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人教版高中物理必修二知识点大全
第五章平抛运动
§5-1曲线运动&运动的合成与分解
一、曲线运动
:物体运动轨迹是曲线的运动。
:运动物体所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直线上。
:①方向:某点瞬时速度方向就是通过这一点的曲线的切线方向。
②运动类型:变速运动(速度方向不断变化)。
③F合≠0,一定有加速度a。
④F合方向一定指向曲线凹侧。
⑤F合可以分解成水平和竖直的两个力。
——蜡块运动
涉及的公式:
vyv22
vvxvy
vvy
xtan
P蜡块的位置
vx
θ
二、运动的合成与分解
:等时性、独立性、等效性、矢量性。
:
①两个匀速直线运动的合运动仍然是匀速直线运动。
②速度方向不在同一直线上的两个分运动,一个是匀速直线运动,一个是匀变速直线运动,其合运动是
匀变速曲线运动,a合为分运动的加速度。
③两初速度为0的匀加速直线运动的合运动仍然是匀加速直线运动。
④两个初速度不为0的匀加速直线运动的合运动可能是直线运动也可能是曲线运动。当两个分运动的
初
速度的和速度方向与这两个分运动的和加速度在同一直线上时,合运动是匀变速直线运动,否则即
为
曲线运动。
三、有关“曲线运动”的两大题型
(1)小船过河问题
模型一:过河时间t最短:模型二:直接位移x最短:模型三:间接位移x最短:
v船v
vv船v船
ddv船d
θv水θv水θAθ
v水
当v水>v船时,dv不,
dd当v<v时,x=d,xminL
t,x水船mincosv不
minvsind
不t,d
vsint,
v不不vsin
tan不
v不v不
cosv不
v不cos
(2)绳杆问题(连带运动问题)v不
s(v-vcos)L
min不不vsin
不:.
1、实质:合运动的识别与合运动的分解。
2、关键:①物体的实际运动是合速度,分速度的方向要按实际运动效果确定;②沿绳(或杆)方向的分
速度大小相等。
模型四:如图甲,绳子一头连着物体B,一头拉小船A,这时船的运动方向不沿绳子。
甲乙
处理方法:如图乙,把小船的速度vA沿绳方向和垂直于绳的方向分解为v1和v2,v1就是拉绳的速度,vA
就是小船的实际速度。
§5-2平抛运动&类平抛运动
一、抛体运动
:以一定的速度将物体抛出,在空气阻力可以忽略的情况下,物体只受重力的作用,它的运动即为
抛体运动。
:①物体具有初速度;②运动过程中只受G。
二、平抛运动
:如果物体运动的初速度是沿水平方向的,这个运动就叫做平抛运动。
:①物体具有水平方向的加速度;②运动过程中只受G。
:平抛运动可以看作两个分运动的合运动:一个是水平方向的匀速直线运动,一个是竖直方向
α
的自由落体运动。
:
122122gt
(1)位移:xv0t,ygt,s(v0t)(gt),tan.
222v0
22gt
(2)速度:vxv0,vygt,vv0(gt),tan
v0
(3)推论:①从抛出点开始,任意时刻速度偏向角θ的正切值等于位移偏向角
φ的正切值的两倍。证明如下:
12
gt
gt2gt
tan,tan.tanθ=tanα=2tanφ。
v0v0t2v0
②从抛出点开始,任意时刻速度的反向延长线对应的水平位移的交点为此水平位移的中点,即如果物体落在斜面上,则位移偏向角与斜面倾斜角相等。
2y
tan.
——影响做平抛运动的物体的飞行时间、射程及落地速度的因素x
2h
a、飞行时间:t,t与物体下落高度h有关,与初速度v0无关。
g
2h
b、水平射程:xv0tv0,由v0和h共同决定。
g
BOOv1
vA
θA
vA
v2
甲乙:.
