2012高考物理一輪能力提升 4-6人造衛(wèi)星宇宙速度考點 重點 方法

1、第六課時 人造衛(wèi)星 宇宙速度【教學(xué)要求】1知道人造衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律，了解各種衛(wèi)星的特點；2理解三個宇宙速度的物理意義?！局R再現(xiàn)】一、人造地球衛(wèi)星1原理當(dāng)物體的速度足夠大時，物體繞地球運(yùn)動，這樣的物體就成為人造地球衛(wèi)星2運(yùn)行規(guī)律人造地球衛(wèi)星的軌道是以地球球心為圓心（或焦點）的圓（或橢圓）軌道，一般認(rèn)為是圓形軌道。提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動的向心力就是地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力。由于F引=F向 所以，G=mv2/r （1）線速度v v=，v隨r的增大而減小，r=R地時，vmax。（2）角速度 =，隨r的增大而減小，r=R地時，max。（3）周期T T=2/=2，T隨r的增大而增大，r=R地時，Tmin。二、

2、三大宇宙速度1第一宇宙速度：就是指人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具有的速度，即r=R地時，v=7.9km/s說明：注意區(qū)別發(fā)射速度和運(yùn)行速度2第二宇宙速度：v=11.2km/s3第三宇宙速度：v=16.7km/s三、地球同步衛(wèi)星所謂地球同步衛(wèi)星，是指相對于地面靜止不動的衛(wèi)星。重點突破知識點一人造衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動時靠地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心，因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有：（1）赤道軌道：與赤道共面；（2）極地軌道：通過兩極點上空；當(dāng)然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道，只

3、要圓周的圓心在地心，就可能為衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的圓軌道。【應(yīng)用1】發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3，軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖20所示。則在衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時，以下說法正確的是（ ）A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度導(dǎo)示:由G=mv2/r得v=，因為r3>r1，所以v3<v1

4、；由G=m2r得=，因為r3>r1，所以3<1。衛(wèi)星在軌道l上經(jīng)Q點時的加速度為地球引力產(chǎn)生的加速度，而在軌道2上經(jīng)過Q點時，也只有地球引力產(chǎn)生加速度，故應(yīng)相等。同理，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度。故正確答案為BD。在分析衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點和Q點時的加速度不能用a=v2/r來討論，因為它不是勻速圓周運(yùn)動。知識點二同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星特點有“五定”，即定周期（運(yùn)動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T=24h），定軌道平面（所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面在赤道平面內(nèi)）；定高度（離地高度36000km，約5.6R地)；定速度（運(yùn)轉(zhuǎn)速度為3.1×103

5、m/s）；定點（每顆同步衛(wèi)星都定點在世界衛(wèi)星組織規(guī)定位置上）?！緫?yīng)用2】（08揚(yáng)州三校聯(lián)考）地球同步衛(wèi)星離地心距離為r，運(yùn)行速率為v1，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球的半徑為R，則（ ）Av1 / v2=r / R Ba1 / a2=r / RCa1 / a2=( R / r )2 Dv1 / v2=(r / R)-1/2導(dǎo)示: 同步衛(wèi)星與地球赤道上的物體均做勻速圓周運(yùn)動，對同步衛(wèi)星來說是萬有引力提供向心力，即有G=ma1；而對地球赤道上的物體來說，物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力只是萬有引力的一個極小的分力，另一個分力是重力，即有G=ma2+mg，

6、故不能用G=ma2來分析兩者向心加速度的關(guān)系。注意到兩者圓周運(yùn)動的角速度相同，由a=2rr有a1 / a2=r / R 同步衛(wèi)星與在地面附近繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星，都是萬有引力提供向心力，可由公式G=mv2/r得v=，則v1 / v2= 故選項B、D正確。該類題求解的時候特別要注意：研究對象是地面上隨地球一起自轉(zhuǎn)的物體，還是繞地球轉(zhuǎn)動的人造衛(wèi)星，兩類問題的處理方法不一樣。如果涉及兩者關(guān)系時，常需要用到同步衛(wèi)星作為橋梁來建立聯(lián)系。方法探究類型一衛(wèi)星中的超失重問題衛(wèi)星發(fā)射時，在加速上升的過程中，以及衛(wèi)星從外空間進(jìn)入大氣層向下降落的減速運(yùn)動過程中都具有向上的加速度，這時發(fā)生超重現(xiàn)象；衛(wèi)星進(jìn)入軌道以后，由于

