第03讲 宇宙速度及变轨与对接（人间—天上）高考物理一轮复习模型（解析版）.docx

2024年高考物理一轮复习模型及秒杀技巧一遍过

模块6万有引力与航天各模块大招

第03讲宇宙速度及变轨与对接（人间—天上）（解析版）

目录

TOC\o1-3\h\u【内容一】人造卫星的发射原理：（第一宇宙速度）模型 1

【内容二】人造卫星的发射原理：（第二宇宙速度）模型 2

【内容三】卫星变轨原理模型 3

【内容四】卫星变轨发射一般流程模型 5

技巧总结

三大宇宙速度

技巧总结

内容一：人造卫星的发射原理：（第一宇宙速度）

建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动

基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供利用黄金代换，所以.

如：①已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在地面附近环绕（r=R）地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？

②如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v？

由和

由此可见，，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为第一宇宙速度。

内容二：人造卫星的发射原理：（第二宇宙速度）

引力势能（以远为零势能面）

1、第一宇宙速度（环绕速度）：(物体在地面附近、环绕地球做匀速圆周运动，是最小发射速度）

2.第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。

3.第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物体的速度大于或等于，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。

注意：宇宙速度都是针对发射速度；以上三个宇宙速度都是地球上的宇宙速度。

说明：（1）第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最小发射速度,当时，卫星恰好环绕地球表面做匀速圆周运动；要使卫星在较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于。

（2）第一宇宙速度是最大的环绕速度。由知，轨道越高，环绕速度越小，即人造地球卫星的环绕速度。

（3）发射速度小于时，卫星将不能围绕地球做圆周运动，而是落回地面。

（4）第一宇宙速度是卫星相对于地心的线速度。地面上发射卫星时的发射速度，是卫星获得相对地面的速度与地球自转速度的合速度，所以赤道上自西向东发射卫星，可以节省一定的能量。

（5）当发射速度大于时：

①若,但环绕速度，卫星仍绕地球运行，但径迹是椭圆，地球处在椭圆的一个焦点上。

②若卫星脱离地球的束缚而围绕太阳运行，成为太阳系的一颗“小行星”。

③若，卫星脱离太阳的吸引，而成为自由天体。

（6）人造地球卫星的运行速度和发射速度间的大小关系：

内容三：变轨与对接

技巧总结

Ⅰ前提：卫星绕天体运行时，提供的向心力与所需要的向心力关系决定着卫星变轨问题

提供的向心力需要的向心力运动方式

卫星做圆周运动

卫星做近心运动

卫星做离心运动

Ⅱ:卫星变轨原理:

思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？

在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。

万有引力相同

①卫星在二轨道相切点

速度—内小外大（切点看轨迹）

近地点速度大，动能大

②卫星在椭圆轨道运行

远地点速度小，动能小

内容四:卫星变轨发射一般流程：

地面发射Ⅰ轨道（低轨道或近地轨道）Ⅱ轨道（椭圆轨道）Ⅲ轨道（高轨道）

①卫星如何从圆轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，解释原因？

卫星在处向后喷气（火）加速万有引力不够提供向心力离心运动椭圆

②卫星在轨道Ⅰ上经过点时的速度大小为与它在轨道Ⅱ上经过点时的速度大小为，试比较二者大小关系？

(加速离心)

③在椭圆轨道上点与点的速度大小相等吗？

（开普勒第二定律）

④卫星在轨道Ⅱ上经过点时的速度为大小与它在轨道Ⅲ上经过点时的速度大小为，试比较二者大小关系？

（加速离心）

⑤在圆轨道上与点的速度大小如何？

根据

从而得

⑥比较卫星在轨道Ⅰ上经过点时的加速度，与它在轨道Ⅱ上经过点时的加速度，在轨道Ⅱ上经过点时的加速度，在轨道Ⅲ上经过点时的加速度大小关系如何？

根据得

例题演练

例1、2019年春节电影《流浪地球》热播，观众分析《流浪地球》中的发动机推动地球的原理：行星发动机通过逐步改变地球绕太阳运行的轨道，达到极限以后通过引力弹弓效应弹出地球，整个流浪时间长达几十年。具体过程如图所示，轨道1为地球公转的近似圆