222
c、落地速度:vv0vyv02gh,v由v0和vy共同决定。
三、平抛运动及类平抛运动常见问题“斜面问题:
处理方法:;。考点一:物体从A运动到B的时间:根据
122v0tan
xv0t,ygtt
2g
考点二:B点的速度vB及其与v0的夹角α:
vv2(gt)2v14tan2,arctan(2tan)
00
x2v2tan
考点三:A、B之间的距离s:s0
cosgcos
§5-3圆周运动&向心力&生活中常见圆周运动
一、匀速圆周运动
:物体的运动轨迹是圆的运动叫做圆周运动,物体运动的线速度大小不变的圆周运动即为匀速圆周
运动。
:①轨迹是圆;②线速度、加速度均大小不变,方向不断改变,故属于加速度改变的变速曲线运动,
匀速圆周运动的角速度恒定;③匀速圆周运动发生条件是质点受到大小不变、方向始终与速度方向垂直
的合外力;④匀速圆周运动的运动状态周而复始地出现,匀速圆周运动具有周期性。2变形v22
vRR2nR2n,TR.
:TRTv
(1)线速度v是描述质点沿圆周运动快慢的物理量,是矢量;其方向沿轨迹切线,国际单位制中单位符
号是m/s,匀速圆周运动中,v的大小不变,方向却一直在变;
(2)角速度ω是描述质点绕圆心转动快慢的物理量,是矢量;国际单位符号是rad/s;
(3)周期T是质点沿圆周运动一周所用时间,在国际单位制中单位符号是s;
(4)频率f是质点在单位时间内完成一个完整圆周运动的次数,在国际单位制中单位符号是Hz;
(5)转速n是质点在单位时间内转过的圈数,单位符号为r/s,以及r/min.
:
:
模型一:共轴传动模型二:皮带传动模型三:齿轮传动
AA
Ar
BOr1
rO
RB
BOr2
R
vAR
,,TTBrTBRTrn
ABABvv,,A11B
vBrABvAvB,
ARTArTrn
B22A:.
22
v222
anrvr(2n)r.
rT
二、向心加速度
:任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心,这个加速度叫向心加速度。
注:并不是任何情况下,向心加速度的方向都是指向圆心。当物体做变速圆周运动时,向心加速度的一
个分加速度指向圆心。
:在匀速圆周运动中,始终指向圆心,始终与线速度的方向垂直。向心加速度只改变线速度的方向
而非大小。
:描述圆周运动速度方向方向改变快慢的物理量。
:
:
anan
OrOr
v一定ω一定
三、向心力
:做圆周运动的物体所受到的沿着半径指向圆心的合力,叫做向心力。
:总是指向圆心。
22
v222
:Fnmmrmvmrm(2n)r.
rT
:①向心力的方向总是指向圆心,它的方向时刻在变化,虽然它的大小不变,但是向心力也
是变力。②在受力分析时,只分析性质力,而不分析效果力,因此在受力分析是,不要加上向心力。③
描述做匀速圆周运动的物体时,不能说该物体受向心力,而是说该物体受到什么力,这几个力的合力充
当或提供向心力。
四、变速圆周运动的处理方法
:线速度、向心力、向心加速度的大小和方向均变化。
v2
:合外力沿法线方向的分力提供向心力:Fmm2r。合外力沿切线方向的分力产生
n
r
切线加速度:FT=mωaT。
:
(1)当物体实际受到的沿半径方向的合力满足F供=F需=mω2r时,物体做圆周运动;当F供<F需=mω2r时,
物体做离心运动。
(2)离心运动并不是受“离心力”的作用产生的运动,而是惯性的表现,是F供<F需的结果;离心运动
也
不是沿半径方向向外远离圆心的运动。:.
