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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2019,高考一轮总复习,物理,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 曲线运动 万有引力与航天,专题强化五天体运动“四类热点”问题,1/70,过好双基关,2/70,一、卫星轨道,1.,赤道轨道：卫星轨道在,平面内，同时卫星就是其中一个,.,2.,极地轨道：卫星轨道过南、北两极，即在,赤道平面内，如极地气象卫星,.,3.,其它轨道：除以上两种轨道外卫星轨道,.,全部卫星轨道平面一定经过地球,.,赤道,垂直于,球心,3/70,自测,1,(,多项选择,),能够发射一颗这么人造地球卫星，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圆是共面同心圆,C.,与地球表面上赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止,D.,与地球表面上赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动,答案,解析,4/70,解析,人造地球卫星运行时，因为地球对卫星引力提供它做圆周运动向心力，而这个力方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造地球卫星所在轨道圆圆心一定要和地球中心重合，不可能是地轴上,(,除地心外,),某一点，故,A,错误；,因为地球同时绕着地轴在自转，所以卫星轨道平面也不可能和经线所决定平面共面，所以,B,错误；,相对地球表面静止卫星就是地球同时卫星，它必须在赤道平面内，且距地面有确定高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道卫星也能够在赤道平面内运动，不过因为它们公转周期和地球自转周期不一样，就会相对于地面运动，,C,、,D,正确,.,5/70,二、地球同时卫星特点,相对于地面静止且与地球自转含有相同周期卫星叫地球同时卫星,.,同时卫星有以下,“,七个一定,”,特点：,(1),轨道平面一定：轨道平面与,共面,.,(2),周期一定：与地球自转周期,，即,T,.,(3),角速度一定：与地球自转角速度,.,赤道平面,相同,24 h,相同,6/70,(5),速率一定：,v,3.1,10,3,m/s.,(7),绕行方向一定：运行方向与地球自转方向,.,一致,7/70,自测,2,(,多项选择,),北斗卫星导航系统是我国自行研制开发区域性三维卫星定位与通信系统,(CNSS),，建立后北斗卫星导航系统包含,5,颗同时卫星和,30,颗普通轨道卫星,.,关于这些卫星，以下说法正确是,A.5,颗同时卫星轨道半径都相同,B.5,颗同时卫星运行轨道必定在同一平面内,C.,导航系统全部卫星运行速度一定大于第一宇宙速度,D.,导航系统全部卫星中，运行轨道半径越大，周期越小,答案,解析,8/70,解析,全部同时卫星轨道都位于赤道平面，轨道半径和运行周期都相同，选项,A,、,B,正确；,9/70,三、卫星变轨,近心,减小,10/70,自测,3,“,嫦娥三号,”,探测器由,“,长征三号乙,”,运载火箭从西昌卫星发射中心发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘察,.,如图,1,所表示，假设,“,嫦娥三号,”,在环月圆轨道和椭圆,轨道上运动时，只受到月球万有引力，则,A.,若已知,“,嫦娥三号,”,环月圆轨道半径、运动周期,和引力常量，则能够算出月球密度,B.,“,嫦娥三号,”,由环月圆轨道变轨进入环月椭圆轨道,时，应让发动机点火使其加速,C.,“,嫦娥三号,”,在环月椭圆轨道上,P,点速度大于,Q,点速度,D.,“,嫦娥三号,”,在环月圆轨道上运行速率比月球第一宇宙速度小,图,1,答案,解析,11/70,“,嫦娥三号,”,在环月圆轨道上,P,点减速，使万有引力大于运行所需向心力，做近心运动，才能进入环月椭圆轨道，,B,错误；,“,嫦娥三号,”,在环月椭圆轨道上,P,点向,Q,点运动过程中，距离月球越来越近，月球对其引力做正功，故速度增大，即,P,点速度小于,Q,点速度，,C,错误；,卫星离月球表面越高其速度越小，第一宇宙速度是星球表面附近卫星围绕速度，故,“,嫦娥三号,”,在环月圆轨道上运行速率比月球第一宇宙速度小，,D,正确,.,12/70,研透命题点,13/70,1.,处理同时卫星问题,“,四点,”,注意,命题点一近地卫星、同时卫星和赤道上物体运行问题,能力考点师生共研,(2),主要伎俩：构建物理模型，绘制草图辅助分析,.,(3),物理规律：,不快不慢：含有特定运行线速度、角速度和周期,.,不高不低：含有特定位置高度和轨道半径,.,不偏不倚：同时卫星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特定点上,.,14/70,(4),主要条件：,地球公转周期为,1,年，其自转周期为,1,天,(24,小时,),，地球表面半径约为,6.4,10,3,km,，表面重力加速度,g,约为,9.8 m/s,2,.,月球公转周期约,27.3,天，在普通估算中常取,27,天,.,人造地球卫星运行半径最小为,r,6.4,10,3,km,，运行周期最小为,T,84.8 min,，运行速度最大为,v,7.9 km/s.,15/70,2.,两个向心加速度,卫星绕地球运行向心加速度,物体随地球自转向心加速度,产生,原因,由万有引力产生,由万有引力一个分力(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距离，为地球自转角速度,特点,随卫星到地心距离增大而减小,从赤道到两极逐步减小,16/70,3.,两种周期,(1),自转周期是天体绕本身某轴线转动一周所需时间，取决于天体本身转动快慢,.,17/70,例,1,(,江西鹰潭模拟,),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行，,c,是地球同时卫星，,d,是高空探测卫星，设地球自转周期为,24 h,，全部卫星运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图,2,所表示，则以下关于卫星说法中正确是,A.,a,向心加速度等于重力加速度,g,B.,c,在,4 h,内转过圆心角为,C.,b,在相同时间内转过弧长最长,D.,d,运动周期可能是,23 h,答案,解析,图,2,18/70,解析,同时卫星运行周期与地球自转周期相同，角速度相同，则,a,和,c,角速度相同，依据,a,2,r,知，,c,向心加速度大，由,ma,知，,c,向心加速度小于,b,向心加速度，而,b,向心加速度约为,g,，故,a,向心加速度小于重力加速度,g,，选项,A,错误；,因为,c,为同时卫星，所以,c,周期为,24 h,，所以,4 h,内转过圆心角为,，选项,B,错误；,由四颗卫星运行情况可知，,b,运行线速度是最大，所以其在相同时间内转过弧长最长，选项,C,正确；,d,运行周期比,c,要长，所以其周期应大于,24 h,，选项,D,错误,.,19/70,例,2,(,全国卷,17),利用三颗位置适当地球同时卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯,.,当前，地球同时卫星轨道半径约为地球半径,6.6,倍,.,假设地球自转周期变小，若仍仅用三颗同时卫星来实现上述目标，则地球自转周期最小值约为,A.1 h B.4 h,C.8 h D.16 h,答案,解析,20/70,解析,地球自转周期变小，卫星要与地球保持同时，则卫星公转周期也应随之变小，由开普勒第三定律,k,可知卫星离地球高度应变小，要实现三颗卫星覆盖全球目标，则卫星周期最小时，由数学几何关系,可作出它们间位置关系如图所表示,.,解得,T,2,4 h.,21/70,变式,1,(,四川理综,3),国务院批复，自,年起将,4,月,24,日设置为,“,中国航天日,”.,如图,3,所表示，,1970,年,4,月,24,日我国首次成功发射人造卫星东方红一号，当前依然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为,440 km,，远地点高度约为,2 060 km,；,1984,年,4,月,8,日成功发射东方红二号卫星运行在赤道上空,35 786 km,地球同时轨道上,.,设东方红一号在远地点加速度为,a,1,，东方红二号加速度为,a,2,，固定在地球赤道上物体随地球,自转加速度为,a,3,，则,a,1,、,a,2,、,a,3,大小关系为,A.,a,2,a,1,a,3,B.,a,3,a,2,a,1,C.,a,3,a,1,a,2,D.,a,1,a,2,a,3,答案,解析,图,3,22/70,解析,因为东方红二号卫星是同时卫星，则其角速度和赤道上物体角速度相等，依据,a,2,r,，,r,2,r,3,，则,a,2,a,3,；由万有引力定律和牛顿第二定,律得，,ma,，由题目中数据能够得出，,r,1,r,2,，则,a,2,a,2,a,3,，选项,D,正确,.,23/70,1.,变轨原理及过程,(1),为了节约能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道,上,.,如图,4,所表示,.,图,4,(2),在,A,点,(,近地点,),点火加速，因为速度变大，万有引力不足以提供在轨道,上做圆周运动向心力，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,.,命题点二卫星变轨问题,能力考点师生共研,24/70,2.,变轨过程各物理量分析,(1),速度：设卫星在圆轨道,和,上运行时速率分别为,v,1,、,v,3,，在轨道,上过,A,点和,B,点时速率分别为,v,A,、,v,B,.,在,A,点加速，则,v,A,v,1,，在,B,点加速，则,v,3,v,B,，又因,v,1,v,3,，故有,v,A,v,1,v,3,v,B,.,(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,、,、,轨道上运行周期分别为,T,1,、,T,2,、,T,3,，轨道,半径分别为,r,1,、,r,2,(,半长轴,),、,r,3,，由开普勒第三定律,k,可知,T,1,T,2,T,3,.,(4),机械能：在一个确定圆,(,椭圆,),轨道上机械能守恒,.,若卫星在,、,、,轨道机械能分别为,E,1,、,E,2,、,E,3,，则,E,1,E,2,A,，而,B,A,，则,C,B,，又依据,v,r,，,r,C,r,B,，得,v,C,v,B,，故,B,项正确，,A,项错误,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,53/70,5.(,多项选择,),如图,3,所表示，,A,表示地球同时卫星，,B,为运行轨道比,A,低一颗卫星，,C,为地球赤道上某一高山山顶上一个物体，两颗卫星及物体,C,质量都相同，关于它们线速度、角速度、运行周期和所受到万有引力比较，以下关系式正确是,A.,v,B,v,A,v,C,B.,A,B,C,C.,F,A,F,B,F,C,D.,T,A,T,C,T,B,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图,3,答案,解析,54/70,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,55/70,6.