第3節(jié)人類對(duì)太空的不懈探索核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1.認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程和重要意義，以

及科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用。2.學(xué)會(huì)分析人造衛(wèi)星的運(yùn)行問題，理解地球同步

衛(wèi)星的特點(diǎn)及規(guī)律?？茖W(xué)思維1.了解“地心說”和“日心說”的內(nèi)容及意義，

學(xué)習(xí)科學(xué)家實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律、不迷信權(quán)

威、敢于堅(jiān)持真理的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。2.了解開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的建立過程。目錄01.基礎(chǔ)知識(shí)·準(zhǔn)落實(shí)02.核心要點(diǎn)·快突破03.教學(xué)效果·勤檢測04.課時(shí)訓(xùn)練·提素能基礎(chǔ)知識(shí)·準(zhǔn)落實(shí)梳理歸納自主學(xué)習(xí)01

知識(shí)點(diǎn)一

古希臘人的探索1.

公元140年前后，托勒密提出了

（即地心說），該體

系可以解釋已知天體的運(yùn)動(dòng)。2.

地心說：

是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽、月球以及

其他星體都繞

運(yùn)動(dòng)。地心體系地球地球知識(shí)點(diǎn)二文藝復(fù)興的撞擊1.

1543年

提出了“日心說”（1）內(nèi)容：太陽是

的中心，水星、金星、地球、火星、

木星及土星都繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，月球是地球的衛(wèi)星。（2）“日心說”可以簡潔地描述行星運(yùn)動(dòng)，并能更清楚地解釋諸

多天文現(xiàn)象。2.

開普勒研究了

連續(xù)20年的觀測數(shù)據(jù)，提出了開普勒三

大定律。哥白尼宇宙第谷知識(shí)點(diǎn)三牛頓的大綜合1.

牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和自己的研究

成果，逐步建立了

?。2.

牛頓的

是物理學(xué)的第一次大綜合，它將

?

的力學(xué)和

的力學(xué)統(tǒng)一起來，形成了以

?

為基礎(chǔ)的力學(xué)體系。萬有引力定律萬有引力定律地上天上牛頓三大運(yùn)動(dòng)定

律知識(shí)點(diǎn)四

人類“飛天”夢的實(shí)現(xiàn)1.

1957年10月4日，

成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。2.

1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員

?成功完成了人類第一次環(huán)

繞地球的飛行。3.

1969年7月20日，美國的“阿波羅十一號(hào)”宇宙飛船將人類送上

了

?。4.

1971年4月19日，蘇聯(lián)“禮炮一號(hào)”空間站成為人類進(jìn)入太空的第

一個(gè)空間站。5.

1971年12月2日，蘇聯(lián)“火星三號(hào)”探測器在火星表面著陸。蘇聯(lián)加加林月球6.

1981年4月12日，美國的第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”成功發(fā)

射。目前，科學(xué)家正在研究一種新型的航天器——空天飛機(jī)。7.

2003年10月15日，“神舟五號(hào)”載人飛船成功發(fā)射，中國成為世界

上第三個(gè)獨(dú)立掌握載人航天技術(shù)的國家?！厩榫八急妗康匦恼f與日心說的示意圖如圖所示。判斷下列說法的正誤。（1）地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的。

（

×

）×（2）“太陽從東邊升起，在西邊落下，”這說明太陽繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，

地球是不動(dòng)的。

（

×

）（3）如果認(rèn)為地球是不動(dòng)的（以地球?yàn)閰⒖枷担?，行星運(yùn)動(dòng)的描述

不僅復(fù)雜而且問題很多。

（

√

）（4）如果認(rèn)為太陽是不動(dòng)的（以太陽為參考系），則行星運(yùn)動(dòng)的描

述變得簡單。

（

√

）（5）“地心說”和“日心說”都有一定的局限性，我們認(rèn)識(shí)的太陽

系本身也在宇宙中不停地運(yùn)動(dòng)著。

（

√

）×√√√核心要點(diǎn)·快突破互動(dòng)探究深化認(rèn)知02

要點(diǎn)一天體運(yùn)動(dòng)參量的分析與計(jì)算【探究】（1）一般衛(wèi)星（或行星）的運(yùn)動(dòng)可看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，用描述天