5、圆周运动的典型类型
类型受力特点图示最高点的运动情况
用细绳拴一小球在竖直平面内转动mv2
绳对球只有拉力①若F=0,则mg=R,v=gR
②若F≠0,则v>gR
mv2
小球固定在轻杆的一端在竖直平面内转动①若F=0,则mg=R,v=gR
杆对球可以是拉力也可以是支持力v2
②若F向下,则mg+F=mR,v>gR
mv2
③若F向上,则mg-F=R或mg-F=0,则
0≤v<gR
mv20
依据mg=R判断,若v=v0,FN=0;若
小球在竖直细管内转动管对球的弹力v<v0,FN向上;若v>v0,FN向下
FN可以向上也
可以向下
①如果刚好能通过球壳的最高点A,则
在最高点时弹力vA=0,FN=mg
球壳外的小球
FN的方向②如果到达某点后离开球壳面,该点处小球受到壳面的弹力FN=0,之后改做斜抛运动,若在最
向上高点离开则为平抛运动
六、有关生活中常见圆周运动的涉及的几大题型分析
(1)解题步骤:
①明确研究对象;②定圆心找半径;③对研究对象进行受力分析;④对外力进行正交分解;
⑤列方程:将与和物体在同一圆周运动平面上的力或其分力代数运算后,另得数等于向心力;
⑥解方程并对结果进行必要的讨论。
(2)典型模型:
I、圆周运动中的动力学问题
谈一谈:圆周运动问题属于一般的动力学问题,无非是由物体的受力情况确定物体的运动情况,或者由
物体的运动情况求解物体的受力情况。解题思路就是,以加速度为纽带,运用那个牛顿第二定律和运动
学公式列方程,求解并讨论。
模型一:火车转弯问题:
Fh
Na、涉及公式:F不mgtanmgsinmg①
L
v2Rgh
Fm0②,由①②得:v。
F不0
合RL
L
b、分析:设转弯时火车的行驶速度为v,则:
h(1)若v>v0,外轨道对火车轮缘有挤压作用;
(2)若v<v0,内轨道对火车轮缘有挤压作用。
mgv2v2
模型二:汽车过拱桥问题:a、涉及公式:mgFNm,所以当FNmgmmg,
RR
此时汽车处于失重状态,而且v越大越明显,因此汽车过拱桥时不
宜告诉行驶。b、分析:当:
2
v
FNmgmvgR
R
(1)vgR,汽车对桥面的压力为0,汽车出于完全失重状态;
(2)0vgR,汽车对桥面的压力为0FNmg。
(3)vgR,汽车将脱离桥面,出现飞车现象。
v2
c、注意:同样,当汽车过凹形桥底端时满足FNmgm,汽车
R
对桥面的压力将大于汽车重力,汽车处于超重状态,若车速过大,容易出现爆胎现象,即也不宜高速行驶。:.
II、圆周运动的临界问题

谈一谈:竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动。对于物体在竖直平面内做变速圆周运动的问题,
中学物理只研究问题通过最高点和最低点的情况,并且经常出现有关最高点的临界问题。
模型三:轻绳约束、单轨约束条件下,小球过圆周最高点:
(注意:绳对小球只能产生沿绳收缩方向的拉力.)(1)临界条件:小球到达最高点时,绳子的拉力或单轨的弹力刚好等于0,小球的重力提供向心力。即:
。
vv2
vmgm不不vgR
不不
R
绳
OO(2)小球能过最高点的条件:vgR不,绳
R
v对球产生向下的拉力或轨道对球产生向下的压力。(3)小球不能过最高点的条件:(实际上球还
vgR
没到最高点时就脱离了轨道)。
模型四:轻杆约束、双轨约束条件下,小球过圆周最高点:
(1)临界条件:由于轻杆和双轨的支撑作用,小球恰能到达最高点的临街速度
vvv0.
不不
杆
(2)如图甲所示的小球过最高点时,轻杆对小球的弹力情况:①当v=0时,轻杆对小球有竖直向上的支持力FN,其大小等于
O小球的重力,即F=mg;
N
②当时,轻杆对小球的支持力的方向竖直向上,大小
0vgR
甲乙
随小球速度的增大而减小,其取值范围是0FNmg;
③当vgR时,FN=0;
④当vgR时,轻杆对小球有指向圆心的拉力,其大小随速度的增大而增大。
(3)如图乙所示的小球过最高点时,光滑双轨对小球的弹力情况:①当v=0时,轨道的内壁下侧对小球有竖直向上的支持力FN,其大小等于小球的重力,即
FN=mg;
②当时,轨道的内壁下侧对小球仍有竖直向上的支持力FN,大小随小球速度的增
0vgR
大而减小,其取值范围是0FNmg;
③当vgR时,FN=0;
④当vgR时,轨道的内壁上侧对小球有竖直向下指向圆心的弹力,其大小随速度的增大
而增大。:.
