7.4 宇宙航行(课时1)(举一反三)【四大题型】(原卷版)-2024-2025学年高一物理举一反三系列(人教版2019必修第二册).docx

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7.4宇宙航行(课时1)【三大题型】

【人教版2019】

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【题型1三个宇宙速度的理解】 2

【题型2人造卫星和同步卫星】 4

【题型3近地卫星与黄金代换】 6

【题型4卫星变轨问题】 8

知识点1:对三个宇宙速度的理解

宇宙速度是在地球上满足不同要求的卫星发射速度.

1.第一宇宙速度(环绕速度)

(1)是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度,是人造地球卫星的最小发射速度,v=7.9km/s.

(2)推导:对于近地人造卫星,轨道半径r近似等于地球半径R=6400km,卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力,取g=9.8m/s2,则

2.第二宇宙速度(脱离速度):在地面上发射物体,使之能够脱离地球的引力作用,成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度,其大小为11.2km/s.

3.第三宇宙速度(逃逸速度):在地面上发射物体,使之最后能脱离太阳的引力作用,飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度,其大小为16.7km/s.

注意:第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度,也是最小发射速度.

知识点2:人造卫星运动问题的处理思路及规律

1.轨道及特点

(1)轨道:赤道轨道、极地轨道及其他轨道.如图所示.

(2)特点:所有的轨道圆心都在地心.

2.处理思路及规律

将人造卫星视为绕地球(或其他天体)做匀速圆周运动,所需向心力等于地球(或其他天体)对卫星的万有引力,即:

Geq\f(Mm,r2)=meq\f(v2,r)=mω2r=meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)r=man.

所以v=eq\r(\f(GM,r)),r越大,v越小,

ω=eq\r(\f(GM,r3)),r越大,ω越小,

T=2πeq\r(\f(r3,GM)),r越大,T越大,

a=eq\f(GM,r2),r越大,a越小.

注意:地球卫星的an、v、ω、T由地球的质量M和卫星的轨道半径r决定,与卫星的质量、形状等因素无关.

【题型1三个宇宙速度的理解】

【例1】我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行,从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动,运动周期与地球自转周期相同,轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星()

A.运动速度大于第一宇宙速度

B.运动速度小于第一宇宙速度

C.轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星

D.轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星

【变式1-1】2022年11月1日,23吨的梦天实验舱与60吨的天和核心舱组合体顺利对接,完成了中国空间站建设最后一个模块的搭建。若对接前天和核心舱组合体在距地高度的正圆轨道运动,运行速度略小于梦天实验舱对接前的速度,则()

A.对接时梦天舱和天和舱因冲击力而产生的加速度相同

B.对接前空间站内宇航员所受地球的引力为零

C.对接后空间站绕地运行速度大于第一宇宙速度

D.若不启动发动机调整轨道,对接后空间站的轨道将会是椭圆

【变式1-2】我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%,半径约为地球半径的50%,下列说法正确的是()

A.火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度

B.火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间

C.火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度

D.火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度

【变式1-3】(多)人类设想在赤道平面内建造垂直于地面并延伸到太空的电梯,又称“太空电梯”如图甲所示。图乙中,图线A表示地球引力对航天员产生的加速度大小与航天员距地心的距离r的关系,图线B表示航天员相对地面静止时而产生的向心加速度大小与r的关系。图乙中R(地球半径),r0为已知量,地球自转的周期为T,引力常量为G,下列说法正确的有()

A.太空电梯停在r0处时,航天员对电梯舱的弹力为0

B.地球的质量为

C.地球的第一宇宙速度为

D.随着r的增大,航天员对电梯舱的弹力逐渐减小

【题型2人造卫星和同步卫星】

【例2】2022年10月9日,我国成功发射“夸父一号”探测卫星,用于探测由太阳发射而来的高能宇宙射线,卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道离地面的高度为720km,下列说法正确的是()

A.“夸父一号”的运行速度大于

B.“夸父一号”的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度

C.为使“夸父一号”能更长时间观测太阳,采用a轨道比b轨道更合理

D.“夸父一号”绕地球做圆周运动的周期为24小时

【变式2-1】华为mate60实现了手机卫星

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