體運(yùn)行的物理量表示出其所需向心力，并寫出與萬有引力的

關(guān)系。

（2）你知道“黃金代換公式”嗎？說說這個(gè)公式的作用。

（3）請使用問題（1）中的關(guān)系式推導(dǎo)線速度v、角速度ω、周期T、

向心加速度a與軌道半徑r的關(guān)系。

（4）隨著軌道半徑r的增大，v、ω、T、a如何變化？在同一圓軌道上

運(yùn)行的不同衛(wèi)星，它們的v、ω、T、a有何特點(diǎn)？提示：

衛(wèi)星的軌道半徑r越大，v、ω、a越小，T越大，即越遠(yuǎn)越慢。衛(wèi)星的軌道半徑r確定后，其相對(duì)應(yīng)的線速度大小、角速度、周期和向心加速度大小是唯一的，與衛(wèi)星的質(zhì)量

無關(guān)，即同一軌道上的不同衛(wèi)星具有相同的周期、線速度大小、角速度和向心加速度大小。（5）同一軌道上的兩衛(wèi)星是否有可能相撞？提示：

不可能。同一軌道上的兩衛(wèi)星，線速度大小相等，相對(duì)靜止，故不可能相撞。

【典例1】有的天文學(xué)家傾向于把太陽系外較小的天體叫作“矮行

星”，而另外一些人把它們叫作“小行星”，谷神星就是小行星之

一。現(xiàn)有兩個(gè)這樣的天體，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，繞太陽運(yùn)行的

軌道半徑分別是r1和r2，求：（1）它們與太陽間的萬有引力之比；

（2）它們的公轉(zhuǎn)周期之比。

1.

如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的3顆人造衛(wèi)

星，下列說法正確的是（

）A.

b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B.

b、c的向心加速度相等，且大于a的向心加速度C.

c加速可以追上同軌道上的b，b減速可以等候同一軌

道上的cD.

b、c衛(wèi)星的周期大小相等，且大于a的周期

2.

有兩顆衛(wèi)星分別用a、b表示，若a、b兩顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)

動(dòng)的軌道半徑之比為4∶9，如圖所示，則下列說法正確的是

（

）A.

a、b兩顆衛(wèi)星的質(zhì)量之比為3∶2B.

a、b兩顆衛(wèi)星運(yùn)行的線速度大小之比為2∶3C.

a、b兩顆衛(wèi)星運(yùn)行的角速度之比為27∶8D.

a、b兩顆衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度大小之比為9∶4

要點(diǎn)二地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)1.

地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星是指位于地球赤道上方一定高度、運(yùn)行方向與地

球自轉(zhuǎn)方向相同、運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等、相對(duì)地面靜

止的衛(wèi)星。2.

地球同步衛(wèi)星的六個(gè)“一定”【典例2】利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任

意兩點(diǎn)之間保持無線電通信。目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地

球半徑的6.6倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星

來實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為（

）A.1

hB.4

hC.8

hD.16

h

1.

2020年6月23日，我國北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功，

這顆衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星。關(guān)于該衛(wèi)星，下列說法正確的是（

）A.

該衛(wèi)星相對(duì)地面是運(yùn)動(dòng)的B.

該衛(wèi)星發(fā)射速度大于11.2

km/sC.

該衛(wèi)星運(yùn)行速度小于7.9

km/sD.

該衛(wèi)星定點(diǎn)在南京上空解析：

地球同步衛(wèi)星相對(duì)地面是靜止的，故A錯(cuò)誤；所有的地

球衛(wèi)星的發(fā)射速度均小于11.2

km/s，故B錯(cuò)誤；第一宇宙速度即

7.9

km/s，是最大的環(huán)繞速度，所以同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于7.9

km/s，故C正確；地球同步衛(wèi)星應(yīng)該定位在赤道上空，故D錯(cuò)誤。2.

（多選）地球同步衛(wèi)星，常用于通信、氣象、廣播電視、導(dǎo)彈預(yù)

警、數(shù)據(jù)中繼等方面，設(shè)地球半徑為R，同步衛(wèi)星離地面的高度為

h，不計(jì)地球自轉(zhuǎn)的影響時(shí)，地球表面的重力加速度為g。有關(guān)地球

同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（

）A.

同步衛(wèi)星能夠定位于北京上空C.

同步衛(wèi)星的速率可以與某極地衛(wèi)星的速率相等D.

所有同步衛(wèi)星的向心加速度一定相同

要點(diǎn)三近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星與赤道上物體的比較1.

軌道半徑近地衛(wèi)星與赤道上物體的軌道半徑相同，同步衛(wèi)星的軌道半徑較

大，即r同＞r近＝r物。2.

