运动的线速度为5m/s；（3）落地点离桌面的水平距离为2m．13.见解析【考点】牛顿其次定律；平抛运动；向心力．【分析】对两个球分别受力分析，依据合力供应向心力，求出速度，此后球做平抛运动，正交分解后，依据运动学公式列式求解即可．【解答】解：两个小球在最高点时，受重力和管壁的作用力，这两个力的合力作为向心力，离开轨道后两球均做平抛运动，A、B两球落地点间的距离等于它们平抛运动的水平位移之差．对A球：3mg+mg=m解得v A =对B球：mg﹣0.75mg=m 解得v B =由平抛运动规律可得落地时它们的水平位移为：s A=v A t=v A= 4Rs B=v B t=v B=R∴s A﹣s B=3R即a、b两球落地点间的距离为3R．14.见解析【考点】平抛运动．【分析】（1）平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动．将两秒后的速度进行分解，依据v y=gt求出竖直方向上的分速度，再依据角度关系求出平抛运动的初速度．（2）将落地的速度进行分解，水平方向上的速度不变，依据水平初速度求出落地时的速度．（3）依据落地时的速度求出竖直方向上的分速度，再依据vy2=2gh求出抛出点距地面的高度．（4）依据落地时竖直方向上的分速度，运用v y=gt求出运动的时间．再依据x=v0t求出水平射程．【解答】解：如图，水平方向v x=v0，竖直方向v y=gt，1 s时速度与水平成45°角，即θ=45°由于tanθ=所以v x=v y初速度：v0=gt=10 m/s落地时，cosα=α=60°所以落地速度v2==20 m/s并且落地时竖直速度v y′=v x•tanα=10m/s飞行时间t=s抛出时高度：h=gt2=15 m水平射程：s=v0t=10m．答：（1）初速度为10 m/s；（2）落地速度为20 m/s；（3）开头抛出时距地面的高度为15m；（4）水平射程为10m．15.见解析【考点】万有引力定律及其应用；人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．【分析】（1）依据万有引力充当向心力，产生的效果公式可得出线速度和轨道半径的关系，可得结果；（2）依据圆周运动规律可得线速度和角速度以及半径的关系，直接利用上一小题的结论，简化过程；（3）依据圆周运动规律可得运行周期和角速度之间的关系，直接利用上一小题的结论，简化过程；（4）依据万有引力充当向心力可得向心力和质量以及半径的关系．【解答】解：设地球的质量为M，两颗人造卫星的线速度分别为V1、V2，角速度分别为ω1、ω2，运行周期分别为T1、T2，向心力分别为F1、F2；（1）依据万有引力和圆周运动规律得∴故二者线速度之比为．（2）依据圆周运动规律 v=ωr 得∴故二者角速度之比为．（3）依据圆周运动规律∴故二者运行周期之比为．（4）依据万有引力充当向心力公式∴故二者向心力之比为 2：1．。
高考物理复习 考前大串讲(基础知识+查漏补缺)专题05 万有引力与航天(含解析)
专题05 万有引力与航天【知识络】【知识清单】一、开普勒行星运动定律开普勒行星运动的定律是在丹麦天文学家弟谷的大量观测数据的基础上概括出的，给出了行星运动的规律。
内容图示备注第一定律(轨道定律)所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个公共焦点上行星运动的轨道必有近日点和远日点第二定律(面积定律) 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针对同一运行天体在运行过程中的相等时间段。
行星靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小，近日点速度最大，远日点速度最小。