模型五:小物体在竖直半圆面的外轨道做圆周运动:
两种情况:(1)若使物体能从最高点沿轨道外侧下滑,物体在最高点的速度v的限制条件是

vgR.
谈一谈:在水平面内做圆周运动的物体,当角速度ω变化时,物体有远离
或向着圆心运动(半径变化)的趋势。这时要根据物体的受力情况判断物
(2)若vgR,物体将从最高电起,脱离圆轨道做平抛运动。
体所受的某个力是否存在以及这个力存在时方向如何(特别是一些接触力,
如静摩擦力、绳的拉力等)。
模型六:转盘问题处理方法:先对A进行受力分析,如图所示,注意在分析时不能忽略摩擦力,
N当然,如果说明盘面为光滑平面,摩擦力就可以忽略了。受力分析完成后,可以发现支持力N与mg相互抵销,则只有f充当该物体的向心力,则有
A
2,接着可以求的所需的圆周
Ofv2
Fmm2Rm()2Rm(2n)2Rfmg
mgRT
运动参数等。
等效为等效处理:O可以看作一只手或一个固定转动点,B绕着O经长为R的轻绳或轻
杆的牵引做着圆周运动。还是先对B进行受力分析,发现,上图的f在此图中
O可等效为绳或杆对小球的拉力,则将f改为F拉即可,根据题意求出F拉,带入
v22
R公式Fmm2Rm()2Rm(2n)2RF,即可求的所需参量。
不
RT
B
第六章万有引力与航天
§6-1开普勒定律
一、两种对立学说(了解)
:
(1)代表人物:托勒密;(2)主要观点:地球是静止不动的,地球是宇宙的中心。
:
(1)代表人物:哥白尼;(2)主要观点:太阳静止不动,地球和其他行星都绕太阳运动。
二、开普勒定律
(轨道定律):所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点
上。
(面积定律):对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。
此定律也适用于其他行星或卫星绕某一天体的运动。
(周期定律):所有行星轨道的半长轴R的三次方与公转周期T的二次方的比值都相
同,
a3
即2k,k值是由中心天体决定的。通常将行星或卫星绕中心天体运动的轨道近似为圆,则半长轴a
T:.
即为圆的半径。我们也常用开普勒三定律来分析行星在近日点和远日点运动速率的大小。
§6-2万有引力定律
一、万有引力定律
—地检验:①检验人:牛顿;②结果:地面物体所受地球的引力,与月球所受地球的引力都是同一种
力。
:自然界的任何物体都相互吸引,引力方向在它们的连线上,引力的大小跟它们的质量m1和m2乘
积
成正比,跟它们之间的距离的平方成反比。
m1m21122
:FG2,G10Nm/kg(不不不不).
r
:适用于相距很远,可以看做质点的两物体间的相互作用,质量分布均匀的球体也可用此公式
计算,其中r指球心间的距离。
:
①普遍性:任何客观存在的有质量的物体之间都存在万有引力。
②相互性:两个物体间的万有引力是一对作用力与反作用力,满足牛顿第三定律。
③宏观性:一般万有引力很小,只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间,其存在才有意义。
④特殊性:两物体间的万有引力只取决于它们本身的质量及两者间的距离,而与它们所处环境以及周围
是否有其他物体无关。
:①G是引力常量,由卡文迪许通过扭秤装置测出,单位是Nm2/kg2。
GMm
F需ma,F万2
②G在数值上等于两个质量为L1kg的质点相距1m时的相互吸引力大小。
22
v222
③GanL的测定证实了万有引力的存在,从而使万有引力能够进行定量计算,同时标志着力学L(2f)L.