(,多项选择,),“,嫦娥三号,”,探月卫星于,年,12,月,2,日顺利发射升空，已知,“,嫦娥三号,”,探月卫星绕月球表面做匀速圆周运动，飞行,N,圈用时为,t,；地球质量为,M,，半径为,R,，表面重力加速度为,g,；月球半径为,r,，地球和月球间距离为,L,，则,综合提升练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,56/70,卫星运行中只能估算中心天体质量，无法估算卫星质量，,C,错；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,57/70,7.(,多项选择,),在发射一颗质量为,m,地球同时卫星时，先将其发射到贴近地球表面运行圆轨道,上,(,离地面高度忽略不计,),，再经过一椭圆轨道,变轨后抵达距地面高度为,h,预定圆轨道,上,.,已知它在圆轨道,上运行时加速度为,g,，地球半径为,R,，图,4,中,PQ,长约为,8,R,，卫星在变轨过程中质量不变，则,C.,卫星在轨道,上运行时经过,P,点速率大于在轨道,上运行时经过,P,点速率,D.,卫星在轨道,上动能大于在轨道,上动能,图,4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,58/70,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,59/70,8.(,多项选择,),“,行星冲日,”,是指当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间且三者排成一条直线天文现象,.,年,4,月,9,日发生了火星冲日现象,.,已知火星和地球绕太阳公转方向相同，轨迹都可近似为圆，火星公转轨道半径为地球,1.5,倍，以下说法正确是,A.,火星公转周期比地球大,B.,火星运行速度比地球大,C.,每年都会出现火星冲日现象,D.,年一定不会出现火星冲日现象,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,60/70,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,61/70,9.(,多项选择,),最近我国连续发射了多颗北斗导航定位卫星，使我国导航定位精度不停提升,.,北斗导航卫星有一个是处于地球同时轨道，假设其离地高度为,h,，地球半径为,R,，地面附近重力加速度为,g,，则有,A.,该卫星运行周期为,24 h,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,62/70,解析,地球同时卫星和地球自转同时，周期为,24 h,，,A,正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,63/70,10.(,山西晋城质检,),天文学家将相距较近、仅在彼此引力作用下运行两颗恒星称为双星,.,若某双星质量分别为,M,、,m,，间距为,L,，双星各自围绕其连线上某点,O,做匀速圆周运动，其角速度分别为,1,、,2,，质量为,M,恒星轨道半径为,R,，已知引力常量为,G,，则描述双星运动上述物理量满足,A.,1,2,C.,GM,2,2,(,L,R,),L,2,D.,Gm,1,2,R,3,解析,双星系统中两颗星角速度相同，,1,2,，则,A,、,B,项错误,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,64/70,11.,如图,5,所表示，,A,是地球同时卫星,.,另一卫星,B,圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为,h,.,已知地球半径为,R,，地球自转角速度为,0,，地球表面重力加速度为,g,，,O,为地心,.,(1),求卫星,B,运行周期,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图,5,答案,看法析,答案,解析,65/70,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析,依据万有引力定律和牛顿第二定律，,66/70,(2),若卫星,B,绕行方向与地球自转方向相同，某时刻,A,、,B,两卫星相距最近,(,O,、,B,、,A,在同一直线上,),，则最少经过多长时间，它们再一次相距最近？,解析,由题意得,(,B,0,),t,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,答案,看法析,67/70,(1),试推导第二宇宙速度表示式,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,68/70,解析,设距地心无穷远处引力势能为零，地球半径为,R,，第二宇宙速度为,v,，所谓第二宇宙速度，就是卫星摆脱中心天体束缚最小发射速度,.,则卫星由地球表面上升到离地球表面无穷远过程，依据机械能守恒定律得,E,k,E,p,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,69/70,(2),已知逃逸速度大于真空中光速天体叫黑洞，设某黑洞质量等于太阳质量,M,1.98,10,30,kg,，求它可能最大半径？,答案,2.93,10,3,m,则该黑洞可能最大半径为,2.93,10,3,m.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,70/70,
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