[高一理化生]物理課件-專題復(fù)習(xí)人造衛(wèi)星系列問(wèn)題

1、龐留根龐留根呂叔湘中學(xué)呂叔湘中學(xué)2007年年7月月http:/ Email: （一）（一）命題趨向與考點(diǎn)命題趨向與考點(diǎn)（二）（二）復(fù)習(xí)精要復(fù)習(xí)精要一、一、第一宇宙速度第一宇宙速度二、二、兩種最常見(jiàn)的衛(wèi)星兩種最常見(jiàn)的衛(wèi)星 地球的衛(wèi)星地球的衛(wèi)星 例例1三、三、不同高度的衛(wèi)星不同高度的衛(wèi)星 例例2四、四、衛(wèi)星的變軌衛(wèi)星的變軌五、五、關(guān)于第二、第三宇宙速度關(guān)于第二、第三宇宙速度 例例4六、六、航天器的動(dòng)力航天器的動(dòng)力 例例5 采用采用“太陽(yáng)帆太陽(yáng)帆” 例例6 利用地球磁場(chǎng)利用地球磁場(chǎng) 例例7利用萬(wàn)有引力利用萬(wàn)有引力“彈弓效應(yīng)彈弓效應(yīng)”07年佛山市教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)年佛山市教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)1607年揚(yáng)州市期末調(diào)研

2、測(cè)試年揚(yáng)州市期末調(diào)研測(cè)試1407屆南京市第一次調(diào)研測(cè)試屆南京市第一次調(diào)研測(cè)試17 2006年江蘇高考題年江蘇高考題14 練習(xí)練習(xí)1 練習(xí)練習(xí)2萬(wàn)有引力定律與牛頓運(yùn)動(dòng)三定律，并稱經(jīng)典力學(xué)四大萬(wàn)有引力定律與牛頓運(yùn)動(dòng)三定律，并稱經(jīng)典力學(xué)四大定律；人造衛(wèi)星問(wèn)題綜合運(yùn)動(dòng)定律與圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，定律；人造衛(wèi)星問(wèn)題綜合運(yùn)動(dòng)定律與圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，與地球知識(shí)密切相關(guān)，與航天技術(shù)緊密聯(lián)系，是理論與地球知識(shí)密切相關(guān)，與航天技術(shù)緊密聯(lián)系，是理論性、實(shí)用性、思維性均很強(qiáng)的知識(shí)難點(diǎn)。高考命題主性、實(shí)用性、思維性均很強(qiáng)的知識(shí)難點(diǎn)。高考命題主要是要求會(huì)用運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)分析解決實(shí)際要是要求會(huì)用運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)分析解

3、決實(shí)際問(wèn)題，有時(shí)要結(jié)合地理知識(shí)確定情景后再討論，還易問(wèn)題，有時(shí)要結(jié)合地理知識(shí)確定情景后再討論，還易與其它知識(shí)綜合。與其它知識(shí)綜合。 衛(wèi)星問(wèn)題貼近科技前沿，且與物理知識(shí)（如萬(wàn)有引衛(wèi)星問(wèn)題貼近科技前沿，且與物理知識(shí)（如萬(wàn)有引力定律、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等）及地理知力定律、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等）及地理知識(shí)有十分密切的相關(guān)性，以此為背景的高考命題立意識(shí)有十分密切的相關(guān)性，以此為背景的高考命題立意高、情景新、綜合性強(qiáng)，對(duì)考生的理解能力、綜合分高、情景新、綜合性強(qiáng)，對(duì)考生的理解能力、綜合分析能力、信息提煉處理能力及空間想象能力提出了極析能力、信息提煉處理能力及空間想象能力提出了極高的要求，是

4、新高考突出學(xué)科內(nèi)及跨學(xué)科間綜合創(chuàng)新高的要求，是新高考突出學(xué)科內(nèi)及跨學(xué)科間綜合創(chuàng)新能力考查的命題熱點(diǎn)，亦是考生備考應(yīng)試的難點(diǎn)能力考查的命題熱點(diǎn)，亦是考生備考應(yīng)試的難點(diǎn). （一）命題趨向與考點(diǎn)（一）命題趨向與考點(diǎn)考生應(yīng)試失誤的原因主要表現(xiàn)在：考生應(yīng)試失誤的原因主要表現(xiàn)在：（1）對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行的過(guò)程及遵循的規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，）對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行的過(guò)程及遵循的規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，理解不透，難以建立清晰的物理情景理解不透，難以建立清晰的物理情景.（2）對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行中力與運(yùn)動(dòng)量間，能量轉(zhuǎn)化間的）對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行中力與運(yùn)動(dòng)量間，能量轉(zhuǎn)化間的關(guān)系難以明晰，對(duì)諸多公式含義模糊不清關(guān)系難以明晰，對(duì)諸多公式含義模糊不清. （二）復(fù)習(xí)精要（二）復(fù)

5、習(xí)精要一般情況下運(yùn)行的衛(wèi)星，其所受萬(wàn)有引力不是剛好一般情況下運(yùn)行的衛(wèi)星，其所受萬(wàn)有引力不是剛好提供向心力，此時(shí)，衛(wèi)星的運(yùn)行速率及軌道半徑就提供向心力，此時(shí)，衛(wèi)星的運(yùn)行速率及軌道半徑就要發(fā)生變化，萬(wàn)有引力做功，我們將其稱為不穩(wěn)定要發(fā)生變化，萬(wàn)有引力做功，我們將其稱為不穩(wěn)定運(yùn)行即變軌運(yùn)動(dòng)；運(yùn)行即變軌運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)衛(wèi)星所受萬(wàn)有引力剛好提供向心力時(shí)，它的運(yùn)行當(dāng)衛(wèi)星所受萬(wàn)有引力剛好提供向心力時(shí)，它的運(yùn)行速率就不再發(fā)生變化，軌道半徑確定不變從而做勻速率就不再發(fā)生變化，軌道半徑確定不變從而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，我們稱為穩(wěn)定運(yùn)行速圓周運(yùn)動(dòng)，我們稱為穩(wěn)定運(yùn)行.用用M、m分別表示地球和衛(wèi)星的質(zhì)量，用分別表示地球和衛(wèi)星的質(zhì)量