实验精密程度的提高,开创了测量弱相互作用力的新时代。LT
:
GMm2
(1)“黄金代换”公式推导:当GF时,就会有mg2GMgR。
R
(2)注意:
①重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,但重力不是万有引力。
②只有在两极时物体所受的万有引力才等于重力。
③重力的方向竖直向下,但并不一定指向地心,物体在赤道上重力最小,在两极时重力最大。
④随着纬度的增加,物体的重力减小,物体在赤道上重力最小,在两极时重力最大。
⑤物体随地球自转所需的向心力一般很小,物体的重力随纬度的变化很小,因此在一般粗略的计算中,
可以认为物体所受的重力等于物体所受地球的吸引力,即可得到“黄金代换”公式。
:
(1)运动性质:通常把天体的运动近似看成是匀速圆周运动。
(2)从力和运动的关系角度分析天体运动:
天体做匀速圆周运动运动,其速度方向时刻改变,其所需的向心力由万有引力
提供,即F需=F万。如图所示,由牛顿第二定律得:
,从运动的角度分析向心加速度::.
22
GMmv222
(3)重要关系式:2mmLmLm(2f)L.
LLT
:“填补法”计算均匀球体间的万有引力:
谈一谈:万有引力定律适用于两质点间的引力作用,对于形状不规则的物体应给予填补,变成一个形状
规则、便于确定质点位置的物体,再用万有引力定律进行求解。
模型:如右图所示,在一个半径为R,质量为M的均匀球体中,紧贴球的边缘
挖出一个半径为R/2的球形空穴后,对位于球心和空穴中心连线上、
与球心相距d的质点m的引力是多大?
思路分析:把整个球体对质点的引力看成是挖去的小球体和剩余部分对质点的
引力之和,即可求解。
根据“思路分析”所述,引力F可视作F=F1+F2:
33
GMm4R4RM1
不不F2不不不不不R/2不不不不不不M'M,
d3232348
R
3
M'mMmGMmMm7d28dR2R2
不不F2G2G2,F1FF22G2GMm2,
RRdR2R
d8d8d8dd
2222
7d28dR2R2
则挖去小球后的剩余部分对球外质点m的引力为GMm2。
2R
8dd
2
§6-3由“万有引力定律”引出的四大考点
1、解题思路——“金三角”关系:
(1)万有引力与向心力的联系:万有引力提供天体做匀速圆周运动的向心力,即
22
GMmv222
2mammrmrm(2n)r是本章解题的主线索。
rrT
GMm
(2)万有引力与重力的联系:物体所受的重力近似等于它受到的万有引力,即2mg,g为对应轨
r
道处的重力加速度,这是本章解题的副线索。
22
v22
(3)重力与向心力的联系:mgmmrmr,g为对应轨道处的重力加速度,适用于
rT
已知g的特殊情况。
2、天体质量的估算:.
模型一:环绕型:
谈一谈:对于有卫星的天体,可认为卫星绕中心天体做匀速圆周运动,中心天体对卫星的万有引力提供
卫星做匀速圆周运动的向心力,利用引力常量G和环形卫星的v、ω、T、r中任意两个量进行估算(只
能估计中心天体的质量,不能估算环绕卫星的质量)。
223
Mm24r
①已知r和T:G2mrM2.
rTGT
22
Mmvrv
②已知r和v:G2mM.
rrG
223
Mmv2vT
③已知T和v:G2mmrM.
rrT2G
模型二:表面型:
谈一谈:对于没有卫星的天体(或有卫星,但不知道卫星运行的相关物理量),可忽略天体自转的影响,
根据万有引力等于重力进行粗略估算。
MmgR2
G2mgM.
RG
变形:如果物体不在天体表面,但知道物体所在处的g,也可以利用上面的方法求出天
体的质量:
处理:不考虑天体自转的影响,天体附近物体的重力等于物体受的万有引力,即:
2
Mmg'(Rh)
G2mg'M.
(Rh)G
3、天体密度的计算
模型一:利用天体表面的g求天体密度:
Mm433g
G2mg,MR.
R34GR变形
物体不在天体表面:
2
Mm433g'(Rh)
G2mg',MR3.
(Rh)34GR
模型二:利用天体的卫星求天体的密度:
42r3
223
Mm4r43MGT3r
G2m2,MR23.
rT34343GTR
RR
33
4、求星球表面的重力加速度:
在忽略星球自转的情况下,物体在星球表面的重力大小等于物体与星球间的万有引力大小,即:
M不mGM不
mg不G2g不2.
R不R不
5、双星问题:
特点:“四个相等”:两星球向心力相等、角速度相等、周期相等、距离等于轨道半径之和。:.
