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3.4 人造卫星 宇宙速度 预习案 高一物理教科版（2019）必修第二册
1.认识人造卫星的有关知识及运动规律。
2.理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。
3.结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。
重点 认识人造卫星的有关知识及运动规律
难点 会理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导
一、宇宙速度
1.推导：万有引力提供物体运动所需的向心力
得：①______________
2.三种宇宙速度
（1）第一种宇宙速度：飞行器在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，
（2）第二宇宙速度：使飞行器挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，②________
（3）第三宇宙速度：使飞行器挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度，③________
二、人造地球卫星的轨道
（1）人造地球卫屋绕地球做匀速圆周运动的轨道圆心必与地心重合。
（2）极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
（3）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半径，其运行时的线速度约为7.9km/s。
三、地球同步卫星
（1）概念:相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星，也称静止卫星。
（2）特点
①确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合。
②确定的转动方向：和地球自转方向一致。
③确定的周期：和地球自转周期相同，即T = 24h。
④确定的角速度：等于地球自转的角速度。
⑤确定的高度：离地面高度固定不变(约)。
⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(约)。
答案：
① ② ③
1.两种卫星绕地球运行的轨道如图，设地球半径为R，地球赤道上的物体随地球自转的速度大小为，加速度大小为；近地卫星的轨道半径近似为R，运行速度大小为，加速度大小为；地球同步卫星的轨道半径为r，运行速度大小为，加速度大小为。下列选项正确的是( )
A. B. C. D.
2.我国计划在2030年前实现载人登月，并探索建造月球科研试验站，开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。假设飞船到达月球前，先在距离月球表面高度等于月球半径处绕月球做匀速圆周运动，周期为T。已知月球质量分布均匀，月球半径为R，引力常量为G，忽略月球自转。下列说法正确的是( )
A.月球的质量为 B.月球的密度为
C.月球的第一宇宙速度为 D.月球表面的重力加速度为
3.嫦娥六号圆满完成任务的背后离不开鹊桥二号卫星的协作。鹊桥二号卫星在地球、月球引力的作用下运行在环月大椭圆冻结轨道上，如图所示，轨道的远月点一直在月球南极地区上空，且不需要耗费额外的推进剂维持轨道飞行状态。则( )
A.鹊桥二号卫星的发射速度大于第二宇宙速度
B.鹊桥二号与月球中心连线在相同时间扫过面积不相等
C.以地球为参考系，鹊桥二号的运行轨迹可能是圆
D.鹊桥二号绕地球运行轨道半长轴的三次方与公转周期平方的比值与月球的相等
4.如图所示，甲、乙两行星半径相等，丙、丁两颗卫星分别绕甲、乙两行星做匀速圆周运动，丙、丁两卫星的轨道半径，运动周期，则( )
A.甲、乙两行星质量之比为
B.甲、乙两行星第一宇宙速度大小之比为
C.甲、乙两行星密度之比为16:1
D.甲、乙两行星表面重力加速度大小之比为
答案以及解析
1.答案：B
解析：BD.卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可得
可得，
则有，
故B正确，D错误；
AC.地球赤道上的物体与同步卫星的角速度相等，根据，
可得，
则有
故AC错误。
故选B。
2.答案：B
解析：A.根据
解得月球的质量为
选项A错误；
B.月球的密度为
选项B正确；
C.根据
月球的第一宇宙速度为
选项C错误；
D.根据
月球表面的重力加速度为
选项D错误。
故选B。
3.答案：B
解析：鹊桥二号卫星未脱离地球引力的作用，发射速度小于第二宇宙速度，A错误。由题述可知，月球、地球均不是鹊桥二号的中心天体，而开普勒行星运动定律只针对同一中心天体成立，可知B正确，D错误。鹊桥二号绕月球做椭圆运动，且始终经过月球南极上方，月球绕地球近似做圆周运动，则鹊桥二号相对地球的运行轨迹不可能是圆，C错误。
4.答案：B
解析：根据卫星运动的向心力由万有引力提供，得，解得，则甲、乙两行星质量之比为，选项A错误；由得甲、乙两行星第一宇宙速度大小之比为，选项B正确；由，得甲、乙两行星密度之比为，选项C错误；由得甲、乙两行星表面重力加速度大小之比为，选项D错误.

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