第三定律(周期定律) 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等．表达式a 3T2＝k .③也适于用卫星绕行星的运动②通常椭圆轨道近似处理为圆轨道①K 值只取决于中心天体的质量二、万有引力定律1.内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成正比，与它们之间距离r 的平方成反比．2．表达式：F ＝Gm 1m 2r 2式中r 表示两质点间的距离,M 、m 表示两质点的质量,G 为引力常量：G ＝6.67×10－11N·m 2/kg 2.①两质点间的引力3．适用条件 ②质量分布均匀的球体 说明:(1)对万有引力定律公式中各量的意义一定要准确理解，尤其是距离r 的取值，一定要搞清它是两质点之间的距离. 质量分布均匀的球体间的相互作用力，用万有引力公式计算，式中的r 是两个球体球心间的距离．(2)不能将公式中r 作纯数学处理而违背物理事实，如认为r→0时，引力F→∞，这是错误的，因为当物体间的距离r→0时，物体不可以视为质点，所以公式F ＝Gm 1m 2r2就不能直接应用计算．(3)物体间的万有引力是一对作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反的，遵循牛顿第三定律，因此谈不上质量大的物体对质量小的物体的引力大于质量小的物体对质量大的物体的引力，更谈不上相互作用的一对物体间的引力是一对平衡力．注意：万有引力定律把地面上的运动与天体运动统一起来，是自然界中最普遍的规律之一，式中引力恒量G 的物理意义是：G 在数值上等于质量均为1千克的两个质点相距1米时相互作用的万有引力．三、引力常量自牛顿发表万有引力定律以来，人们试图在实验中测出引力的大小，其目的在于给“万有引力定律”进行鉴别和检验。
人教版(新教材)高中物理必修2：专题拓展课四 应用万有引力定律解决“三个”热点问题ppt课件
【针对训练1】 (2020·北京西城区高二期末)图甲为“中星9A”在定位过程中所进 行的10次调整轨道的示意图，其中的三条轨道如图乙所示，曲线Ⅰ是最初发射的 椭圆轨道，曲线Ⅱ是第5次调整后的椭圆轨道，曲线Ⅲ是第10次调整后的最终预 定圆轨道；轨道Ⅰ与Ⅱ在近地点A相切，轨道Ⅱ与Ⅲ在远地点B相切。卫星在变 轨的过程中质量变化忽略不计，下列说法正确的是( )
拓展点2 同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较
1.相同点 (1)都以地心为圆心做匀速圆周运动。 (2)同步卫星与赤道上的物体具有相同的角速度。
2.不同点 (1)向心力不同 同步卫星、近地卫星均由万有引力提供向心力，GMr2m＝mrv2；而赤道上的物体随地 球自转做圆周运动的向心力(很小)是万有引力的一个分力，GMr2m≠mrv2。
解析 第一宇宙速度是绕地球做圆周运动的最大的环绕速度，由于卫星 B 的轨道半 径大于地球的半径，则卫星 B 的速度小于地球的第一宇宙速度，故 A 正确；对于 A、 C，A、C 的角速度相等，根据 v＝ωr，可得 vC＞vA，对于 B、C，根据万有引力提 供向心力有 GMr2m＝mvr2，v＝ GrM，可得 vB＞vC，故 vB＞vA，B 错误；对于 B、 C，根据万有引力提供向心力有 F＝ma＝mGrM2 ，可得 aB＞aC，故 C 错误；A、C 的 角速度相等，则 A、C 的周期相等，根据万有引力提供向心力有 GMr2m＝m2Tπ2r， 可得 T＝ 4GπM2r3，故 TA＝TC＞TB，故 D 正确。 答案 AD
A.卫星在轨道Ⅲ上运行的速度大于第一宇宙速度 B.卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的速度小于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的速度 C.卫星在轨道Ⅰ上经过A点时的机械能大于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的机械能 D.卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的加速度小于卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的加速度
宇宙航行专题：人造卫星、变轨、对接问题
一、地球同步卫星在地球的周围有许许多多的卫星，其中有一种很特别的卫星，它总是相对于地球的一个固定位置保持相对静止，这种卫星就是地球同步卫星。
1、简单介绍地球同步卫星同步卫星环绕地球的周期与地球自转的周期相同；相对于地面静止，从地球上看它总在某地的正上方，因此叫做地球同步卫星。
2、同步卫星的周期和角速度与地球具有相同的周期和角速度，地球同步卫星的周期T=24h 。
提出疑问：既然是相对于地球某地保持静止，那么在太原的上空有没有地球同步卫星与我们保持相对静止、守护着我们呢？3、地球同步卫星的轨道若同步卫星始终在太原的正上方，则运行轨迹为一水平的圆圈，受力如B 所示。
在太原上方的同步卫星受到什么力的作用呢？万有引力。
根据效果分解万有引力，得到两个分力21F F 和，分力1F 充当向心力，另一分力2F 没有力与其平衡，所以卫星将在分力2F 的作用下向赤道运动，不能保持相对太原保持静止。
这与同步卫星的定义不符，所以看来同步卫星不能存在于地球任意位置上空，那它应该在哪里呢？我们发现如果某一位置2F 不存在，即万有引力完全提供向心力1F 时，是不是这个卫星就可以与地面保持相对静止了？那你能在地球上找到这一位置吗？对了，就在：赤道平面距地一定高度的轨道上。
4、地球同步卫星的轨道高度我们已经知道地球同步卫星的周期和实际的轨道，若地球质量为M ，地球半径为R ，周期为T ，能否利用这些条件计算出地球同步卫星距离地面的高度？ 解：忽略地球自转，万有引力完全充当向心力，则：()h 4m )h (m 222+=+R TR M G π R GMT-=3224h π 其中G 、M 、T 、R 都是定值那么可得出结论：同步卫星距地面的高度也是一定的。
地球同步卫星的轨道高度大约是地球半径的六倍，约为36000km 。
5、地球同步卫星速率由上面已经推出的地球同步卫星的轨道半径和周期，我们来推导地球同步卫星的速率。
速率Trv π2=，对于地球同步卫星来说，轨道半径和周期一定，那么其速率为定值。
地球同步卫星问题赏析
改变方 向进入 同步轨道（）这种发射方法 于地球 的 自转 下一 时刻卫 星将不 在原来 Ｃ。
有两个优 点 ：一是对火箭推 力要 求较低 ， 三、 同步卫星典例赏析 例 １ 下 列关 于地球 同步 卫星 的说 法中正确 的是（ ） 。 的经线上 ， Ｂ是错 的。正确 答案是 Ｃ Ｄ 、。 例 ２ 如图 ２ ，地球赤道上的山丘 ｅ ，
一
图 １所示。首先 ， 用第一级火箭将卫星 利
Ｄ ．与地球表 面上赤道线是共 面同心 解析 ：卫星 在 圆轨 道上绕 地球 运行
、
同步卫星的特点
送 到 １ ０ｍ～２ ０ｍ的高 空 ， ８ｋ ０ｋ 然后依 靠惯 圆 ， 卫星相对地面是运动的。 第二 、 三级火箭 点火 ， 卫星进入 位于 赤道 时 ， 由于万 有引 力提 供 向心 力 ， 万有 引 而 平面内的椭 圆转移轨道（）且轨道的远地 力总是在地心与卫星连线方 向上 ， 以卫 Ｂ， 所
动不会相撞 ， 错误 。由 Ｇ Ａ
广
＝ ＝ ， ｍ ０
ｒ
加速 度大小为 ａ，第一宇宙速度 为 地 ２ 球半径为 Ｒ。则（ ｏ
Ｃ
要发射 同步 卫 知： 通信卫星运行的线速度、 向心加速度 星必须 同时满足 三 大小一定 。正确答案是 ：、 。 Ｂ Ｄ
个条件 ： １卫星运动 周 ．
有引 提 心力 ＝ 可 ，ｎ 力 供向 得Ｑ 毕 得０ ２ ３ ＜
，
故 Ｄ正确。正确答案是 ｌ、 。 Ｂ Ｄ 例 ２变式 同步卫 星离地 球球心 的
只能与赤道 同平 面且定 点在 赤道 的正上
二、同步卫 星 的发射
Ｄ
，运行速 率为 ，加速度大小为 方 ， Ｂ正确 ， 故 Ｃ错误。不 同通信卫星因轨 距离 为 ｒ ¨地球赤道 上的物体随地球 自转 的向心 道半 径相 同 ， 度大小 相等 ， 无相对 运 口 速 故
浅谈同步卫星、近地卫星与赤道物体的异同
浅谈同步卫星、近地卫星与赤道物体的异同1000字同步卫星、近地卫星和赤道物体是三种不同类型的卫星，虽然它们都在太空中运行，但它们的功能、设计以及位置都存在着明显的差异。
本文将对同步卫星、近地卫星和赤道物体的异同进行浅谈。
一、同步卫星同步卫星是指绕地球运行周期与地球自转周期相等，且轨道平面与地球赤道平面平行的人造卫星。
这种卫星的最大特点就是其在轨道上保持相对静止，因此也称为地球同步轨道卫星。
同步卫星主要用于天气预报、远程通讯、导航、广播电视等领域。
其运行高度在3万公里左右，这种高度不仅可以绕过地球表面遮挡，而且还能够接收到来自地球各角落的信息。
二、近地卫星近地卫星是指轨道高度远低于同步轨道的人造卫星，轨道高度一般在几百公里至几千公里之间。
近地卫星的最大优势是可以对地球表面进行高分辨率的无死角观测和实时监测。
近地卫星主要用于地球观测、地形测绘、环境监测、军事侦察等领域。
除此之外，近地卫星也可以用于探测和研究太空环境中的各种现象，如太阳耀斑、行星射电辐射等。
三、赤道物体赤道物体是指在地球赤道面上或与赤道面角度较小的地方运行的人造卫星或天体。
赤道物体的轨道非常特殊，它们既不像近地卫星那样靠近地球表面，也不像同步卫星那样高悬天际。
相对于地球，赤道物体的轨道倾角为0度。
赤道物体可以用于地球环境观测、导航、科学探测等领域。
由于其特殊的轨道位置，赤道物体能够为人类提供独特的观测和实验条件，进而帮助更好地理解和研究地球和宇宙的各种现象。
总结来看，同步卫星、近地卫星和赤道物体各具特点，有不同的应用领域。
同步卫星主要用于通讯、天气预报等方面，近地卫星用于地球观测、环境监测等方面，而赤道物体则用于科学探测等领域。
虽然它们都是人造卫星，但其设计、轨道、功能的差异使它们都有着不同的任务和作用。
2023学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行微专题四天体运动的三类问题课件新人教版必修第二册
C
【方法技巧】
卫星变轨问题中各物理量大小的判断
(1)同一椭圆轨道上不同点：离中心天体越远，线速度、角速度越
小．简记：“近快远慢”．
(2)不同轨道上同一点：外侧轨道的线速度、角速度更大．简记：
“外快内慢”．
(3)不同椭圆轨道上的不同点：轨道半径越大，线速度、角速度越小、
周期越大．简记：“越高越慢”．
2．稳定运行
卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做匀速圆周运动的向
Mm
v2
心力，即G 2 ＝m .
r
r
3．变轨运行
v2
当卫星由于某种原因，其速度v突然变化时，F引和m 不再相等，会
r
出现以下两种情况：
Mm
v2
(1)当卫星的速度突然增大时，G 2 ＜m ，即万有引力不足以提供
r
r
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
微专题四
天体运动的三类问题
课标要求
1.理解人造卫星的发射过程，知道变轨问题的分析方法．(科学思维)
2．知道同步卫星、近地卫星、赤道上物体的特点，并会对描述它们
运动的物理量进行比较．(科学思维)
3．会利用所学知识分析天体中的相遇问题．(科学思维)
关键能力·合作探究
评价检测·素养达成
关键能力·合作探究
C．飞船从原轨道加速至一个较低轨道，再减速追上空间站对接
D．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站对接
【答案】 D
【解析】 当飞船加速时，引力不足以提供向心力，飞船会做离心运动，飞到
较高的轨道，飞船不能追上轨道空间站；所以需减速到较低轨道，追上空间站后，
再加速上升到较高轨道．
高一物理同步卫星试题答案及解析
高一物理同步卫星试题答案及解析1.同步卫星离地球球心距离为，加速度为，运行速率为；地球赤道上物体随地球自转的向心加速度为，运行速率为，地球半径为．则A．B．C．D．【答案】AC【解析】由于同步卫星和地球自转变的周期相同，角速度相等，则根据向心加速度的关系式：可得同步卫星处的向心加速主与赤道上物体的向心加速度之比等于轨道半径之比即：，故A正确，B错误；由于角速度相同根据线速度与角速度的关系：可得同步卫星的线速度与赤道上物体随地球自转的线速度之比等于轨道半径之比即：，故C正确D错误．【考点】考查了人造卫星的加速度、周期和轨道的关系2.我国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（即地球的同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，下列表述正确的是A．静止轨道卫星所受地球引力方向不变B．静止轨道卫星运行速度与地球自转速度相同C．静止轨道卫星和非静止轨道卫星都处于失重状态D．提高非静止轨道卫星运行速度仍可使其在原轨道上运行【答案】C【解析】因为同步卫星绕地球做匀速圆周运动，所以其向心力时时刻刻指向地球球心，而万有引力充当向心力，故其受到的万有引力方向时时刻刻发生变化，A错误，地球同步卫星相对地球是静止的，所以同步卫星和地球自转角速度是相等的，B错误；卫星在运动过程中，万有引力即重力全部充当向心力，故卫星处于失重状态，C正确；根据公式可得，速度发生变化，则运动半径也发生变化，即非静止卫星运动轨道发生变化，D错误故选C【考点】考查了人造卫星问题点评：地球质量一定、自转速度一定，同步卫星要与地球的自转实现同步，就必须要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度．3.同步卫星离地心距离为，运行速率为，加速度为，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为，第一宇宙速度为，地球的半径为，则下列结果正确的是（）A．B．C．D．【答案】AD【解析】A、因为地球同步卫星的角速度和地球赤道上的物体随地球自转的角速度相同，由可得，,故A正确，B错误．C、对于地球同步卫星和以第一宇宙速度运动的近地卫星，由万有引力提供做匀速圆周运动所需向心力得到： M为地球质量，r为轨道半径．，故C错误，D正确．故选AD．【考点】万有引力提供向心力点评：本题考查了第一宇宙速度、并考察了两类万有引力问题，要注意向心力的来源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
A．vB＞vA＞vC C．FA＞FB＞FC
B．ωA＞ωB＞ωC D．TA＝TC＞TB
解答本题，要注 意物理规律的恰
当选用.
对三个物体 之间的各个 物理量进行 对比分析.
A
B
TA=TC>TB ; ωA＝ωC<ωB
C
rA>rB>rC ; vB>vA>vC
aB>aA>aC ; FC>FB>FA
转 解析
【备选】 (多选)地球同步卫星离地心的距离为 r,运行速率为 v1,
加速度为 a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a2,地球
的第一宇宙速度为 v2,半径为 R,则下列比例关系中正确的是( )
A.aa12＝Rr
B.aa12＝(Rr )2
C.vv12＝Rr
D.vv12＝
R r
比较a1和a2 比较v1和v2
同步卫星与赤 道上物体的角
速度相同
同步卫星与贴 近地面的卫星 皆由万有引力 提供向心力
近地卫星、赤道上物体及 同运行问题
三类卫星匀速圆周运动的比较
近地 卫星
(1)轨道半径：r同>r近＝r物．
同步
卫星 (2)运行周期：T近<T同＝T物=24h ．
(3)向心加速度：a近>a同>a物．
赤道上
的物体
(4)动力学规律：
a.近地卫星和同步卫星都只由万有引力充当向心力．
转解析
步卫星，d 是高空探测卫星，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( )
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
注意各卫星所处位置， 根据各自遵从的规律 进行分析.
b.赤道上的物体由万有引力和地面支持力的合力充当向心力，
它的运动规律不同于卫星的运动规律．
【例1】 (多选)如图示,A表示地球同步卫星,B为运行轨道比A低
的一颗卫星,C为地球赤道上某一高山山顶上的一个物体,两颗卫
星及物体C的质量都相同,关于它们的线速度、角速度、运行周
期和所受到的万有引力的比较,下列关系式正确的是( )
D．d 的运动周期可能是 23 h
本题详细解析 见教辅！
【跟踪训练】(多选)如图所示，a为地球赤道上的物体，b为沿地 球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星.关于 a、b、c做匀速圆周运动的说法中正确的是（ ） A．地球对b、c两星的万有引力提供了向心力，因此只有a受重 力，b、c两星不受重力 B．周期关系为Ta＝Tc>Tb C．线速度的大小关系为va<vc<vb D．向心加速度的大小关系为aa>ab>ac
据a＝ω2r分析
据v＝ GrM分析
转 解析
方法提炼
三种情况圆周运动的动力学规律
(1)近地卫星和同步卫星满足: GMr2m＝mvr2＝mω2r＝ma。
(2)赤道上的物体不满足万有引力充当向心力, 即GMr2m≠mvr2。
【变式训练 1】有 a、b、c、d 四颗卫星,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