211m2m1
符号表示:Fmrmvr,v,r1L,r2L.
mmm1m2m1m2
处理方法:双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力,即:
m1m2
GL2=m1ω2r1=m2ω2r2,由此得出:
(1)m1r1=m2r2,即某恒星的运动半径与其质量成反比。
2π4π2L3
(2)由于ω=T,r1+r2=L,所以两恒星的质量之和m1+m2=GT2。
§6-4宇宙速度&卫星
1、涉及航空航天的“三大速度”:
(一)宇宙速度:
:人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度叫第一宇宙速度,也
叫地面附近的环绕速度,v1=。它是近地卫星的运行速度,也是人造卫星最小发射速度。(待在
地
球旁边的速度)
:使物体挣脱地球引力的束缚,成为绕太阳运动的人造卫星或飞到其他行星上去的最小速
度,v2=。(离弃地球,投入太阳怀抱的速度)
:使物体挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳以外的宇宙空间去的最小速度,v2=。(离
弃太阳,投入更大宇宙空间怀抱的速度)
(二)发射速度:
:卫星在地面附近离开发射装置的初速度。
:
①v不v1,人造卫星只能“贴着”地面近地运行。
②v不v1,可以使卫星在距地面较高的轨道上运行。
③v1v不v2,v不,一般情况下人造地球卫星发射速度。
(三)运行速度:
:卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
2
MmvGM
:对于人造地球卫星,G2mv,该速度指的是人造地球卫星在轨道上的运行
rrr
的
环绕速度,其大小随轨道的半径r↓而v↑。
:①当卫星“贴着”地面飞行时,运行速度等于第一宇宙速度;②当卫星的轨道半径大于地球半径
时,运行速度小于第一宇宙速度。
2、两种卫星:
(一)人造地球卫星:
:在地球上以一定初速度将物体发射出去,物体将不再落回地面而绕地球运行而形成的人造卫星。
:近地卫星、中轨道卫星、高轨道卫星、地球同步卫星、极地卫星等。:.
”近似”:
①近地卫星贴近地球表面运行,可近似认为它做匀速圆周运动的半径等于地球半径。
②在地球表面随地球一起自转的物体可近似认为地球对它的万有引力等于重力。
③天体的运动轨道可近似看成圆轨道,万有引力提供向心力。
:
Mmv2GM1
①运行速度:G2mvvh,v。
(Rh)RhRhRh
Mm2GM1
②角速度:G2m(Rh)33h,。
(Rh)(Rh)(Rh)
23
Mm2(Rh)3
③周期:。G2m(Rh)T2T(Rh)h,T。
(Rh)TGM
MmGM1
④向心加速度:G2maa2a2h,a。
(Rh)(Rh)(Rh)
(二)地球同步卫星:
:在赤道平面内,以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运行的卫星。
“一定”:
①周期T一定:与地球自转周期相等(24h),角速度ω也等于地球自转角速度。
②轨道一定:所有同步卫星的运行方向与地球自转方向一致,轨道平面与赤道平面重合。
③运行速度v大小一定:所有同步卫星绕地球运行的线速度大小一定,。
④离地高度h一定:所有同步卫星的轨道半径均相同,×104km。
⑤向心加速度an大小一定:所有同步卫星绕地球运行的向心加速度大小都相等,。
注:所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆,它们都在同一轨道上运动且都相对静止。
3、卫星变轨问题:
:线速度v发生变化,使万有引力不等于向心力,从而实现变轨。
:增大卫星的线速度v,使万有引力小于所需的向心力,从而实现变轨。
:卫星到达高轨道后,在新的轨道上其运行速度反而减小;当卫星的线速度v减小时,万有引力
大
于所需的向心力,卫星则做向心运动,但到了低轨道后达到新的稳定运行状态时速度反而增大。
:某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分,但它们都处在同一条直线上。由
于它们轨道不是重合的,因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理,而是通过卫
星运动的圆心角来衡量,若它们初始位置在同一直线上,实际内轨道所转过的圆心角与外轨道所转过的
圆心角之差为π的整数倍时就是出现最近或最远的时刻。
四、与卫星有关的几组概念的比较总结: