高考物理一轮复习专题4.5卫星与航天（精讲）（含解析）

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1、专题4.5卫星与航天1.掌握宇宙速度及卫星运行参数。2.理解双星模型和多星模型。3.理解同步卫星问题和变轨问题。知识点一宇宙速度及卫星运行参数1．三种宇宙速度比较宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度7.9地球卫星最小发射速度(环绕速度)第二宇宙速度11.2物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度(脱离速度)第三宇宙速度16.7物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度(逃逸速度)2.第一宇宙速度的计算方法(1)由G＝m得v＝。(2)由mg＝m得v＝。3．物理量随轨道半径变化的规律规律4．同步卫星的六个“一定”知识点二双星模型和多星模型1．双星模型(1)定义：绕公共圆心转动的

2、两个星体组成的系统，我们称之为双星系统，如图所示。(2)特点：①各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供，即＝m1ωr1＝m1r1，＝m2ωr2＝m2r2。②两颗星的周期及角速度都相同，即T1＝T2，ω1＝ω2。③两颗星的半径与它们之间的距离关系为：r1＋r2＝L。(3)两颗星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比，即＝。2．多星模型(1)定义：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①如图所示，三颗质量相等的行星，一颗行星位于中心位置不动，另外两颗行星围绕它做圆周运动。这三颗行星始终位于同一直线上

3、，中心行星受力平衡。运转的行星由其余两颗行星的引力提供向心力：＋＝ma向。两行星转动的周期、角速度、线速度的大小相等。②如图所示，三颗质量相等的行星位于一正三角形的顶点处，都绕三角形的中心做圆周运动。每颗行星运行所需向心力都由其余两颗行星对其万有引力的合力来提供。×2×cos30°＝ma向，其中L＝2rcos30°。三颗行星转动的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等。考点一宇宙速度【典例1】（2019·哈尔滨市第六中学模拟）地球的近地卫星线速度约为8km/s，已知月球质量约为地球质量的1/81，地球半径约为月球半径的4倍，下列说法正确的是(　　)A．在月球上发

4、射卫星的最小速度约为8km/sB．月球卫星的环绕速度可能达到4km/sC．月球的第一宇宙速度约为1.8km/sD．“近月卫星”的速度比“近地卫星”的速度大【答案】C　【解析】根据第一宇宙速度v＝，月球与地球的第一宇宙速度之比为＝＝＝，月球的第一宇宙速度约为v2＝v1＝×8km/s≈1.8km/s，在月球上发射卫星的最小速度约为1.8km/s，月球卫星的环绕速度小于1.8km/s。“近月卫星”的速度1.8km/s，小于“近地卫星”的速度。【方法技巧】计算第一宇宙速度的思路(1)根据G＝m，v＝。(2)根据mg＝m，v＝。(3)利用比例关系：在计算其它星球的第一宇宙速

5、度时，通常利用地球的第一宇宙速度值7.9km/s，通过比例关系求解。【变式1】（2019·江苏启东中学模拟）我国计划2020年发射火星探测器。已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的。下列关于火星探测器的说法中正确的是(　　)A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C．发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的一半【答案】CD　【解析】根据三个宇宙速度的意义，可知A、B错误，C正确；已知M火＝，R火＝，则vmax∶v1＝∶＝≈0.5，D正确。考点二卫星运行参数的

6、分析与计算【典例2】（2019·新课标全国Ⅲ卷）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金a地>a火B．a火>a地>a金C．v地>v火>v金D．v火>v地>v金【答案】A【解析】AB．由万有引力提供向心力可知轨道半径越小，向心加速度越大，故知A项正确，B错误；CD．由得可知轨道半径越小，运行速率越大，故C、D都错误。【举一反三】(2018·江苏卷)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．今年5月9日发射

7、的“高分五号”轨道高度约为705km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动．与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是(　　)A．周期　B．角速度　C．线速度　D．向心加速度【答案】A　【解析】“高分五号”的运动半径小于“高分四号”的运动半径，即r五ω四．C：v＝∝，v五>v四．D：a＝∝，a五>a四．所以A选项符合题意。【方法技巧】利用万有引力定律解决卫星运动的技巧(1)一个模型天体(包括卫星)的运动可简化为质点的匀

8、速圆周运动