2020版高考物理复习第四章专题强化五天体运动的“四类热点”问题讲义（含解析）教科版

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1、专题强化五　天体运动的“四类热点”问题专题解读1.本专题是万有引力定律在天体运行中的特殊运用，同步卫星是与地球表面相对静止的卫星；而双星或多星模型有可能没有中心天体，近年来常以选择题形式在高考题中出现．2．学好本专题有助于学生更加灵活地应用万有引力定律，加深对力和运动关系的理解．3．需要用到的知识：牛顿第二定律、万有引力定律、圆周运动规律等．一、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：

2、除以上两种轨道外的卫星轨道．所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心．自测1　(多选)可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道(　　)A．与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的答案　CD解析　人造地球卫星运行时，由于地球对卫星的引力提供它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造地球卫星所在轨道圆的圆心一

3、定要和地球的中心重合，不可能是地轴上(除地心外)的某一点，故A错误；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以B错误；相对地球表面静止的卫星就是地球的同步卫星，它必须在赤道平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们公转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动，C、D正确．二、地球同步卫星的特点相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星．同步卫星有以下“七个一定”的特点：(1

4、)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)角速度一定：与地球自转的角速度相同．(4)高度一定：由G＝m(R＋h)得地球同步卫星离地面的高度h＝－R≈3.6×107m.(5)速率一定：v＝≈3.1×103m/s.(6)向心加速度一定：由G＝ma得a＝＝gh＝0.23m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度．(7)绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致．自测2　(2018·河南省鹤壁市第二次段考)已知某行星半径为R，以第一宇宙速度围绕该行星运

5、行的卫星的绕行周期为T，围绕该行星运动的同步卫星运行速率为v，则该行星的自转周期为(　　)A.B.C.D.答案　A解析　设同步卫星距地面的高度为h，则＝m，以第一宇宙速度运行的卫星的轨道半径为R，＝m2R，联立解得h＝－R，行星的自转周期等于同步卫星运转周期T＝＝，A选项正确，B、C、D选项错误．三、卫星变轨1．当卫星的速度突然增大时，G

6、均增加．2．当卫星的速度突然减小时，G>m，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小．当卫星进入新的轨道稳定运行时，由v＝可知其运行速度比原轨道运行时的大，但重力势能、机械能均减小．自测3　(2018·安徽省江南十校冲刺联考)现对于发射地球同步卫星的过程分析，如图1所示，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，P点是轨道Ⅰ上的近地点，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则(　　)图1A．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于第一宇宙速度7.9km/sB．该卫星的发射速度必定

7、大于第二宇宙速度11.2km/sC．在轨道Ⅰ上，卫星在P点的速度大于第一宇宙速度7.9km/sD．在轨道Ⅰ上，卫星在Q点的速度大于第一宇宙速度7.9km/s答案　C解析　第一宇宙速度是卫星在近地轨道运行的线速度，根据G＝m可知v＝，故轨道半径越大，线速度越小，所以同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度，A错误；该卫星为地球的卫星，所以发射速度小于第二宇宙速度，B错误；P点为近地轨道上的一点，但要从近地轨道变轨到Ⅰ轨道，则需要在P点加速，所以卫星在P点的速度大于第一宇宙速度，C正确；在Q点要从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，

8、则需要在Q点加速，即卫星在轨道Ⅱ上经过Q点的速度大于在轨道Ⅰ上经过Q点的速度，而轨道Ⅱ上的速度小于第一宇宙速度，故卫星在轨道Ⅰ上经过Q点时的速度小于第一宇宙速度，D错误.命题点一　近地卫星、同步卫星和赤道上物体的运行问题1．解决同步卫星问题的“四点”注意(1)基本关系：要抓住G＝ma＝m＝mrω2＝mr.(2)重要手段：构建物理模型，绘制草图辅助分析．(3)物理规律：①不快不慢：具有特定的运行线速度、角速度和周期