人教5.2 人造卫星 宇宙速度（讲）--2023年高考物理一轮复习讲练测（全国通用）（解析版）.docx

第五章 万有引力与航天
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
开普勒定律 万有引力定律及其应用
Ⅱ
辽宁卷·T9
湖南卷·T8
广东卷·T2
山东卷·T6
乙卷·T14
浙江6月卷·T6
甲卷·T18
乙卷·T18
河北卷·T4
湖南卷·T7
卷Ⅰ·T15
Ⅱ卷·T15
山东卷·T7
Ⅱ卷·T14
Ⅲ卷·T25
卷Ⅰ·T20
人造卫星 宇宙速度
Ⅱ
浙江1月卷·T8
广东卷·T2
Ⅲ卷·T16
北京卷·T5
浙江7月卷·T7
江苏卷·T7
核心素养
物理观念:
万有引力定律，及天体运动规律
科学思维:
双星或多星模型
科学态度与责任：
万有引力定律在航天技术上的应用
命题规律
以我国航空航天技术的发展成果为背景，以中心天体为模型，具体考查开普勒行星运动定律、重力与万有引力的关系、求中心天体的质量和密度、第一宇审速度、卫星运行中的各种运动参量与卫星轨道半径的关系、卫星变轨时各参量的变化规律等热点问题。
备考策略
在天体运动复****过程中要特别注意培养学生构建模型、科学推理与科学论证的素养，培养学生的运算能力和估算能力。掌握用比例法分析问题的技巧。练****过程中要多关注航空航天的新进展，因为新信息常常被作为命题的背景。
【网络构建】
专题5.2 人造卫星 宇宙速度
【网络构建】
考点一 卫星运行参量的比较与计算
1．卫星的轨道
(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种．
(2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星．
(3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道，且轨道平面一定通过地球的球心．
2．地球同步卫星的特点：六个“一定”
3．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
4．解决天体圆周运动问题的两条思路
(1)在中心天体表面或附近而又不涉及中心天体自转运动时，万有引力等于重力，即G＝mg，整理得GM＝gR2，称为黄金代换．(g表示天体表面的重力加速度)
(2)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即
G＝m＝mrω2＝m＝man.
考点二 宇宙速度的理解与计算
1．第一宇宙速度的推导
方法一：由G＝m得v1＝＝7.9×103 m/s.
方法二：由mg＝m得v1＝＝7.9×103 m/s.
第一宇宙速度是发射地球人造卫星的最小速度，也是地球人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin＝2π≈85 min.
2．宇宙速度与运动轨迹的关系
(1)v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动．
(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．
考点三 近地卫星、赤道上的物体及同步卫星的运行问题
三种匀速圆周运动的参量比较
近地卫星
(r1、ω1、v1、a1)
同步卫星
(r2、ω2、v2、a2)
赤道上随地球
自转的物体
(r3、ω3、v3、a3)
向心力来源
万有引力
万有引力
万有引力的一个分力
线速度
由G＝m得
v＝，故v1＞v2
由v＝rω得
v2＞v3
v1＞v2＞v3
向心
加速度
由G＝ma得
a＝，故a1＞a2
由a＝ω2r得
a2＞a3
a1＞a2＞a3
轨道半径
r2＞r3＝r1
角速度
由G＝mω2r得
ω＝，故ω1＞ω2
同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3
ω1＞ω2＝ω3
考点四 双星及多星模型
1．模型特征
(1)多星系统的条件
①各星彼此相距较近．
②各星绕同一圆心做匀速圆周运动．
(2)多星系统的结构
类型
双星模型
三星模型
结构图
向心力
由两星之间的万有引力提供，故两星的向心力大小相等
运行所需向心力都由其余行星对其万有引力的合力提供
运动参量
两星转动方向相同，周期、角速度相等
—
2.思维引导
考点五 卫星的变轨问题
人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨，如图所示，我们从以下几个方面讨论．
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．
(2)在A点点火加速，