運(yùn)行周期

3.

角速度

4.

線速度

6.

動(dòng)力學(xué)規(guī)律近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星都只受萬有引力作用，由萬有引力充當(dāng)向心

力，滿足萬有引力充當(dāng)向心力所決定的天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。赤道上的物

體由萬有引力和地面支持力的合力充當(dāng)向心力（或者說由萬有引力

的分力充當(dāng)向心力），它的運(yùn)行規(guī)律不同于衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律?！镜淅?】

（多選）有a、b、c、d四顆人造地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，

在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b在地面附近的近地軌道上正常運(yùn)

動(dòng)，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖所

示，則有（

）A.

a、c轉(zhuǎn)過的弧長對(duì)應(yīng)的角度相等B.

b在相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長D.

d的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20

h

方法技巧處理近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星與赤道上物體運(yùn)動(dòng)問題的技巧（1）近地衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的共同點(diǎn)是衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力

由萬有引力提供；（2）同步衛(wèi)星與赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體的共同點(diǎn)是具有相同的角

速度；（3）當(dāng)比較近地衛(wèi)星和赤道上物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，往往借助同步衛(wèi)

星這一紐帶，這樣會(huì)使問題迎刃而解。

1.

如圖所示，a是準(zhǔn)備發(fā)射的一顆衛(wèi)星，在地球赤道表面上隨地球一

起轉(zhuǎn)動(dòng)，b是地面附近的近地軌道上正常運(yùn)行的衛(wèi)星，c是地球同步

衛(wèi)星，則下列說法正確的是（

）A.

衛(wèi)星a的向心加速度等于重力加速度gB.

衛(wèi)星c的線速度小于衛(wèi)星aC.

衛(wèi)星b所受的向心力一定大于衛(wèi)星cD.

衛(wèi)星b運(yùn)行的線速度大小約等于地球第一宇宙速度解析：

衛(wèi)星a在赤道上，地球?qū)πl(wèi)星a的萬有引力分解為重力和

衛(wèi)星隨地球自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，向心力的大小遠(yuǎn)小于

重力的大小，則衛(wèi)星a的向心加速度不等于重力加速度，故A錯(cuò)

誤；c與a角速度相同，由v＝rω可知c的線速度大于a的線速度，故

B錯(cuò)誤；因b和c的質(zhì)量大小關(guān)系不知，則無法確定向心力的大小關(guān)

系，故C錯(cuò)誤；第一宇宙速度為近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，故D正確。2.

1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)，目前仍

然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440

km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度

約為2

060

km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在赤

道上空35

786

km的地球同步軌道上。設(shè)東方紅一號(hào)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加

速度為a1，東方紅二號(hào)的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨

地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為（

）A.

a2＞a1＞a3B.

a3＞a2＞a1C.

a3＞a1＞a2D.

a1＞a2＞a3

要點(diǎn)回眸教學(xué)效果·勤檢測強(qiáng)化技能查缺補(bǔ)漏03

1.

設(shè)地球半徑為R，a為靜止在地球赤道上的一個(gè)物體，b為一顆近地

衛(wèi)星，c為地球的一顆同步衛(wèi)星，其軌道半徑為r。下列說法正確的

是（

）

2.

地球的兩顆人造衛(wèi)星A和B，它們的軌道近似為圓。已知A的周期約

為12小時(shí)，B的周期約為16小時(shí)，則兩顆衛(wèi)星相比（

）A.

A距地球表面較遠(yuǎn)B.

A的角速度較小C.

A的線速度較小D.

A的向心加速度較大

3.

（多選）如果把水星和金星繞太陽的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從水

星與金星在一條直線上時(shí)開始計(jì)時(shí)，若天文學(xué)家測得在相同時(shí)間內(nèi)

水星轉(zhuǎn)過的角度為θ1，金星轉(zhuǎn)過的角度為θ2（θ1、θ2均為銳角），

如圖所示，則由此條件可求得（

）A.

水星和金星繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期之比B.

水星和金星的密度之比C.

水星和金星到太陽的距離之比D.

水星和金星繞太陽運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小之比

B.

天和核心艙在軌道上飛行的速度大于7.9

km/sC.

天和核心艙在軌道上飛行的周期小于24

hD.

天和后續(xù)加掛實(shí)驗(yàn)艙后，空間站由于質(zhì)量增大，軌道半徑將變小

04課時(shí)訓(xùn)練·提素能分層達(dá)標(biāo)素養(yǎng)提升

1.

