第3章 4.人造衛(wèi)星　宇宙速度

1、.4.人造衛(wèi)星宇宙速度學 習 目 標知 識 脈 絡(luò)1.知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度重點2理解人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系3知道同步衛(wèi)星的特點難點4理解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識及我國衛(wèi)星發(fā)射的情況，激發(fā)學生的愛國熱情.人 造 衛(wèi) 星 與 宇 宙 速 度1人造衛(wèi)星衛(wèi)星是太空中繞行星運動的物體將第一顆人造衛(wèi)星送入圍繞地球運行軌道的國家是前蘇聯(lián)2宇宙速度數(shù)值意義第一宇宙速度7.9km/s衛(wèi)星在地球外表附近繞地球做勻速圓周運動的速度第二宇宙速度11.2km/s使衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度16.7km/s使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小地面發(fā)射速度1第一宇宙速

2、度是能使衛(wèi)星繞地球運行的最小發(fā)射速度2第一宇宙速度是人造衛(wèi)星繞地球運行的最小速度×3第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時近地點的速度×假設(shè)要發(fā)射火星探測器，試問這個探測器應大約以多大的速度從地球上發(fā)射？【提示】火星探測器繞火星運動，脫離了地球的束縛，但沒有掙脫太陽的束縛，因此它的發(fā)射速度應在第二宇宙速度與第三宇宙速度之間，即11.2 km/sv16.7 km/s.發(fā)射衛(wèi)星，要有足夠大的速度才行，請考慮：圖3­4­1討論1：不同星球的第一宇宙速度是否一樣？第一宇宙速度的決定因素是什么？【提示】不同，根據(jù)Gm，v，第一宇宙速度決定于星球的質(zhì)量和半徑討論2：把

3、衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越小？【提示】軌道越高，需要的發(fā)射速度越大1解決天體運動問題的根本思路：一般行星或衛(wèi)星的運動可看作勻速圓周運動，所需要的向心力都由中心天體對它的萬有引力提供，所以研究天體時可建立根本關(guān)系式：Gma，式中a是向心加速度2常用的關(guān)系式1Gmm2rmr，萬有引力全部用來提供行星或衛(wèi)星做圓周運動的向心力2mgG即gR2GM，物體在天體外表時受到的引力等于物體的重力該公式通常被稱為黃金代換式3四個重要結(jié)論：設(shè)質(zhì)量為m的天體繞另一質(zhì)量為M的中心天體做半徑為r的勻速圓周運動1由m得v，r越大，天體的v越小2由Gm2r得，r越大，天體的越小3由Gm2r得T2，r越大

4、，天體的T越大4由Gman得an，r越大，天體的an越小以上結(jié)論可總結(jié)為“一定四定，越遠越慢4地球同步衛(wèi)星及特點：地球同步衛(wèi)星及特點：1概念：相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有一樣周期的衛(wèi)星，叫作地球同步衛(wèi)星2特點：確定的轉(zhuǎn)動方向：和地球自轉(zhuǎn)方向一致；確定的周期：和地球自轉(zhuǎn)周期一樣，即T24 h；確定的角速度：等于地球自轉(zhuǎn)的角速度；確定的軌道平面：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面重合；確定的高度：離地面高度固定不變3.6×104 km；確定的環(huán)繞速率：線速度大小一定3.1×103 m/s1下面關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說法中不正確的選項是A各國發(fā)射的地球同步衛(wèi)星

5、的高度和速率都是相等的B同步通信衛(wèi)星的角速度雖已被確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增大；高度降低，速率減小，仍同步C我國發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114 min，比同步通信衛(wèi)星的周期短，所以第一顆人造衛(wèi)星離地面的高度比同步通信衛(wèi)星的低D同步通信衛(wèi)星的速率比我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星的速率小【解析】同步通信衛(wèi)星的周期與角速度跟地球自轉(zhuǎn)的周期與角速度一樣，由 和hrR知衛(wèi)星高度確定由vr知速率也確定，A正確，B錯誤；由T2 知第一顆人造地球衛(wèi)星高度比同步通信衛(wèi)星的低，C正確；由v 知同步通信衛(wèi)星比第一顆人造地球衛(wèi)星速率小，D正確應選B.【答案】B2關(guān)于第一宇宙速度，以下說法中正確的

6、選項是 【導學號：22852074】A第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞運行的最小速度B第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞運行的最大速度C第一宇宙速度是地球同步衛(wèi)星環(huán)繞運行的速度D不同行星的第一宇宙速度都是一樣的【解析】第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飛行的衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的線速度衛(wèi)星做圓周運動的向心力由地球?qū)λ娜f有引力提供，由Gm可得v.可見衛(wèi)星的高度越高，那么公轉(zhuǎn)的線速度越小，所以靠近地球外表飛行的衛(wèi)星h的值可忽略的線速度最大，應選項B正確；地球同步衛(wèi)星在地球的高空運行，所以它的線速度小于第一宇宙速度，所以選項C錯誤；行星的質(zhì)量和半徑不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不一樣，所以選項D錯誤【答案

7、】B3.如圖3­4­2，假設(shè)兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運動，a、b到地心O的間隔 分別為r1、r2，線速度大小分別為v1、v2，那么 【導學號：22852075】圖3­4­2A. B. C.2D.2【解析】對人造衛(wèi)星，根據(jù)萬有引力提供向心力m，可得v .所以對于a、b兩顆人造衛(wèi)星有 ，應選項A正確【答案】A4探測器繞月球做勻速圓周運動，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運動，那么變軌后與變軌前相比A軌道半徑變小B向心加速度變小C線速度變小 D角速度變小【解析】探測器做勻速圓周運動，由萬有引力提供向心力，那么：Gmr，整理得T2，可知周期T較小

8、的軌道，其半徑r也小，A正確；由Gmanmm2r，整理得：anG，v，可知半徑變小，向心加速度變大，線速度變大，角速度變大，故B、C、D錯誤【答案】A5如圖3­4­3所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星以一樣的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運動以下說法正確的選項是圖3­4­3A甲的向心加速度比乙的小B甲的運行周期比乙的小C甲的角速度比乙的大D甲的線速度比乙的大【解析】根據(jù)Gma得a.故甲衛(wèi)星的向心加速度小，選項A正確；根據(jù)Gm2r，得T2，故甲的運行周期大，選項B錯誤；根據(jù)Gm2r，得，故甲運行的角速度小，選項C錯誤；根據(jù)G，得v，故甲運行的線速度小，選項D錯誤【答案】A6研究說明，地球自轉(zhuǎn)在逐漸變慢，3億年前地球自轉(zhuǎn)的周期約為22小時假設(shè)這種趨勢會持續(xù)下去，地球的其他條件都不變，將來人類發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與如今的相比A距地面的高度變大B向心加速度變大C線速度變大 D角速度變大【解析】地球的自轉(zhuǎn)周期變大，那么地球同步衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期變大由mRh，得hR，T變大，h變大，A正確由ma，得a，r增大，a減小，B錯誤由，得v，r增大，v減小，C錯誤由可知，角速度減小，D錯誤【答案】A天體運動問題解答技巧1比較圍繞同一個中心天體做勻速圓周運動的行星或衛(wèi)星的v、