江苏省溧阳市高三物理一轮复习 万有引力定律宇宙航行学案 新人教版.docVIP

第五章 万有引力与航天宇宙航行（总25）【学习目标】1. 了解三个宇宙速度的含义；能推算第一宇宙速度.2. 了解不同类型的人造卫星的异同.3. 能定性了解卫星变轨问题.4. 了解发射速度和运行速度的区别.一、知识整理：1. 第一宇宙速度： 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，大小为 .具体公式为v= 或v= .2. 第二宇宙速度： 物体速度等于或大于 时，就会克服地球的引力，永远离开地球.3. 第三宇宙速度： 物体速度等于或大于 时，就会克服太阳的引力，永远离开太阳系 二、例题讨论：要点一：不同类型的人造卫星的异同1. 由于卫星做圆周运动的向心力必须由地球给它的万有引力来提供，所以所有的地球卫星包括同步卫星，其轨道圆的圆心都必须在地球的 上. 2.同步卫星的特点：（1） 周期一定：同步卫星在赤道上空相对地球静止。 t24h.（2） 角速度一定： 同步卫星绕地球运行的角速度等于 的角速度.（3） 轨道一定： （4） 线速度大小一定： 例1、甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是（ ）a. 甲的周期大于乙的周期 b. 乙的速度大于第一宇宙速度c. 甲的加速度小于乙的加速度 d. 甲在运行时能经过北极的正上方要点二：环绕速度和发射速度的联系和区别1. 不同高度处的人造卫星在圆轨道上的运行速度即环绕速度v环绕 ， 其大小随半径的增大而减小.但是，由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功，势能增大，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大，此时v发射v环2. 人造地球卫星的最小发射速度对应将卫星发射到近地表面运行，此时发射时的动能全部作为绕行的动能而不需要转化为重力势能.此速度即为第一宇宙速度，此时v发射v环绕.例2、发射人造卫星是将卫星以一定的速度送入预定轨道.发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方，如图所示，这样选址的优点是，在赤道附近（）a. 地球的引力较大 b. 地球自转线速度较大c. 重力加速度较大 d. 地球自转角速度较大要点三： 卫星发射的变轨问题例3、2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在a点从圆形轨道进入椭圆轨道，b为轨道上的一点，如图所示.关于航天飞机的运动，下列说法中正确的是（）a. 在轨道上经过a的速度小于经过b的速度b. 在轨道上经过a的动能小于在轨道上经过a的动能c. 在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期d. 在轨道上经过a的加速度小于在轨道上经过a的加速度要点四：人造地球卫星中的超重和失重在载人卫星发射过程中，整个卫星以加速度a向上加速运动，这时卫星中的人和其他物体的动力学方程为fmgma，则fmgma.即fmg，这就是所谓的“超重”现象.当卫星进入轨道以后，围绕地球做匀速圆周运动，这时卫星中的人和其他物体均以本身受的重力作为向心力，即mgmv2/r.显然，他们不再给支持物以压力或拉力，卫星上的物体完全“失重”，在卫星中处于“漂浮”状态.因此，在卫星上，凡是原理与重力有关的仪器均不能使用.例4、2008年9月27日“神舟七号”航天员翟志刚顺利完成出舱活动任务，他的第一次太空行走标志着中国航天事业全新时代的到来.“神舟七号”绕地球做近似匀速圆周运动，其轨道半径为r，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为2r，则可以确定（）a. 卫星与“神舟七号”的加速度大小之比为14b. 卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为1c. 翟志刚出舱后不再受地球引力d. 翟志刚出舱任务之一是取回外挂的实验样品，假如不小心实验样品脱手，则它做自由落体运动三、巩固练习：（ ）1. 已知地球质量为m，半径为r，自转周期为t，地球同步卫星质量为m，引力常量为g.有关同步卫星，下列表述正确的是a.卫星距地面的高度为 b. 卫星的运行速度小于第一宇宙速度c. 卫星运行时受到的向心力大小为d. 卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度（ ）2.2008年9月25日，我国成功发射了“神舟七号”载人飞船.在飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中，下列说法正确的是（）a. 知道飞船的运行轨道半径和周期，再利用万有引力常量，就可以算出飞船的质量b. 航天员从船舱中慢慢“走”出并离开飞船，飞船因质量减小，受到地球的万有引力减小，则飞船速率减小 c. 飞船返回舱在返回地球的椭圆轨道上运动，在进入大气层之前的过程中，返回舱的动能逐渐增大，势能逐渐减小d. 若有两个这样的飞船在同一轨道上，相隔一段距离沿同一方向绕行，只要后一飞船向后喷出气体，则两飞船一定能实现对接（ ）3.2009年美国重启登月计划，打算在绕月轨道上建造空间站.如图所示,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近,并将在p处进入空间站轨道，与空间站实现对接.已知空间站绕月轨道半径为r,周期为t，引力常量为g.下列说法中正确的是（）a 航天飞机向p处运动过程中速度逐渐变小b 根据题中条件可以算出月球质量c 根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小d 航天飞机在与空间站对接过程中速度将变小4. 如图所示，一位宇航员站在某质量分布均匀的星球表面的一斜坡上的a点，沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点b，斜坡的倾角为，已知该星球的半径为r.求：（1） 该星球表面的重力加速度.（2） 该星球的第一宇宙速度.5. 如图所示是我国的“探月工程”向月球发射绕月探测卫星“嫦娥一号”的过程简图.“嫦娥一号”进入月球轨道后，在距离月球表面高为h的轨道上