由于通信和廣播等方面的需要，許多國家發(fā)射了地球同步衛(wèi)星，這

些衛(wèi)星的（

）A.

質(zhì)量可以不同B.

軌道半徑可以不同C.

軌道平面可以不同D.

速率可以不同12345678910111213

123456789101112132.

金星、地球和火星繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們的向

心加速度大小分別為a金、a地、a火，它們沿軌道運(yùn)動(dòng)的速率分別為v

金、v地、v火。已知它們的軌道半徑R金＜R地＜R火，由此可以判定

（

）A.

a金＞a地＞a火B(yǎng).

a火＞a地＞a金C.

v地＞v火＞v金D.

v火＞v地＞v金12345678910111213

123456789101112133.

假設(shè)地球和火星都繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知地球到太陽的距離

小于火星到太陽的距離，則（

）A.

地球公轉(zhuǎn)的周期大于火星公轉(zhuǎn)的周期B.

地球公轉(zhuǎn)的線速度小于火星公轉(zhuǎn)的線速度C.

地球公轉(zhuǎn)的加速度小于火星公轉(zhuǎn)的加速度D.

地球公轉(zhuǎn)的角速度大于火星公轉(zhuǎn)的角速度12345678910111213

123456789101112134.

近年來，自然災(zāi)害在世界各地頻頻發(fā)生，給人類帶來巨大損失?？?/p>

學(xué)家們對(duì)其中地震、海嘯的研究結(jié)果表明，地球的自轉(zhuǎn)將因此緩慢

變快。下列說法正確的是（

）A.

“天宮二號(hào)”飛行器的高度要略調(diào)高一點(diǎn)B.

地球赤道上物體的重力會(huì)略變大C.

地球同步衛(wèi)星的高度要略調(diào)低一點(diǎn)D.

地球的第一宇宙速度將略變小12345678910111213

12345678910111213

A.2D.412345678910111213

123456789101112136.

a、b、c、d是在地球大氣層外的圓形軌道上運(yùn)行的四顆人造衛(wèi)星。

其中a、c的軌道相交于P點(diǎn)，b、d在同一個(gè)圓軌道上，b、c軌道在

同一平面上。某時(shí)刻四顆衛(wèi)星的運(yùn)行方向及位置如圖所示，下列說

法中正確的是（

）A.

a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度B.

b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度C.

a、c的線速度大小相等，且小于d的線速度D.

a、c存在在P點(diǎn)相撞的危險(xiǎn)12345678910111213

123456789101112137.

如圖所示，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航

系統(tǒng)，其中有靜止軌道同步衛(wèi)星和中軌道地球衛(wèi)星。已知中軌道地

球衛(wèi)星的軌道高度為5

000～15

000

km，則下列說法正確的是（

）A.

中軌道地球衛(wèi)星的線速度小于靜止軌道同步衛(wèi)星的線速度B.

上述兩種衛(wèi)星的運(yùn)行速度可能大于7.9

km/sC.

中軌道地球衛(wèi)星繞地球一圈的時(shí)間小于24小時(shí)D.

靜止軌道同步衛(wèi)星可以定位于北京的上空12345678910111213

123456789101112138.

（多選）我國首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”已于酒泉成功發(fā)射，

將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。“墨子”由火箭

發(fā)射至高度為500

km的預(yù)定圓形軌道。此前在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

成功發(fā)射了第二十三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星G7。G7屬地球靜止軌道衛(wèi)星

（高度約為36

000

km），它將使北斗系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提高。

關(guān)于衛(wèi)星的以下說法正確的是（

）A.

這兩顆衛(wèi)星的運(yùn)行速度可能大于7.9

km/sB.

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”的周期比北斗G7的

小C.

通過地面控制可以將北斗G7定點(diǎn)于西昌正上方D.

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”的向心加速度比北

斗G7的大12345678910111213

12345678910111213

A.

公轉(zhuǎn)周期之比T比∶T日＝1∶1B.

向心加速度之比a比∶a日＝3∶4C.

動(dòng)能之比Ek比∶Ek日＝3∶8D.

萬有引力之比F比∶F日＝3∶812345678910111213

12345678910111213

10.

若將地球同步衛(wèi)星和月球繞地球的運(yùn)動(dòng)均視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下

列相關(guān)說法正確的是（

）A.

月球的周期比同步衛(wèi)星的周期小B.

月球的角速度比同步衛(wèi)星的角速度大C.

月球