2025版高中物理：第五章 万有引力与宇宙航行第2讲　人造卫星与宇宙航行

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第2讲
　
人造卫星与宇宙航行
对应学生用书 P108
考点一
　
人造卫星
1.人造卫星轨道
卫星运行的轨道平面一定通过地心,一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道。
2.几种特殊卫星
(1)极地卫星:轨道平面与地球的
①　　　　
共面,运行时每圈都经过南、北两极的上空,由于地球
自转,极地卫星的探测范围可以实现全球覆盖。K
(2)近地卫星:是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为
等于地球的
②　　　　
,其运行线速度大小约为
③　　　　
km/s。K
(3)同步卫星:周期与地球自转周期相等,T=④
　　　　
。其中一种是静止卫星,轨道平面与
⑤　
共面,且与地球自转的方向相同。(最新人教版必修第二册重新定义了同步卫星)
　　
答案
　①
自转轴
　②
半径
　③
7.9
　④
24 h
　⑤
赤道平面
　　
北斗问天,国之夙愿。我国北斗卫星系统运行示意图如图所示。已知北斗卫星系统中有低轨
道卫星、高轨道卫星和地球静止轨道卫星。
(1)地球静止轨道卫星能否定点北京正上方?
(2)若地球静止轨道卫星的轨道半径约为地球半径的 7倍,则近地轨道卫星线速度是地球静止轨
道卫星线速度的多少倍?
　　
答案
　
(1)不能。地球静止轨道卫星只定点在地球赤道平面内。
(2)
√
7
倍。由 G
mM
r2
=m
v2
r
可得 v=
√
GM
r
∝
√
1
r
,故近地轨道卫星线速度是地球静止轨道卫星线
速度的
√
7
倍。
角度 1
　
人造卫星运行特点
考向 1
　
人造卫星运行特点
(2023 年江苏卷)设想将来发射一颗人造卫星,能在月球绕地球运动的轨道上稳定运行,该
轨道可视为圆轨道。该卫星与月球相比,一定相等的是(
　　
)。
A.质量
B.向心力大小
C.向心加速度大小
D.受到地球的万有引力大小
　　
答案
　
C
解析
　
因该卫星的质量与月球质量不一定相同,则向心力大小以及受地球的万有引力大小均不一
定相等;根据 G
=ma 可得 a=G
M
r2
,因该卫星与月球的轨道半径相同,可知向心加速度相同,
C项正确。
考向 2
　
卫星运行参量分析
(改编)2022 年4月16 日2时16 分,“长征四号丙”运载火箭在太原卫星发射中心升空,将
大气环境监测卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。与地球静止轨道卫星(图中卫星 1)不
同,大气环境监测卫星(图中卫星 2)是轨道平面与赤道平面夹角接近 90°的卫星,一天内环绕地球
飞14 圈。下列说法正确的是(
　　
)。
A.卫星 2的线速度大于卫星 1的线速度
B.卫星 2的周期大于卫星 1的周期
C.卫星 2的向心加速度小于卫星 1的向心加速度
D.卫星 2所处轨道的重力加速度等于卫星 1所处轨道的重力加速度
　　
答案
　
A
解析
　
由G
mM
r2
=m
2π
T
2r,得T=2π
√
r3
GM
,由题意有 T1>T2,故r1>r2,由G
mM
r2
=m
v2
r
,得
v=
√
GM
r
,故v2>v1,A 项正确,B 项错误;由G
mM
r2
=ma=mg'得a=g'=G
M
r2
,可知 a2>a1,C、D
两项错误。
1.人造卫星稳定运行时比较其加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系,应抓住万有
引力提供向心力这一核心等式,即G
Mm
r2
=m
v2
r
=mω2r=m
4π2
T2
r=ma。
2.注意比较对象是否脱离地面,若脱离,则可用“高轨低速、低轨高速”的结论来判断;若未脱
离,则可与地球看成一个整体,利用v=rω 来判断。
3.人造地球卫星的运行半径最小为 r=6.4×103 km,运行周期最小为 T=84.8 min,运行速度
最大为 v=7.9 km/s。
角度 2
　
同步卫星特点
同步卫星的六个“一定”
考向 1
　
同步卫星的理解
人造地球卫星的轨道示意图如图所示,LEO 是近地轨道,MEO 是中地球轨道,GEO 是地球
同步轨道,GTO 是地球同步转移轨道。已知地球的半径 R=6400 km,该图中 MEO 卫星的周期
约为(图中数据为卫星近地点、远地点离地面的高度)(
　　
)。
　　　　　　
K
　　　　　　
K
　　　　　　
K
A.3 h
B.8 h
C.15 h
D.20 h
　　
答案
　
A
解析
　
根据题图中 MEO 卫星距离地面高度为 4200 km,可知轨道半径约为 R1=10600 km,同
步轨道上 GEO 卫星距离地面高度为 36000 km,可知轨道半径约为 R2=42400 km,为MEO 卫
星轨道半径的 4倍,即R2=4R1。地球同步卫星的周期 T2=24 h,运用开普勒第三定律可得
R1
3
R2
3
=
T1
2
T2
2
,解得 T1=3 h,A 项正确。
摘要：

第2讲　人造卫星与宇宙航行对应学生用书P108考点一　人造卫星1.人造卫星轨道卫星运行的轨道平面一定通过地心,一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道。2.几种特殊卫星(1)极地卫星:轨道平面与地球的①　　　　共面,运行时每圈都经过南、北两极的上空,由于地球自转,极地卫星的探测范围可以实现全球覆盖。 (2)近地卫星:是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为等于地球的②　　　　,其运行线速度大小约为③　　　　km/s。 (3)同步卫星:周期与地球自转周期相等,T=④　　　　。其中一种是静止卫星,轨道平面与⑤　共面,且与地球自转的方向相同。(最新人教版必修第二册重新定义...

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