7、萬有引力全部用來產(chǎn)生向心加速度，因而衛(wèi)星及衛(wèi)星中的物體都處于完全失重狀態(tài)。【例1】某物體在地面上受重力為160N，將它置于衛(wèi)星中，衛(wèi)星以a=g/2的加速度上升過程中，當(dāng)物體與衛(wèi)星中水平支持面的壓力為90N時，求此時衛(wèi)星離地心的距離。已知R地=6.4×103km(g取10 m/s2)導(dǎo)示:由G=mg得m=16kg設(shè)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的加速度為g由牛頓第二定律知：FN-mg=ma則g=5/8m/s2又G=mg而GM=gR2所以r=4R=2.56×104km該類問題處理思路：先根據(jù)衛(wèi)星的運(yùn)動狀態(tài)確定衛(wèi)星所在處的重力加速度，然后利用公式G=mg進(jìn)行求解。在解題的過程中要特別注意地面的重

8、力加速度和衛(wèi)星所在處的重力加速度的區(qū)別。類型二衛(wèi)星的相遇問題不同的衛(wèi)星環(huán)繞速度一般不同，這樣在環(huán)繞的過程中就會出現(xiàn)相距最近和相距最遠(yuǎn)兩種現(xiàn)象?！纠?】(08屆唐山市重點中學(xué)高考模擬卷)一顆在赤道上空運(yùn)行的人造衛(wèi)星，其軌道半徑為r=2R（R為地球半徑），衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同. 已知地球自轉(zhuǎn)的角速度為0，地球表面處的重力加速度為g。 求：（1）該衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動的角速度；（2）該衛(wèi)星相鄰兩次經(jīng)過赤道上同一建筑物正上方的時間間隔t。導(dǎo)示:（1）地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動的向心力,設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，有：G=m2r設(shè)地球表面有一個質(zhì)量為物體，有： g =G 把r=2

9、R代入，可得： （2）衛(wèi)星下次通過該建筑物上方時，衛(wèi)星比地球多轉(zhuǎn)2弧度，所需時間： 兩衛(wèi)星軌道半徑不同，環(huán)繞的角速度不一樣，軌道半徑越小，環(huán)繞的角速度越大。從第一次相距最近到下一次相距最近，轉(zhuǎn)動快的比轉(zhuǎn)動慢的要多轉(zhuǎn)一圈（2rad）；從第一次相距最近到第一次相距最遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動快的比轉(zhuǎn)動慢的要多轉(zhuǎn)半圈（rad）。解題時還要注意審題，看是否有周期性。類型三與其它知識的綜合問題衛(wèi)星的運(yùn)動還常與光學(xué)、能量問題綜合?！纠?】某顆地球同步衛(wèi)星正下方的地球表面上有一觀察者，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽光照射的此衛(wèi)星，試問：春分那天(太陽光直射赤道)在日落后12 h內(nèi)有多少時間該觀察者看不見此衛(wèi)星?已知地球的半徑為R，

10、地球表面處的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)的周期為T，不考慮大氣對光的折射。導(dǎo)示:設(shè)所求的時間為t用m、M分別表示衛(wèi)星和地球的質(zhì)量，r表示衛(wèi)星到地心的距離。有G=mr(2/T)2春分時，太陽光直射地球赤道，如右圖所示，圖中E表示赤道，S表示衛(wèi)星，A表示觀察者，O表示地心由圖可看出當(dāng)衛(wèi)星S繞地心0轉(zhuǎn)到圖示位置以后(設(shè)地球自轉(zhuǎn)是沿圖中逆時針方向)，其正下方的觀察者將看不見它，據(jù)此再考慮到對稱性，有由以上各式可得：答案： 衛(wèi)星的運(yùn)動與光學(xué)知識結(jié)合時，要利用光學(xué)知識畫出平面圖，從幾何圖形中找出衛(wèi)星的軌道半徑與中心天體的半徑關(guān)系，從而使問題得到求解。成功體驗1關(guān)于人造地球衛(wèi)星，下述說法正確的是（ ）A.人造地

11、球衛(wèi)星只能繞地心做圓周運(yùn)動，而不一定繞地軸做勻速圓周運(yùn)動B.在地球周圍做勻速圓周運(yùn)動的人造地球衛(wèi)星，其線速度大小都必然大于7.9 km/sC.在地球周圍做勻速圓周運(yùn)動的人造地球衛(wèi)星，其線速度不能大于7.9 km/sD.在地球周圍做勻速圓周運(yùn)動的人造地球衛(wèi)星，如其空間存在稀薄的空氣，受空氣阻力作用，其速度定越來越小2假設(shè)站在赤道某地的人，恰能在日落后4小時的時候，觀察到一顆自己頭頂上空被陽光照亮的人造地球衛(wèi)星，若該衛(wèi)星在赤道所在平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，又已知地球的同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍，試估算此人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的周期為多少小時?(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)3（08北京四中第一學(xué)期期中測驗）2003年10月15日，我國成功地發(fā)射了“神州”五號載人宇宙飛船。發(fā)射飛船的火箭全長58.3m，起飛時總質(zhì)量M0=479.8t（噸）。發(fā)射的初始階段，火箭豎直升空，航天員楊利偉有較強(qiáng)的超重感，儀器顯示他對倉座的最大壓力達(dá)到體重的5倍。飛