物理届一轮复习人教版第四章第5讲宇宙航行学案Word格式.docx

1、v3.1103 m/s.（6）向心加速度一定：由Gman得angh0.23 m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度（7）绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致自测（多选）可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（）A与地球表面上某一纬线（非赤道）是共面同心圆B与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆C与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的答案CD解析人造地球卫星运行时，由于地球对卫星的引力提供它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造地球卫星所在轨道圆的圆心

2、一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上（除地心外）的某一点，故A错误；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以B错误；相对地球表面静止的卫星就是地球的同步卫星，它必须在赤道平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们公转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动，C、D正确二、宇宙速度1第一宇宙速度（1）第一宇宙速度又叫最大环绕速度，其数值为7.9 km/s.（2）第一宇宙速度是人造卫星在地面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的最小发射速度，也是

3、人造卫星的最大环绕速度（4）第一宇宙速度的计算方法得v；由mgm2第二宇宙速度使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，其数值为11.2 km/s.3第三宇宙速度使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，其数值为16.7 km/s.三、卫星变轨1当卫星的速度突然增大时，G，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v可知其运行速度比原轨道时增大，但重力势能、机械能均减小命题点一近地卫星、同步卫星、赤道上的物体等的比较分析1解决同步卫星问题的“四点”注意（1）基本关系：要抓住：Gmammr2mr.（2）重要手段：构建物理模型，绘制草图辅

4、助分析（3）物理规律：不快不慢：具有特定的运行线速度、角速度和周期不高不低：具有特定的位置高度和轨道半径不偏不倚：同步卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上，只能静止在赤道上方的特定的点上（4）重要条件：地球的公转周期为1年，其自转周期为1天（24小时），地球表面半径约为6.4103 km，表面重力加速度g约为9.8 m/s2.月球的公转周期约27.3天，在一般估算中常取27天人造地球卫星的运行半径最小为r6.4103 km，运行周期最小为T84 min，运行速度最大为v7.9 km/s.2两个向心加速度卫星绕地球运行的向心加速度物体随地球自转的向心加速度产生原因由万有引力产生由万有引力的一

5、个分力（另一分力为重力）产生方向指向地心垂直且指向地轴大小a（地面附近a近似等于g）ar2，r为地面上某点到地轴的距离，为地球自转的角速度特点随卫星到地心的距离的增大而减小从赤道到两极逐渐减小3两种周期（1）自转周期是天体绕自身某轴线转动一周所需的时间，取决于天体自身转动的快慢（2）公转周期是运行天体绕中心天体做圆周运动一周所需的时间，T2，取决于中心天体的质量和运行天体到中心天体的距离例1（2018前黄中学检测）有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图1所示，则（）图1

6、Aa的向心加速度等于重力加速度gB在相同时间内b转过的弧长最长Cc在4小时内转过的圆心角是Dd的运动周期有可能是20小时答案B解析地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同，则知a与c的角速度相同，根据a2r知，c的向心加速度大由Gma，得a，可知卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则地球同步卫星c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度约为g，故a的向心加速度小于重力加速度g，故A错误；，得v，则知卫星的轨道半径越大，线速度越小，所以b的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故B正确；c是地球同步卫星，周期是24 h，则c在4 h内转过的圆心角是2，故C错误；由开普勒第三定律k知，

7、卫星的轨道半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期24 h，故D错误例2（多选）（2017江苏单科6）“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答案BCD解析根据万有引力提供向心力得，Gm（Rh）2mm（Rh）ma，解得，v，T，a，由题意可知，“天舟一号”的离地高度小于同步卫星的离地高度，则“天舟一号”的角速度大于同步卫星的角速度，也大于地球的自转角速度，“天舟一

8、号”的周期小于地球的自转周期，选项A错误，C正确；由第一宇宙速度为可知，“天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度，选项B正确；由地面的重力加速度g可知，“天舟一号”的向心加速度小于地面的重力加速度，选项D正确变式1南通市第一次调研）2016年8月16日，我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射并进入预定圆轨道已知“墨子号”卫星运行轨道离地面的高度约为500 km，地球半径约为6 400 km，则该卫星在圆轨道上运行时（）A速度大于第一宇宙速度B速度大于地球同步卫星的运行速度C加速度大于地球表面的重力加速度D加速度大于地球同步卫星的向心加速度答案BD解析第一宇宙速度是人造卫星的

9、最大环绕速度，则该卫星在圆轨道上运行速度小于第一宇宙速度，故A错误；根据G可知，v，则半径越大，速度越小，卫星运行轨道离地面的高度约为500 km，小于同步卫星的高度，则速度大于地球同步卫星的运行速度，故B正确；ma可知，aG，半径越大，加速度越小，则该卫星在圆轨道上运行时加速度小于地球表面的重力加速度，故C错误；卫星运行轨道离地面高度小于同步卫星的高度，则加速度大于地球同步卫星的向心加速度，故D正确命题点二卫星变轨问题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上如图2所示图2（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在轨道上做圆周运动的

10、向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道.（3）在B点（远地点）再次点火加速进入圆形轨道.2变轨过程各物理量分析（1）速度：设卫星在圆轨道和上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道上过A点和B点时速率分别为vA、vB.在A点加速，则vAv1，在B点加速，则v3vB，又因v1v3，故有vAv1v3vB.（2）加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道还是轨道上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同（3）周期：设卫星在、轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2（半长轴）、r3，由开普勒第三定律k可知T1T2T3.（4）机械能：在一个确定的圆（椭圆）轨

11、道上机械能守恒若卫星在、轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1E2E3.例3（多选）（2018宝应中学调研）我国“神舟十一号”载人飞船于2016年10月17日7时30分发射成功飞船先沿椭圆轨道飞行，在接近400 km高空处与“天宫二号”对接，对接后视为圆周运动，如图3.两名宇航员在空间实验室生活、工作了30天“神舟十一号”载人飞船于11月17日12时41分与“天宫二号”成功实施分离，11月18日顺利返回至着陆场下列判断正确的是（）图3A飞船变轨前后的机械能守恒B对接后飞船在圆轨道上运动的速度小于第一宇宙速度C宇航员在空间实验室内可以利用杠铃举重来锻炼身体D分离后飞船在原轨道上通过减速运动，

12、再逐渐接近地球表面解析每次变轨都需要发动机对飞船做功，故飞船机械能不守恒，故A错误；根据万有引力提供向心力G，轨道高度越高，线速度越小，第一宇宙速度是近地卫星的速度，是最大的运行速度，故对接后飞船在圆轨道上的线速度比第一宇宙速度小，故B正确；用举重锻炼身体主要就是利用杠铃等物体的重力，在空间实验室中杠铃处于完全失重状态，它对人的胳膊没有压力的作用，故C错误；当飞船要离开圆形轨道返回地球时，飞船做近心运动，万有引力要大于向心力，故要减小速度，故D正确变式2（2017如皋市调研）如图4所示，假设月球的半径为R，月球表面的重力加速度为g0，飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道运动，到达轨道的A点点火

13、变轨进入椭圆轨道，到达轨道的近月点B再次点火进入月球近月轨道，绕月球做匀速圆周运动下列判断正确的是（）图4A飞船在轨道上的运行速率vB飞船在A点处点火变轨时，动能增加C飞船从A到B运行的过程中机械能增大D飞船在轨道绕月球运动一周所需的时间T答案A解析飞船在轨道上，万有引力提供向心力：在月球表面，万有引力等于重力得：mg0，解得：，故A正确；飞船在A点处点火变轨时，是通过向行进方向喷火，做减速运动，向心进入椭圆轨道，所以动能是减小的，B错误；飞船点火后，从A到B运行的过程中，只有重力做功，机械能不变，故C错误；飞船在轨道绕月球运动，万有引力提供向心力，有：R，又T2，故D错误；故选A.命题点三双

14、星或多星模型1双星模型（1）定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统，如图5所示图5（2）特点：各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供，即m112r1，m222r2两颗星的周期及角速度都相同，即T1T2，12两颗星的半径与它们之间的距离关系为：r1r2L两颗星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比，即双星的运动周期T2双星的总质量m1m22多星模型所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力，除中央星体外，各星体的角速度或周期相同（2）三星模型：三颗星位于同一直线上，两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行（如图6甲所示）三颗质量均为m的星体位于等边三角形

15、的三个顶点上（如图乙所示）图6（3）四星模型：其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上，沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动（如图丙所示）另一种是三颗恒星始终位于正三角形的三个顶点上，另一颗位于中心O，外围三颗星绕O做匀速圆周运动（如图丁所示）例42016年2月11日，美国科学家宣布探测到引力波，证实了爱因斯坦100年前的预言，弥补了爱因斯坦广义相对论中最后一块缺失的“拼图”其实，孤立的恒星与一颗行星组成的系统就是一个双星系统如图7所示，恒星a、行星b在万有引力作用下，绕连线上一点O以相同的周期做匀速圆周运动现测得行星b做圆周运动的半径为rb，运动的周期为T，a、b的距离为l，已

16、知万有引力常量为G，则（）图7A恒星a的质量为B恒星a与行星b的总质量为C恒星a与行星b的质量之比为D恒星a的运动可以等效于绕静止在O点、质量为的天体做半径为（lrb）的圆周运动解析由题意可知，a和b到O点的距离分别为（lrb）和rb，设两星质量分别为M1和M2，由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得：对M1：M12（lrb），即M2对M2：M22rb，即M1则恒星a与行星b的总质量为M1M2（lrbrb）恒星a与行星b的质量之比为恒星a的运动可以等效于绕静止在O点、质量为M的天体做半径为（lrb）的圆周运动，由万有引力定律和牛顿第二定律得M1（）2（lrb），即M综上所述，选项B正确，A

17、、C、D错误命题点四天体的追及相遇问题1相距最近：两卫星的运转方向相同，且位于和中心连线的半径上同侧时，两卫星相距最近，从运动关系上，两卫星运动关系应满足（AB）t2n（n1,2,3，）2相距最远：当两卫星位于和中心连线的半径上两侧时，两卫星相距最远，从运动关系上，两卫星运动关系应满足（AB）t（2n1）（n1,2,3）例5（多选）如图8，三个质点a、b、c的质量分别为m1、m2、M（M远大于m1及m2），在万有引力作用下，a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为rarb14，则下列说法中正确的有（）图8Aa、b运动的周期之比为TaTb18Ba、b运动的周期之比为T

18、aTb14C从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次D从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次答案AD解析根据开普勒第三定律：周期的平方与半径的三次方成正比，则a、b运动的周期之比为18，故A正确，B错误；设图示位置夹角为，b转动一周（圆心角为2）的时间为tTb，则a、b相距最远时：TbTb（）n2（n0,1,2,3，），可知n6.75，n可取7个值；a、b相距最近时：Tb（2）m2（m0,1,2,3，），可知m6.25，m可取7个值，故在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次，故C错误，D正确1（多选）（2017金坛四中期中）2016年6月12日，我国第

19、23颗北斗导航卫星发射成功我国北斗卫星导航技术堪比美国GPS.已知GPS导航系统中某卫星的运行周期约为12小时，则此卫星与北斗导航系统中的地球同步卫星相比较（）A线速度更大 B角速度更大C轨道半径更大 D向心加速度更大答案ABD2（多选）（2017宿迁市上学期期末）2016年12月22日，我国成功发射了国内首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（以下简称“碳卫星”）如图9所示，设“碳卫星”在半径为R的圆周轨道上运行，经过时间t，通过的弧长为s.已知引力常量为G.下列说法正确的有（）图9A“碳卫星”内的物体处于平衡状态B“碳卫星”的运行速度大于7.9 km/sC“碳卫星”的发射速度大于7.9 km/s

20、D可算出地球质量为解析“碳卫星”绕地球运行，做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，故不处于平衡状态，处于完全失重状态，故A错误；v7.9 km/s为第一宇宙速度，是绕地球的最大运行速度，“碳卫星”轨道半径比地球半径大，因此其运行速度应小于7.9 km/s，故B错误；v7.9 km/s为第一宇宙速度，是最小的地面发射速度，“碳卫星”轨道半径比地球半径大，因此其发射速度应大于7.9 km/s，故C正确；“碳卫星”的线速度v，根据万有引力提供向心力G，解得地球质量：M，故D正确3.（多选）（2017镇江市一模）如图10所示，发射升空的卫星在转移椭圆轨道上A点处经变轨后进入运行圆轨道，A、B分别为轨道的

21、远地点和近地点则卫星在轨道上（）图10A经过A点的速度小于经过B点的速度B经过A点的动能大于在轨道上经过A点的动能C运动的周期大于在轨道上运动的周期D经过A点的加速度等于在轨道上经过A点的加速度解析卫星在轨道上由B运动到A万有引力做负功，动能减小，所以经过A点的速度小于经过B点的速度，故A正确；同在A点，只有加速它的轨道才会变大，所以在轨道上经过A点的动能小于在轨道上经过A点的动能，故B错误；轨道的半长轴小于轨道的半径，根据开普勒第三定律，在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期，故C错误；根据a，在轨道上经过A的加速度等于在轨道上经过A的加速度，故D正确4（2018淮阴中学月考）2016年1

22、2月13日，天空出现“超级大月亮”，月亮的亮度和视觉直径都大于平常，如图11所示，究其原因，月球的绕地轨道实际上是一个偏心率很小的椭圆，当天月球刚好运动到近地点结合所学知识判断下列与月球椭圆轨道运动模型有关的说法中正确的是（）图11A月球公转周期小于地球同步卫星的公转周期B月球在远地点的线速度小于地球第一宇宙速度C月球在远地点的加速度大于在近地点的加速度D月球在远地点的机械能小于在近地点的机械能解析根据开普勒第三定律得，k，知月球的半长轴大于同步卫星的轨道半径，则月球的公转周期大于地球的同步卫星周期，故A错误根据万有引力提供向心力G知，轨道半径越大，线速度越小，则地球的第一宇宙速度大于远地点所

23、在圆轨道上运行的速度，而月球在远地点的速度小于其所在圆上的速度，因为在远地点，万有引力大于向心力，而要进入圆轨道需加速所以月球远地点的速度小于地球的第一宇宙速度，故B正确月球在远地点所受的万有引力小于在近地点所受的万有引力，根据牛顿第二定律得，在远地点的加速度小于在近地点的加速度，故C错误月球在椭圆轨道上运行，只有万有引力做功，机械能守恒，故D错误1（2017淮阴中学4月模拟）2017年4月12日19时04分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射实践十三号卫星这是我国首颗高通量高轨道通信卫星（属地球同步卫星）另外，2015年12月29日凌晨，我国在西昌卫星发射中心成功发射了高分四

24、号遥感卫星该卫星是我国以及世界首颗地球同步轨道高分辨率遥感卫星下列关于这两颗地球同步卫星的说法不正确的是（）A这两颗卫星均在赤道的正上方B这两颗卫星的周期相同C这两颗卫星受到地球对它们的万有引力一定大小相等D这两颗卫星的线速度大小相等答案C解析实践十三号卫星和高分四号遥感卫星都是地球同步卫星，因此都在赤道所在平面，距地面的高度相同，A正确；它们的周期与地球自转周期相同，B正确；这两颗卫星的质量可能不同，所以地球对它们的万有引力可能不同，C错误；得：，轨道半径相同，所以线速度大小相等，D正确2（多选）北京时间2016年11月18日13时59分，“神舟十一号”飞船返回舱在位于内蒙古自治区四子王旗内

25、的阿木古郎草原主着陆场预订区着陆，航天员景海鹏、陈冬平安返回在刚刚过去的33天里，“神舟十一号”和“天宫二号”在与未来空间站相同高度的轨道开展对接实验，快速变轨控制验证实验，为空间站探路，标志着我国航天事业又向前迈进一大步若这两颗人造地球卫星，它们质量之比为m1m212，它们运行的线速度之比为v1v212，那么（）A它们运行的周期之比为81B它们运行的轨道半径之比为41C它们所受向心力之比为116D它们正常运行的线速度一定大于7.9 km/s答案AB解析根据万有引力提供向心力G，线速度v，它们运行的线速度之比为v1v212，所以轨道半径比r1r241.周期T2，周期之比T1T281，故A、B正

26、确；根据万有引力提供向心力FnG，轨道半径之比为r1r241，所以向心力之比（）27.9 km/s是绕地球的最大运行速度，所以它们正常运行的速度一定小于7.9 km/s，故D错误3（2017响水中学期中）我国成功发射了“神舟七号”载人飞船，随后航天员圆满完成了太空出舱任务并释放了“伴飞”小卫星，若小卫星和飞船在同一圆轨道上，相隔一段距离一前一后沿同一方向绕行，下列说法正确的是（）A由飞船的轨道半径、周期和引力常量可以算出飞船质量B航天员踏在飞船表面进行太空漫步时，对表面的压力等于航天员的重力C飞船只需向后喷出气体，就可以在短时间内和小卫星对接D小卫星和飞船的加速度大小相等答案D4.（多选）（2017苏北四市期中）2016年10月17日，“神舟十一号”载人飞船成功发射，10月19日与“天宫二号”交会对接如图1所示是“天宫二号”和“神舟十一号”交会对接前绕地球做匀速圆周运动的轨道示意图，下列说法正确的是（）A“神舟十一号”的运动速度小于“天宫二号”B“神舟十一号”的运动周期小于“天宫二号”C“神舟十一号”的运动加速度小于“天宫二号”D“神舟十一号”必须加速才能与“天宫二号”交会对接解析根据rma，得到：，所以轨道半径越大，速度越小，选项A错误；轨道半径越大，周期越大，选项B正确；轨道半径越大，加速度越小，选项C错误；从低轨道运动到