2023届高考物理一轮复习：第10讲 宇宙航行

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第10 讲 宇宙航行
知识图谱
天体运行参量的规律
知识精讲
1．卫星的线速度、角速度、周期及向心加速度与轨道半径的关系
做匀速圆周运动的卫星所受的万有引力提供其所需要的向心力。
由 可得：
， ， ，
当r增大时，v减小， 减小，a减小，T增加，即“越高越慢”。
2．地球同步卫星
（1）轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面。
（2）周期一定：与地球自转周期相同，即 T=24h。
（3）加速度一定：与地球自转角速度相同。
（4）高度一定：由 得： ，地球半径约为 6371km，
即： 。
（5）速率一定： 。
（6）向心加速度一定： ，即同步卫星的向心加速度的向心加速度等于轨道出的重
力加速度。
（7）绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致。
3．极地卫星和近地卫星
（1）极地卫星：卫星运行每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可实现全球覆盖。
（2）近地卫星：卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，轨道半径近似等于地球半径，运行速度约为
7.9km/s。
三点剖析
1．理解人造问星和天体各运行参量的规律
2．了解同步卫星和近地卫星的特点
不同轨道卫星运行参量的比较
例题 1、 2017 年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成
的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运行．与天宫二号单独运行相比，组合体运行的（ ）
A.周期变大 B.速率变大 C.动能变大 D.向心加速度变大
例题 2、[多选题] 甲、乙为两颗质量不同的地球卫星，两颗卫星轨道均可视为圆轨道，乙卫星运动的周期是甲卫
星的两倍。以下判断正确的是（ ）
A.甲的角速度是乙的两倍
B.甲的加速度是乙的四倍
C.在相同时间内，甲、乙两卫星与地球球心连线扫过的面积相同
D.乙圆周运动的向心力可能比甲大
例题 3、[多选题] 2018 年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上
少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地
球的半径和地球表面处的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球自转的影响，
根据以上数据可以计算出卫星的（ ）
A.密度 B.向心力的大小 C.离地高度 D.线速度的大小
随练 1、 2017 年12 月8日消息，科学家发现土卫六上有大量的碳氢化合物，比地球上的石油和天然气多几百倍 。
土卫六和土卫五绕土星的运动可近似看作匀速圆周运动，土卫六质量、直径、距土星中心的距离都比土卫五的这
三个量大，两卫星相比，土卫六绕土星运动的（ ）
A.周期较大 B.线速度较大 C.角速度较大 D.向心加速度较大
随练 2、 如图所示，北斗导航系统中两颗卫星均为地球同步卫星，某时刻它们位于轨道上的 A、B两位置。设地
球表面处的重力加速度为 g，地球半径为 R，地球自转周期为 T．则（ ）
A.两卫星轨道半径均为
B.两卫星线速度大小均为
C.卫星 1由A运动到 B所需的最短时间为
D.卫星 1由A运动到 B的过程中万有引力做正功
随练 3、 某行星外围有一圈厚度为 d的光带，简化为如图甲所示模型，R为该行星除光带以外的半径。现不知光
带是该行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群，当光带上的点绕行星中心的运动速度 v，与它到行星中心的距离
r，满足下列哪个选项表示的图像关系时，才能确定该光带是卫星群（ ）
A. B. C. D.
同步卫星、近地卫星的分析与计算
例题 1、[多选题] 9月25 日后，微信启动页面采用“风云四号”卫星成像图。“风云四号”是我国新一代静止轨
道气象卫星，则其在圆轨道上运行时（ ）
A.可定位在赤道上空任意高度
B.线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
C.角速度与地球自转角速度相等
D.向心加速度比月球绕地球运行的向心加速度大
例题 2、 研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为 22 小时．假设这种趋势会持续下去，地
球的其它条件都不变，则未来与现在相比（　　）
A.地球的第一宇宙速度变小 B.地球赤道处的重力加速度变小
C.地球同步卫星距地面的高度变小 D.地球同步卫星的线速度变小
例题 3、 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。
则下列说法正确的是（ ）
A.角速度的大小关系是 ωa＜ωbB.向心加速度的大小关系是 aa＞ab
C.线速度的大小关系是 va＞vbD.周期的大小关系是 Ta＜Tb
例题 4、 某颗行星的同步卫星正下方的行星表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，发
现日落的 时间内有 的时间看不见此卫星．（已知该行星自转周期为 T，该行星半径为 R不考虑大气对光的折
射，）则该同步卫星距该星球的高度是（　　）
A.RB.2R C.5.6R D.6.6R
随练 1、[多选题] 某卫星绕地球做圆周运动周期等于地球自转周期，其轨道平面与赤道平面成 55°角，则该卫星（
）
A.离地面高度与地球同步卫星相同 B.在轨运行速度等于第一宇宙速度
C.加速度大于近地卫星的加速度 D.每天两次经过赤道上同一点的正上方
随练 2、 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 al，地球的同步卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为
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