6、，用R表示地表示地球半徑，球半徑，r表示人造衛(wèi)星的軌道半徑，可以得到：表示人造衛(wèi)星的軌道半徑，可以得到：rTmrmrvmrMmG222224 由此得出三個(gè)重要的結(jié)論：由此得出三個(gè)重要的結(jié)論：rrGMv1 即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越小。即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越小。3322rGMrvrT 即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的周期越長(zhǎng)。即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的周期越長(zhǎng)。331rrGMrv 即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的角速度越小。即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的角速度越小。即對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的衛(wèi)星即對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的衛(wèi)星: 運(yùn)行速率不變；運(yùn)行速率不變；軌道半徑不變；軌道半徑不變；其軌道半徑其軌道半徑r、

7、線速度大小、線速度大小v和周期和周期T是一一對(duì)應(yīng)的，是一一對(duì)應(yīng)的，其中一個(gè)量確定后，另外兩個(gè)量也就唯一確定了。其中一個(gè)量確定后，另外兩個(gè)量也就唯一確定了。而不穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星則不具備上述關(guān)系，其運(yùn)行速率而不穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星則不具備上述關(guān)系，其運(yùn)行速率和軌道半徑都在發(fā)生著變化和軌道半徑都在發(fā)生著變化.在地球表面上的物體所受的萬(wàn)有引力大小可以認(rèn)為和在地球表面上的物體所受的萬(wàn)有引力大小可以認(rèn)為和重力大小相等（萬(wàn)有引力的另一個(gè)分力是使物體隨地重力大小相等（萬(wàn)有引力的另一個(gè)分力是使物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力，最多只占萬(wàn)有引力的球自轉(zhuǎn)所需的向心力，最多只占萬(wàn)有引力的0.3%，計(jì)，計(jì)算中可以忽略）。因此有算中可

8、以忽略）。因此有RvmmgRMmG22 2gRGM gRv 一、第一宇宙速度一、第一宇宙速度m/s109731 .gRRGMv人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的最小發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。具有的最小發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。前提是在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)的前提是在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)的速度是唯一的速度是唯一的當(dāng)當(dāng)vv1時(shí)，成為衛(wèi)星時(shí)，成為衛(wèi)星,軌道不再是圓。軌道不再是圓。二、兩種最常見(jiàn)的衛(wèi)星二、兩種最常見(jiàn)的衛(wèi)星近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星軌道半徑近似地可認(rèn)為等于地球半徑，速率軌道半徑近似地可認(rèn)為等于地球半徑，速率v

9、=7.9km/s，周期周期T=85min。在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)。在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中是線速度最大，周期最短。星中是線速度最大，周期最短。神舟六號(hào)飛船的運(yùn)行軌道離地面的高度為神舟六號(hào)飛船的運(yùn)行軌道離地面的高度為345 km，線速，線速度約度約7.6km/s，周期約，周期約90min。同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星 地球同步衛(wèi)星是相對(duì)地球表面靜止的穩(wěn)定運(yùn)行衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星是相對(duì)地球表面靜止的穩(wěn)定運(yùn)行衛(wèi)星.(1)同步衛(wèi)星一定位于赤道的正上方，非同步人造地球同步衛(wèi)星一定位于赤道的正上方，非同步人造地球衛(wèi)星其軌道平面可與地軸有任意夾角衛(wèi)星其軌道平面可與地軸有任意夾角.(2)同步衛(wèi)星的運(yùn)

10、轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同. 即即T=24h;(3)軌道半徑為軌道半徑為r=4.24104km.其離地面高度其離地面高度h=5.6R=3.6104km一定的一定的.(4)線速度大小為線速度大小為v=0r=3.08103m/s為定值，繞行方為定值，繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同即由西向東向與地球自轉(zhuǎn)方向相同即由西向東. 離地高度離地高度h軌道半徑軌道半徑r運(yùn)行速度運(yùn)行速度v周期周期T近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星06.4106m7.9km/s84.6min=5000s同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星3.6107m4.2107m3.1km/s1d月球月球3.8108m3.8108m1km/s27.

11、5d地球的衛(wèi)星地球的衛(wèi)星近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星例例1、 用用m表示地球同步通信衛(wèi)星的質(zhì)量、表示地球同步通信衛(wèi)星的質(zhì)量、h表示衛(wèi)星離表示衛(wèi)星離地面的高度、地面的高度、M表示地球的質(zhì)量、表示地球的質(zhì)量、R0表示地球的半徑表示地球的半徑、g0表示地球表面處的重力加速度、表示地球表面處的重力加速度、T0表示地球自轉(zhuǎn)表示地球自轉(zhuǎn)的周期、的周期、0表示地球自轉(zhuǎn)的角速度，則：表示地球自轉(zhuǎn)的角速度，則：（1）地球同步通信衛(wèi)星的環(huán)繞速度）地球同步通信衛(wèi)星的環(huán)繞速度v為為 ( )30300002TGM.DGM.ChRGM.B)hR(.A ABCD2頁(yè)頁(yè)題目題目3頁(yè)頁(yè)末頁(yè)末頁(yè)解：解： (1)設(shè)地球同步

12、衛(wèi)星離地心的高度為設(shè)地球同步衛(wèi)星離地心的高度為r,則則r=R0+h, 則則環(huán)繞速度環(huán)繞速度v=0r=0(R0+h )同步衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)由萬(wàn)有引力提供向心力：即同步衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)由萬(wàn)有引力提供向心力：即rvmrMmG22 hRGMrGMv 0得得rmrMmG202 又有又有320 GMr 則則3030320002TGMGMGMrv 2頁(yè)頁(yè)題目題目3頁(yè)頁(yè)末頁(yè)末頁(yè)（ 2）地球同步通信衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f(wàn)有引力）地球同步通信衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f(wàn)有引力F的大小為的大小為 ( )34043400200202002016TGMm.DgRm.C)hR(m.B)hR(gRm.A 解：解：（2）地球同步衛(wèi)星的重力

13、加速度為）地球同步衛(wèi)星的重力加速度為 20200)hR(Rgg 地球?qū)λ娜f(wàn)有引力大小可認(rèn)為等于同步衛(wèi)星的重地球?qū)λ娜f(wàn)有引力大小可認(rèn)為等于同步衛(wèi)星的重力來(lái)提供向心力力來(lái)提供向心力,即即)hR(m)hR(Rmg 02020200 320020 gRhR 340020020 gRm)hR(mF 向向34040202020164TGMm)hR(Tm)hR(mF 向向ABCD2頁(yè)頁(yè)題目題目3頁(yè)頁(yè)末頁(yè)末頁(yè)（3）地球同步通信衛(wèi)星離地面的高度）地球同步通信衛(wèi)星離地面的高度h為為 ( ) A.因地球同步通信衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步，則衛(wèi)星離地因地球同步通信衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步，則衛(wèi)星離地面的高度就被確定面的高度就被

14、確定D.地球同步通信衛(wèi)星的角速度雖已確定，但衛(wèi)星離地地球同步通信衛(wèi)星的角速度雖已確定，但衛(wèi)星離地面的高度可以選擇面的高度可以選擇.高度增加，環(huán)繞速度增大，高度降高度增加，環(huán)繞速度增大，高度降低，環(huán)繞速度減小，仍能同步低，環(huán)繞速度減小，仍能同步0320020RgR 032204RGMT B. C. 解：解：（3）因?yàn)椋┮驗(yàn)?320020RgRh 式中式中R0、g0、0都是確定的，故都是確定的，故h被確定被確定200002RgGMT 032204RGMTh ABC2頁(yè)頁(yè)題目題目3頁(yè)頁(yè)末頁(yè)末頁(yè)三、不同高度的衛(wèi)星三、不同高度的衛(wèi)星由式由式rrGMv1 3322rGMrvrT 可知可知,在所有繞地球做勻

15、速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中,離地離地面越高的衛(wèi)星面越高的衛(wèi)星,軌道半徑越大、線速度越小、周期越大。軌道半徑越大、線速度越小、周期越大。衛(wèi)星由低軌道運(yùn)行變到高軌道運(yùn)行衛(wèi)星由低軌道運(yùn)行變到高軌道運(yùn)行:速度減小速度減小,動(dòng)能減動(dòng)能減小，衛(wèi)星的動(dòng)能可計(jì)算得到小，衛(wèi)星的動(dòng)能可計(jì)算得到rGMmmvEk2212 rGMmEp2 rGMmEEEpk2 重力加速度重力加速度g隨高度增大而減小隨高度增大而減小,重力勢(shì)能不能再用重力勢(shì)能不能再用Ep=mgh計(jì)算計(jì)算,而用公式而用公式 計(jì)算計(jì)算,重力勢(shì)能增大重力勢(shì)能增大.總機(jī)械能為總機(jī)械能為所以所以,同樣質(zhì)量的衛(wèi)星同樣質(zhì)量的衛(wèi)星,軌道

16、半徑越大軌道半徑越大,即離地面越高即離地面越高,衛(wèi)星衛(wèi)星具有的機(jī)械能越大具有的機(jī)械能越大,發(fā)射需要的總能量越多發(fā)射需要的總能量越多,就越困難。就越困難。例例2、 “神舟六號(hào)神舟六號(hào)”順利發(fā)射升空后，在離地面順利發(fā)射升空后，在離地面345km的圓軌道上運(yùn)行了的圓軌道上運(yùn)行了108圈。運(yùn)行中需要進(jìn)行多次圈。運(yùn)行中需要進(jìn)行多次“軌軌道維持道維持”。所謂。所謂“軌道維持軌道維持”就是通過(guò)控制飛船上發(fā)就是通過(guò)控制飛船上發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力的大小方向，使飛船能保持在動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力的大小方向，使飛船能保持在預(yù)定軌道上穩(wěn)定運(yùn)行。如果不進(jìn)行軌道維持，由于飛預(yù)定軌道上穩(wěn)定運(yùn)行。如果不進(jìn)行軌道維持，由于飛船

17、受軌道上稀薄空氣的摩擦阻力，軌道高度會(huì)逐漸降船受軌道上稀薄空氣的摩擦阻力，軌道高度會(huì)逐漸降低，在這種情況下飛船的動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能變低，在這種情況下飛船的動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能變化情況將會(huì)是化情況將會(huì)是 ( )A.動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能都逐漸減小動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能都逐漸減小B.重力勢(shì)能逐漸減小重力勢(shì)能逐漸減小,動(dòng)能逐漸增大動(dòng)能逐漸增大,機(jī)械能不變機(jī)械能不變C.重力勢(shì)能逐漸增大重力勢(shì)能逐漸增大,動(dòng)能逐漸減小動(dòng)能逐漸減小,機(jī)械能不變機(jī)械能不變D.重力勢(shì)能逐漸減小重力勢(shì)能逐漸減小,動(dòng)能逐漸增大動(dòng)能逐漸增大,機(jī)械能逐漸減小機(jī)械能逐漸減小D解答解答:由于阻力很小，軌道高度的變化很慢，衛(wèi)星運(yùn)行的每

18、由于阻力很小，軌道高度的變化很慢，衛(wèi)星運(yùn)行的每一圈仍可認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由于摩擦阻力做負(fù)功一圈仍可認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由于摩擦阻力做負(fù)功所以衛(wèi)星的機(jī)械能減?。挥捎谥亓ψ稣λ灾亓?shì)所以衛(wèi)星的機(jī)械能減??；由于重力做正功所以重力勢(shì)能減??；由上述規(guī)律可知衛(wèi)星動(dòng)能將增大能減??；由上述規(guī)律可知衛(wèi)星動(dòng)能將增大(說(shuō)明重力做說(shuō)明重力做的功大于克服阻力做的功，外力做的總功為正的功大于克服阻力做的功，外力做的總功為正)。 四、衛(wèi)星的變軌四、衛(wèi)星的變軌由于技術(shù)上的原因，衛(wèi)星的發(fā)射往往要分幾個(gè)階段，由于技術(shù)上的原因，衛(wèi)星的發(fā)射往往要分幾個(gè)階段，經(jīng)過(guò)多次變軌后才能定點(diǎn)于預(yù)定的位置。經(jīng)過(guò)多次變軌后才能定點(diǎn)于預(yù)定的位置

19、。例例3、如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先進(jìn)入一個(gè)如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道，然后在近地的圓軌道，然后在P點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道（該橢圓軌道的近地點(diǎn)為近地圓軌道上的移軌道（該橢圓軌道的近地點(diǎn)為近地圓軌道上的P，遠(yuǎn)地點(diǎn)為同步軌道上的遠(yuǎn)地點(diǎn)為同步軌道上的Q），到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)），到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的速率為運(yùn)行的速率為v1，在，在P點(diǎn)短時(shí)間點(diǎn)短時(shí)間加速后的速率為加速后的速率為v2，沿轉(zhuǎn)移軌道，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)剛到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)的速率為時(shí)的速率

20、為v3，在在Q點(diǎn)短時(shí)間加速后進(jìn)入同步點(diǎn)短時(shí)間加速后進(jìn)入同步軌道后的速率為軌道后的速率為v4。試比較。試比較v1、v2、v3、v4的大小，并用大于號(hào)的大小，并用大于號(hào)將它們排列起來(lái)將它們排列起來(lái) 。v1Pv2Qv3v4解解：v1Pv2Qv3v4根據(jù)題意在根據(jù)題意在P、Q 兩點(diǎn)點(diǎn)火加速過(guò)程中，衛(wèi)星速兩點(diǎn)點(diǎn)火加速過(guò)程中，衛(wèi)星速度將增大，所以有度將增大，所以有v2v1 、v4 v3，而而v1、v4是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的線速度是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的線速度，由于它們對(duì)應(yīng)的軌道半徑，由于它們對(duì)應(yīng)的軌道半徑 r1r4，所以，所以 v1 v4。衛(wèi)星沿橢圓軌道由衛(wèi)星沿橢圓軌道由PQ 運(yùn)行時(shí)

21、，由于只有重力做負(fù)功運(yùn)行時(shí)，由于只有重力做負(fù)功，衛(wèi)星機(jī)械能守恒，其重力勢(shì)能，衛(wèi)星機(jī)械能守恒，其重力勢(shì)能逐漸增大，動(dòng)能逐漸減小，因此逐漸增大，動(dòng)能逐漸減小，因此有有 v2v3把以上不等式連接起來(lái)，把以上不等式連接起來(lái)，可得到結(jié)論：可得到結(jié)論： v2 v1 v4 v3五五.關(guān)于第二、第三宇宙速度關(guān)于第二、第三宇宙速度質(zhì)量為質(zhì)量為m的物體在距離的物體在距離地地心心r處的萬(wàn)有引力勢(shì)能處的萬(wàn)有引力勢(shì)能 (以無(wú)以無(wú)窮遠(yuǎn)處勢(shì)能為零窮遠(yuǎn)處勢(shì)能為零)， rGMmEp 將物體從地球表面向上提高將物體從地球表面向上提高h(yuǎn)，相當(dāng)于式中的，相當(dāng)于式中的r由由R增大增大到到R+h，因此其勢(shì)能的增加量為，因此其勢(shì)能的增加量

22、為h)hR(RGMm)hRR(GMmEp 11(在地面附近時(shí)，可認(rèn)為在地面附近時(shí)，可認(rèn)為R+h=R，因此有，因此有EP=mgh，若取地面為重力勢(shì)能的參考平面，則有若取地面為重力勢(shì)能的參考平面，則有Ep=mgh)物體為了脫離地球的引力而飛離地球，必須具有足物體為了脫離地球的引力而飛離地球，必須具有足夠大的動(dòng)能：夠大的動(dòng)能：m/s102112213222 .RGMvRGMmmv這就是第二宇宙速度。這就是第二宇宙速度。 當(dāng)物體的速度大于或等于當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。把這個(gè)速度叫第二宇地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。把這個(gè)速度叫第二

23、宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的還受到太陽(yáng)的引力。宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的還受到太陽(yáng)的引力。 任何星球都有這樣的任何星球都有這樣的“第二宇宙速度第二宇宙速度”,若某星球若某星球的第二宇宙速度超過(guò)光速的第二宇宙速度超過(guò)光速c，則任何物體都無(wú)法擺脫，則任何物體都無(wú)法擺脫該星球的引力，從宇宙的其他部分看來(lái)，它就象是該星球的引力，從宇宙的其他部分看來(lái)，它就象是消失了一樣，這就是所謂的消失了一樣，這就是所謂的“黑洞黑洞”。 如果物體的速度等于或大于如果物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺，物體就擺脫了太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間脫了太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間去。這個(gè)速度

24、叫第三宇宙速度。去。這個(gè)速度叫第三宇宙速度。 已知質(zhì)量為已知質(zhì)量為m的物體在質(zhì)量為的物體在質(zhì)量為M的星球上的萬(wàn)有的星球上的萬(wàn)有引 力 勢(shì) 能引 力 勢(shì) 能 ( 以 無(wú) 窮 遠(yuǎn) 處 勢(shì) 能 為 零 ，以 無(wú) 窮 遠(yuǎn) 處 勢(shì) 能 為 零 ， G 為 引 力 常為 引 力 常量，量， ，r表示物體到該星球中心的距離表示物體到該星球中心的距離)只只要物體在星球表面具有足夠大的速度，就可以脫離該要物體在星球表面具有足夠大的速度，就可以脫離該星球的萬(wàn)有引力而飛離星球星球的萬(wàn)有引力而飛離星球(即到達(dá)勢(shì)能為零的地即到達(dá)勢(shì)能為零的地方方)這個(gè)速度叫做第二宇宙速度一旦第二宇宙速度這個(gè)速度叫做第二宇宙速度一旦第二宇

25、宙速度的大小超過(guò)了光速，則該星球上的任何物體的大小超過(guò)了光速，則該星球上的任何物體(包括光子包括光子)都無(wú)法擺脫該星球的引力于是它就將與外界斷絕了都無(wú)法擺脫該星球的引力于是它就將與外界斷絕了一切物質(zhì)和信息的交流從宇宙的其他部分看來(lái)，它一切物質(zhì)和信息的交流從宇宙的其他部分看來(lái)，它就像是消失了一樣，這就是所謂的就像是消失了一樣，這就是所謂的“黑洞黑洞”試分析試分析一顆質(zhì)量為一顆質(zhì)量為M2.01031kg的恒星，當(dāng)它的半徑坍塌的恒星，當(dāng)它的半徑坍塌為多大時(shí)就會(huì)成為一個(gè)為多大時(shí)就會(huì)成為一個(gè)“黑洞黑洞”?(計(jì)算時(shí)取引力常量計(jì)算時(shí)取引力常量G=71011Nmkg，(答案保留一位有效數(shù)字答案保留一位有效數(shù)字

26、)rGMmEp 例例4、解析：解析： 本題給出了物體在星球上的重力勢(shì)能公式從本題給出了物體在星球上的重力勢(shì)能公式從公式可以看出物體在無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)的勢(shì)能為零，而在星球公式可以看出物體在無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)的勢(shì)能為零，而在星球表面時(shí)重力勢(shì)能為負(fù)當(dāng)物體離開(kāi)星球表面向上運(yùn)動(dòng)表面時(shí)重力勢(shì)能為負(fù)當(dāng)物體離開(kāi)星球表面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于只有重力做功時(shí)，由于只有重力做功, 所以其機(jī)械能守恒設(shè)物體所以其機(jī)械能守恒設(shè)物體剛好能離開(kāi)星球，就是說(shuō)它到達(dá)勢(shì)能為零點(diǎn)時(shí)的速度剛好能離開(kāi)星球，就是說(shuō)它到達(dá)勢(shì)能為零點(diǎn)時(shí)的速度剛好也是零由動(dòng)能的減少剛好也是零由動(dòng)能的減少 1/2mv2 等于勢(shì)能的增加等于勢(shì)能的增加GMm/R 就可以求出第二宇宙速度當(dāng)?shù)?/p>

27、二宇宙速度就可以求出第二宇宙速度當(dāng)?shù)诙钪嫠俣葀恰好等于光速恰好等于光速c時(shí)，該星球就成為一個(gè)時(shí)，該星球就成為一個(gè)“黑洞黑洞”RGMmmv 221cRGMv 2m1031031021072242831112 )(cGMR六、航天器的動(dòng)力六、航天器的動(dòng)力航天器的發(fā)射一般都由化學(xué)燃料火箭完成。航天器的航天器的發(fā)射一般都由化學(xué)燃料火箭完成。航天器的姿態(tài)控制、軌道維持以及遠(yuǎn)程探測(cè)器的運(yùn)行動(dòng)力，就姿態(tài)控制、軌道維持以及遠(yuǎn)程探測(cè)器的運(yùn)行動(dòng)力，就不能完全靠化學(xué)燃料了。已經(jīng)實(shí)驗(yàn)成功的和正在開(kāi)展不能完全靠化學(xué)燃料了。已經(jīng)實(shí)驗(yàn)成功的和正在開(kāi)展研究的一些方法和途徑是：研究的一些方法和途徑是：采用離子發(fā)動(dòng)機(jī)采用離子發(fā)

28、動(dòng)機(jī)原理是利用電場(chǎng)加速離子，將離子高速向原理是利用電場(chǎng)加速離子，將離子高速向后噴出，利用反沖使航天器得到加速。后噴出，利用反沖使航天器得到加速。a根據(jù)類似的思路，還有人根據(jù)類似的思路，還有人設(shè)計(jì)出設(shè)計(jì)出“微波爐發(fā)動(dòng)機(jī)微波爐發(fā)動(dòng)機(jī)”，即使微波的頻率和所用即使微波的頻率和所用“燃料燃料”分分子的固有頻率相等，使其發(fā)生子的固有頻率相等，使其發(fā)生共振，分子動(dòng)能迅速增大，再將它定向共振，分子動(dòng)能迅速增大，再將它定向噴出，利用反沖使航天器得到加速。噴出，利用反沖使航天器得到加速。 美國(guó)美國(guó)1998年發(fā)射的年發(fā)射的“深空一號(hào)深空一號(hào)”探測(cè)器使用了探測(cè)器使用了“離子發(fā)動(dòng)機(jī)離子發(fā)動(dòng)機(jī)”技術(shù)。其原理是設(shè)法使探測(cè)器

29、內(nèi)攜帶技術(shù)。其原理是設(shè)法使探測(cè)器內(nèi)攜帶的惰性氣體氙的惰性氣體氙( )的中性原子變?yōu)橐粌r(jià)離子，然后的中性原子變?yōu)橐粌r(jià)離子，然后用電場(chǎng)加速這些氙離子使其高速?gòu)奶綔y(cè)器尾部噴出，用電場(chǎng)加速這些氙離子使其高速?gòu)奶綔y(cè)器尾部噴出，利用反沖使探測(cè)器得到推動(dòng)力。已知深空一號(hào)離子發(fā)利用反沖使探測(cè)器得到推動(dòng)力。已知深空一號(hào)離子發(fā)動(dòng)機(jī)向外噴射氙離子的等效電流大小為動(dòng)機(jī)向外噴射氙離子的等效電流大小為I=0.64A，氙離，氙離子被噴出時(shí)的速度是子被噴出時(shí)的速度是v=2.9104m/s。求：。求：探測(cè)器得到的推動(dòng)力探測(cè)器得到的推動(dòng)力F是多大？是多大？探測(cè)器的目的地是博雷利彗星，計(jì)劃飛行探測(cè)器的目的地是博雷利彗星，計(jì)劃飛行3

30、年才能到年才能到達(dá)，試估算深空一號(hào)所需攜帶的氙的質(zhì)量。達(dá)，試估算深空一號(hào)所需攜帶的氙的質(zhì)量。你認(rèn)為為什么要選用氙？請(qǐng)說(shuō)出一個(gè)理由。你認(rèn)為為什么要選用氙？請(qǐng)說(shuō)出一個(gè)理由。 Xe13154例例5、已知量已知量:等效電流等效電流I,噴出速度噴出速度v,離子電量離子電量q,離子荷質(zhì)比離子荷質(zhì)比q/m.解答解答:設(shè)時(shí)間設(shè)時(shí)間t內(nèi)噴出的氙離子質(zhì)量為內(nèi)噴出的氙離子質(zhì)量為m，由動(dòng)量定理有，由動(dòng)量定理有vtmF 噴出的氙離子的荷質(zhì)比噴出的氙離子的荷質(zhì)比C/kg103571067113110615462719 .mqk由電流的定義：由電流的定義：tqI qmqm 而而 可得可得N0250.kIvF 這個(gè)推力相當(dāng)小

31、這個(gè)推力相當(dāng)小, ,產(chǎn)生的加速度也非常小產(chǎn)生的加速度也非常小(約約10-4m/s2), ,但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加速，探測(cè)器得到的速度將是很大但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加速，探測(cè)器得到的速度將是很大的（每年增加的（每年增加3km/s）。）。利用電流和荷質(zhì)比可求得每秒消耗的氙的質(zhì)量，利用電流和荷質(zhì)比可求得每秒消耗的氙的質(zhì)量，m=mIt/q =I/k=8.710-8 kg3年需要的總質(zhì)量為年需要的總質(zhì)量為M=mT=8.710-8 kg 3365243600=82kg。氙是惰性氣體，性質(zhì)穩(wěn)定，沒(méi)有天然放射性，比氙是惰性氣體，性質(zhì)穩(wěn)定，沒(méi)有天然放射性，比較安全；氙的原子量較大，在同樣電壓加速下得到較安全；氙的原子量較

32、大，在同樣電壓加速下得到的離子的動(dòng)量較大；的離子的動(dòng)量較大；還可由還可由 求出加速電壓和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率求出加速電壓和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 221mvUq IUP 題目題目 采用采用“太陽(yáng)帆太陽(yáng)帆”根據(jù)量子理論，光子有動(dòng)量：根據(jù)量子理論，光子有動(dòng)量：p=h/，因此光照到物體表面，因此光照到物體表面，光子被物體吸收或反射都會(huì)對(duì)光子被物體吸收或反射都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生物體產(chǎn)生“光壓光壓”。由此，有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙由此，有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測(cè)中用光壓為動(dòng)力推動(dòng)航天探測(cè)中用光壓為動(dòng)力推動(dòng)航天器加速。只要給探測(cè)器安上面器加速。只要給探測(cè)器安上面積足夠大的薄膜，并讓它正對(duì)積足夠大的薄膜，并讓它正對(duì)太陽(yáng)，就能從太陽(yáng)得到源

33、源不太陽(yáng)，就能從太陽(yáng)得到源源不斷的動(dòng)力。斷的動(dòng)力。例例6、 已知在地球繞日軌道上，每平方米面積上得到的已知在地球繞日軌道上，每平方米面積上得到的太陽(yáng)輻射功率為太陽(yáng)輻射功率為P0=1.35kW，若利用太陽(yáng)帆為處于該位，若利用太陽(yáng)帆為處于該位置的質(zhì)量為置的質(zhì)量為M=50kg的某探測(cè)器加速，設(shè)計(jì)所用薄膜的的某探測(cè)器加速，設(shè)計(jì)所用薄膜的面積為面積為S=4104m2，設(shè)照到薄膜上的光子全部被吸收，設(shè)照到薄膜上的光子全部被吸收，那么探測(cè)器得到的加速度將是多大？，那么探測(cè)器得到的加速度將是多大？解答解答:已知量為已知量為P0、M、S由光子能量由光子能量E=h和動(dòng)量和動(dòng)量p=h/可得到關(guān)系式可得到關(guān)系式E=p

34、c 設(shè)在時(shí)間設(shè)在時(shí)間t內(nèi)單位面積內(nèi)薄膜上接收到的光子數(shù)為內(nèi)單位面積內(nèi)薄膜上接收到的光子數(shù)為n，則，則接收到的太陽(yáng)能的功率為接收到的太陽(yáng)能的功率為P0=nE/t=npc/t；由于光子全部被吸收，每個(gè)光子的動(dòng)量變化為由于光子全部被吸收，每個(gè)光子的動(dòng)量變化為p，對(duì)這，對(duì)這些光子用動(dòng)量定理可得：些光子用動(dòng)量定理可得：f=np/t，因此整個(gè)薄膜上受到的壓力大小為因此整個(gè)薄膜上受到的壓力大小為cSPSfF0 利用利用F=Ma，可求探測(cè)器的加速度，可求探測(cè)器的加速度 230m/s1063 .cMSPa利用地球磁場(chǎng)利用地球磁場(chǎng)地球人造衛(wèi)星在地球磁場(chǎng)中運(yùn)行地球人造衛(wèi)星在地球磁場(chǎng)中運(yùn)行.地磁場(chǎng)的水平分量總地磁場(chǎng)的

35、水平分量總是由南向北的是由南向北的(兩極地區(qū)除外兩極地區(qū)除外),衛(wèi)星的運(yùn)行方向一般都衛(wèi)星的運(yùn)行方向一般都是由西向東的是由西向東的(這樣在發(fā)射時(shí)可以利用地球自轉(zhuǎn)而使衛(wèi)這樣在發(fā)射時(shí)可以利用地球自轉(zhuǎn)而使衛(wèi)星具有的速度星具有的速度,約約4102m/s).在衛(wèi)星下方懸掛一根足夠在衛(wèi)星下方懸掛一根足夠長(zhǎng)的導(dǎo)線長(zhǎng)的導(dǎo)線,讓它隨衛(wèi)星一起運(yùn)動(dòng)而切割地磁場(chǎng)的磁感線讓它隨衛(wèi)星一起運(yùn)動(dòng)而切割地磁場(chǎng)的磁感線,就能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),方向自下而上方向自下而上.又由于從又由于從地面往上地面往上60km到到1000km范圍范圍內(nèi)的大氣層是電離層內(nèi)的大氣層是電離層,由于太陽(yáng)由于太陽(yáng)的輻射作用的輻射作用,其中部分氣

36、體分子其中部分氣體分子被電離被電離,使該層大氣成為導(dǎo)體使該層大氣成為導(dǎo)體,能能夠和懸繩一起組成閉合回路夠和懸繩一起組成閉合回路.這這就是利用地磁場(chǎng)進(jìn)行就是利用地磁場(chǎng)進(jìn)行“懸繩發(fā)電懸繩發(fā)電”的原理。的原理。這種方法為衛(wèi)星提供電能并不真正可取這種方法為衛(wèi)星提供電能并不真正可取.因?yàn)楦袘?yīng)電因?yàn)楦袘?yīng)電流總是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流總是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的,(用右手定則可以判定在懸繩用右手定則可以判定在懸繩中的感應(yīng)電流方向向上中的感應(yīng)電流方向向上,所受的安培力向西所受的安培力向西)在發(fā)電的在發(fā)電的同時(shí)同時(shí),衛(wèi)星必受到安培力的阻礙作用衛(wèi)星必受到安培力的阻礙作用,一定有機(jī)械能轉(zhuǎn)一定有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能化為電能.不過(guò)在衛(wèi)星需

37、要降低運(yùn)行軌道時(shí)不過(guò)在衛(wèi)星需要降低運(yùn)行軌道時(shí),可以采用可以采用這種方法這種方法. 若利用太陽(yáng)能電池提供一個(gè)高于懸繩切割磁感線產(chǎn)若利用太陽(yáng)能電池提供一個(gè)高于懸繩切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電壓，使懸繩上產(chǎn)生向下的電流，生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電壓，使懸繩上產(chǎn)生向下的電流，使懸繩受到向東的安培力，則可以使航天飛機(jī)得到使懸繩受到向東的安培力，則可以使航天飛機(jī)得到推動(dòng)力推動(dòng)力,對(duì)衛(wèi)星做正功，提升其運(yùn)行軌道的高度。對(duì)衛(wèi)星做正功，提升其運(yùn)行軌道的高度。例例7、 美國(guó)科學(xué)家曾在航天飛機(jī)上做過(guò)美國(guó)科學(xué)家曾在航天飛機(jī)上做過(guò)“衛(wèi)星懸繩發(fā)電衛(wèi)星懸繩發(fā)電”實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)航天飛機(jī)在赤道上空以實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)航天飛機(jī)在赤道上空以7.5km/s

38、的速度從的速度從西向東做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所在處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度西向東做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所在處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為為B=5.010-5T。從航天飛機(jī)貨艙里向下釋放出一顆。從航天飛機(jī)貨艙里向下釋放出一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星帶著一根長(zhǎng)衛(wèi)星，衛(wèi)星帶著一根長(zhǎng)L=20km的絕緣電纜繩的絕緣電纜繩,其電阻其電阻為為r=800.電纜線隨航天飛機(jī)運(yùn)動(dòng)，方向始終指向地電纜線隨航天飛機(jī)運(yùn)動(dòng)，方向始終指向地心，因切割地磁場(chǎng)的磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電纜心，因切割地磁場(chǎng)的磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電纜線通過(guò)周圍電離層中的離子形成回路，給航天飛機(jī)中線通過(guò)周圍電離層中的離子形成回路，給航天飛機(jī)中的電器供電。實(shí)驗(yàn)中得到的電流為的電器供電。

39、實(shí)驗(yàn)中得到的電流為I=3.0A。電纜線中。電纜線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=_V航天飛機(jī)中獲得的電功航天飛機(jī)中獲得的電功率為率為P=_W。解解:由由E=BLv得得E=7.5103V，當(dāng)電流為當(dāng)電流為I=3.0A時(shí)，作為電源其輸出功率為時(shí)，作為電源其輸出功率為P=UI=(E-Ir)I=1.53104W。利用萬(wàn)有引力利用萬(wàn)有引力“彈弓效應(yīng)彈弓效應(yīng)”當(dāng)空間探測(cè)器從行星旁繞過(guò)時(shí)，由于行星對(duì)它的萬(wàn)當(dāng)空間探測(cè)器從行星旁繞過(guò)時(shí)，由于行星對(duì)它的萬(wàn)有引力的作用，可以使探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)速率增大，這有引力的作用，可以使探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)速率增大，這種現(xiàn)象被稱為種現(xiàn)象被稱為“彈弓效應(yīng)彈弓效應(yīng)”。在現(xiàn)代航天技術(shù)中，。在

40、現(xiàn)代航天技術(shù)中，“彈弓效應(yīng)彈弓效應(yīng)”是用來(lái)增大探測(cè)器速率的一種經(jīng)濟(jì)而是用來(lái)增大探測(cè)器速率的一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法。有效的方法。例例8. 質(zhì)量為質(zhì)量為m的探測(cè)器以相對(duì)于太陽(yáng)的速率的探測(cè)器以相對(duì)于太陽(yáng)的速率v0飛向太飛向太陽(yáng)系的一個(gè)質(zhì)量為陽(yáng)系的一個(gè)質(zhì)量為M的行星，此時(shí)該行星相對(duì)于太的行星，此時(shí)該行星相對(duì)于太陽(yáng)的速率為陽(yáng)的速率為u0；探測(cè)器繞過(guò)行星后相對(duì)于太陽(yáng)的速；探測(cè)器繞過(guò)行星后相對(duì)于太陽(yáng)的速率變?yōu)槁首優(yōu)関，這時(shí)該行星相對(duì)于太陽(yáng)的速率為，這時(shí)該行星相對(duì)于太陽(yáng)的速率為u；為了；為了研究方便，假設(shè)研究方便，假設(shè)v0、u0、v、u的的方向都互相平行，只考慮該探測(cè)方向都互相平行，只考慮該探測(cè)器和該行星之間的

41、萬(wàn)有引力。求器和該行星之間的萬(wàn)有引力。求探測(cè)器繞過(guò)行星后的速率探測(cè)器繞過(guò)行星后的速率v（用（用v0、u0表示）。表示）。v0uv解答解答:在該過(guò)程中探測(cè)器和行星組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒；探測(cè)在該過(guò)程中探測(cè)器和行星組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒；探測(cè)器接近行星和遠(yuǎn)離行星的初、末位置系統(tǒng)的勢(shì)能相等器接近行星和遠(yuǎn)離行星的初、末位置系統(tǒng)的勢(shì)能相等，因此始、末狀態(tài)的系統(tǒng)動(dòng)能也相等。，因此始、末狀態(tài)的系統(tǒng)動(dòng)能也相等。由由 Mu0mv0=Mu+mv22202021212121mvMumvMu 可以解得：可以解得：002vmMmMumMMv 由于由于mM，可以認(rèn)為，可以認(rèn)為v =v0+2u0，即行星使探測(cè)器相對(duì)于太陽(yáng)系的速度增

42、大為即行星使探測(cè)器相對(duì)于太陽(yáng)系的速度增大為v0+2u007年佛山市教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)年佛山市教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)1616隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，廣寒宮中的嫦娥隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，廣寒宮中的嫦娥將不再寂寞，古老的月球即將留下中華兒女的足跡。將不再寂寞，古老的月球即將留下中華兒女的足跡。航天飛機(jī)作為能往返于地球與太空，可以重復(fù)使用的航天飛機(jī)作為能往返于地球與太空，可以重復(fù)使用的太空飛行器，倍受人們的喜愛(ài)。宇航員現(xiàn)欲乘航天飛太空飛行器，倍受人們的喜愛(ài)。宇航員現(xiàn)欲乘航天飛機(jī)對(duì)在距月球表面機(jī)對(duì)在距月球表面h高的圓軌道上運(yùn)行的月球衛(wèi)星進(jìn)行高的圓軌道上運(yùn)行的月球衛(wèi)星進(jìn)行維修。試根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)回答下列問(wèn)題：維

43、修。試根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)回答下列問(wèn)題：（1）試求維修衛(wèi)星時(shí)航天飛機(jī)的速度。）試求維修衛(wèi)星時(shí)航天飛機(jī)的速度。（2）已知地球自轉(zhuǎn)周期為）已知地球自轉(zhuǎn)周期為T0，則該衛(wèi)星每天可繞月球，則該衛(wèi)星每天可繞月球轉(zhuǎn)幾圈？已知月球半徑轉(zhuǎn)幾圈？已知月球半徑R，月球表，月球表面面重力加速度為重力加速度為gm，計(jì)算過(guò)程中可不計(jì)地球引力的影響，計(jì)算結(jié)果用計(jì)算過(guò)程中可不計(jì)地球引力的影響，計(jì)算結(jié)果用h、R、gm、T0等表示。等表示。解：解：（1）根據(jù)萬(wàn)有引力定律，在月球上的物體）根據(jù)萬(wàn)有引力定律，在月球上的物體 2RGmMmgm月月 衛(wèi)星繞月球作圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)速度為衛(wèi)星繞月球作圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)速度為v，則，則 hRvmhRmMG

44、 22月 式聯(lián)立解得：式聯(lián)立解得： hRgRv2 航天飛機(jī)與衛(wèi)星在同一軌道，速度與衛(wèi)星速度相同航天飛機(jī)與衛(wèi)星在同一軌道，速度與衛(wèi)星速度相同（2）設(shè)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期為）設(shè)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期為T，則，則 hRTmhRmMG 222 月解得：解得： 23月322RghRGMhRTm 則每天繞月球運(yùn)轉(zhuǎn)的圈數(shù)為則每天繞月球運(yùn)轉(zhuǎn)的圈數(shù)為 32002hRRgTTTm 題目題目07年揚(yáng)州市期末調(diào)研測(cè)試年揚(yáng)州市期末調(diào)研測(cè)試14142005年，我國(guó)自行研制的年，我國(guó)自行研制的“神州六號(hào)神州六號(hào)”載人飛船順載人飛船順利升空，飛行總時(shí)間利升空，飛行總時(shí)間115小時(shí)小時(shí)32分，共繞地球分，共繞地球73圈飛圈飛船升空后，首先沿橢圓

45、軌道運(yùn)行，其近地點(diǎn)離開(kāi)地面約船升空后，首先沿橢圓軌道運(yùn)行，其近地點(diǎn)離開(kāi)地面約200公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)離開(kāi)地面約公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)離開(kāi)地面約347公里在繞地球飛行四公里在繞地球飛行四圈后，地面發(fā)出指令，使飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)在飛船到達(dá)遠(yuǎn)圈后，地面發(fā)出指令，使飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)在飛船到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)自動(dòng)點(diǎn)火，提高了飛船的速度，實(shí)施變軌，使得地點(diǎn)時(shí)自動(dòng)點(diǎn)火，提高了飛船的速度，實(shí)施變軌，使得飛船在距地面飛船在距地面h=340公里的圓軌道上飛行已知地球半公里的圓軌道上飛行已知地球半徑徑R、地球表面重力加速度、地球表面重力加速度g（1）為求飛船在距地面）為求飛船在距地面h=340公里的圓軌道上飛行的速公里的圓軌道上飛行的速度度v，

46、某同學(xué)的解題思路如下：，某同學(xué)的解題思路如下：已知飛船飛行總時(shí)間已知飛船飛行總時(shí)間t，飛船繞地球圈數(shù)，飛船繞地球圈數(shù)n，可求出飛船，可求出飛船在圓軌道上的運(yùn)行周期在圓軌道上的運(yùn)行周期 ，再根據(jù)，再根據(jù) ,由由、兩式可求出兩式可求出v請(qǐng)判斷該同學(xué)的解答過(guò)程是否正確，若正確，求出結(jié)果；請(qǐng)判斷該同學(xué)的解答過(guò)程是否正確，若正確，求出結(jié)果；若不正確，請(qǐng)寫(xiě)出正確的解題過(guò)程并寫(xiě)出飛行速度若不正確，請(qǐng)寫(xiě)出正確的解題過(guò)程并寫(xiě)出飛行速度v的的數(shù)學(xué)表達(dá)式（用已知物理量字母表示）數(shù)學(xué)表達(dá)式（用已知物理量字母表示）2 ( Rh)vT tTn 解：解： （1 1）不正確）不正確hRvm)hR(MmG 22由由2RmMGm

47、g RhRgv 得得（2）如圖所示，飛船在圓軌道）如圖所示，飛船在圓軌道1上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，如上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，如果不進(jìn)行軌道維持，由于微小阻力的影響，飛船的果不進(jìn)行軌道維持，由于微小阻力的影響，飛船的軌道高度就會(huì)逐漸降低，當(dāng)飛船進(jìn)入較低的圓軌道軌道高度就會(huì)逐漸降低，當(dāng)飛船進(jìn)入較低的圓軌道2時(shí)，通過(guò)控制飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力，時(shí)，通過(guò)控制飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力，能使飛船在軌道能使飛船在軌道2上穩(wěn)定運(yùn)行請(qǐng)分別比較飛船在上穩(wěn)定運(yùn)行請(qǐng)分別比較飛船在1、2這兩個(gè)圓軌道上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其動(dòng)能的大小、重力這兩個(gè)圓軌道上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其動(dòng)能的大小、重力勢(shì)能的大小和機(jī)械能的大?。ㄌ顒?shì)能的大小和機(jī)械能的大小

48、（填“大于大于”、“等于等于”或或“小于小于”）：）：飛船在軌道飛船在軌道1的動(dòng)能的動(dòng)能 軌道軌道2的動(dòng)能；的動(dòng)能；飛船在軌道飛船在軌道1的重力勢(shì)能的重力勢(shì)能 軌道軌道2的重力勢(shì)能；的重力勢(shì)能；飛船在軌道飛船在軌道1的機(jī)械能的機(jī)械能 軌道軌道2的機(jī)械能的機(jī)械能12地球地球小于小于大于大于大于大于題目題目07屆南京市第一次調(diào)研測(cè)試屆南京市第一次調(diào)研測(cè)試17 17物理學(xué)中庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律有相似的表達(dá)物理學(xué)中庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律有相似的表達(dá)形式。對(duì)帶異種電荷的兩粒子組成的系統(tǒng)而言，若定義形式。對(duì)帶異種電荷的兩粒子組成的系統(tǒng)而言，若定義相距無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)能為零，則相距為相距無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)能為零，則相距為r時(shí)系統(tǒng)的電勢(shì)能時(shí)系統(tǒng)的電勢(shì)能可以表示為可以表示為（1）若地球質(zhì)量為）若地球質(zhì)量為m1，某人造地球衛(wèi)星質(zhì)量為，某人造地球衛(wèi)星質(zhì)量為m2，也定義相距無(wú)窮遠(yuǎn)處引力勢(shì)能為零，寫(xiě)出當(dāng)?shù)匦呐c衛(wèi)星也定義相距無(wú)窮遠(yuǎn)處引力勢(shì)能為零，寫(xiě)出當(dāng)?shù)匦呐c衛(wèi)星相距相距R時(shí)該系統(tǒng)引力勢(shì)能表達(dá)式。（地球可看作均勻球時(shí)該系統(tǒng)引力勢(shì)能表達(dá)式。（地球可看作均勻球體，衛(wèi)星可看成質(zhì)點(diǎn)）體，衛(wèi)星