【步步高】高考物理大一轮 第四章 第6课时 卫星与航天 新人教版必修2.doc

第6课时卫星与航天导学目标 1.理解三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度.2.掌握卫星的线速度、角速度、周期与半径的关系，并能在具体问题中应用一、宇宙速度基础导引试推导地球的第一宇宙速度已知地球半径为6 400 km，地球质量为5.981024 kg，万有引力常量为6.671011 nm2/kg2.知识梳理三种宇宙速度宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度7.9卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度若7.9 km/sv11.2 km/s，物体绕_运行(环绕速度)第二宇宙速度11.2物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度若11.2 km/svv2v3 b. v1v3a2a3 d. a1a3a2跟踪训练1地球“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致关于该“空间站”说法正确的有 ()a运行的加速度一定等于其所在高度处的重力加速度b运行的速度等于同步卫星运行速度的倍c站在地球赤道上的人观察到它向东运动d在“空间站”工作的宇航员因受力平衡而在其中悬浮或静止考点二卫星变轨问题考点解读卫星运行中的稳态与变态问题在卫星运行问题中，卫星能够做匀速圆周运动的状态称为稳态，此时满足f向f万，结合向心力公式即可判定卫星的线速度、角速度、周期的大小比较问题卫星从一个稳定轨道变到另一稳定轨道，称为变态，即变轨问题，此过程不满足f向f万，应结合离心运动和近心运动的知识以及能量守恒定律去解决当卫星速度减小时f向f万，卫星做近心运动而下降，此时f万做正功，使卫星速度增大，变轨成功后可在低轨道上稳定运动；当卫星速度增大时，与此过程相反典例剖析例2某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变，某次测量卫星的轨道半径为r1，后来变为r2(r2r1)，用ek1、ek2表示卫星在这两个轨道上的动能，t1、t2表示卫星在这两个轨道上的运行周期，则 ()aek2ek1，t2t1 bek2t1cek2ek1，t2ek1，t2t1图2跟踪训练22011年下半年，我国发射了“天宫一号”目标飞行器，随后发射神舟八号飞船与之进行第一次无人交会对接对接前“天宫一 号”和“神舟八号”绕地球做匀速圆周运动的位置如图2所示，a代表 “天宫一号”，b代表“神舟八号”，虚线为各自的轨道由此可以判 定 ()a“天宫一号”发射速度应大于第二宇宙速度b“天宫一号”的运行速度大于第一宇宙速度c“天宫一号”的周期大于“神舟八号”的周期d“神舟八号”减速后有可能与“天宫一号”实现对接考点三卫星的运动参量计算与比较考点解读根据万有引力提供向心力，可得v ， ，t2 ，因为忽略地球自转时，有g，所以卫星的运动参量又可表示为v ， ，t2 .典例剖析例3星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为该星球的第二宇宙速度星球的第二宇宙速度v2与其第一宇宙速度v1的关系是v2v1.已知某星球的半径为r，表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的1/6，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为()a. b. c. d.gr图3跟踪训练32011年4月10日4时47分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入太空轨道“北斗”卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成(如图3所示),30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星，中轨道卫星平均分布在倾角55度的三个平面上，轨道高度约为21 500公里，静止轨道卫星的高度约为36 000公里，地球半径约为6 400公里已知0.53，下列关于北斗导航卫星的说法正确的是 ()a静止轨道卫星的向心加速度比中轨道卫星大b静止轨道卫星和中轨道卫星的线速度均大于地球的第一宇宙速度c中轨道卫星的周期约为12.7 hd地球赤道上随地球自转物体的向心加速度比静止轨道卫星大 8.混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体运动的特点例4如图4所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心 加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为r，则下列比值正确的是 ()图4a. b.()2c. d. 误区警示解本题时容易犯的错误是，不分青红皂白，由于思维定势，对近地卫星、同步卫星、地球赤道上的物体均由gmam分析得出结论，错选b.正确解析本题中涉及三个物体，其已知量排列如下：地球同步卫星：轨道半径r，运行速率v1，加速度a1；地球赤道上的物体：轨道半径r，随地球自转的向心加速度a2；近地卫星：轨道半径r，运行速率v2.对于卫星，其共同特点是万有引力提供向心力，有gm，故 .对于同步卫星和地球赤道上的物体，其共同特点是角速度相等，有a2r，故.答案ad正本清源卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，而赤道上的物体随地球自转，除受万有引力外，还受地面对它的支持力，即万有引力和支持力的合力提供物体做圆周运动的向心力，所以gf(mm,r2)ma对同步卫星和近地卫星是适用的，但对赤道上的物体并不适用.跟踪训练4近地人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为t1和t2.设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为g1、g2，则 ()a.()4/3 b.()4/3c()2 d.()29不理解发射速度与运行速度的关系例5人造地球卫星可以绕地球做匀速圆周运动，也可以沿椭圆轨道绕地球运动对于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，以下说法正确的是 ()a近地点速度一定等于7.9 km/sb远地点速度一定小于7.9 km/sc发射此卫星的速度一定大于7.9 km/sd近地点速度一定小于7.9 km/s误区警示错误地认为近地点速度就是近地卫星的运行速度，即第一宇宙速度，认为a正确不知道发射近地圆轨道卫星所需发射速度最小，认为c错误正确解析近地点是椭圆轨道上离地球较近的点，不一定是离地面很近的点，如果此近地点在地球表面附近，它的速度应大于7.9 km/s，这是因为7.9 km/s是卫星地面附近运动时的速度，而椭圆轨道过此点做离心运动，故速度大于7.9 km/s.当近地点离地球较远时，其速度可以小于7.9 km/s.因为远地点一定不是离地面很近的点，而过这一点的圆轨道速度小于7.9 km/s.椭圆轨道过这一点做向心运动，故速度小于圆轨道速度，所以一定小于7.9 km/s，c正确因为此卫星的近地点在地面附近处速度大于7.9 km/s.故从地球上发射时，速度应大于7.9 km/s.答案bc正本清源发射卫星的最小速度为7.9 km/s，这是第一宇宙速度，也是圆轨道卫星的最大环绕速度，但椭圆卫星近地点离地面较近时，其速度可以大于7.9 km/s.图5跟踪训练52010年10月26日21时27分，北京航天飞行控制中心对“嫦娥二号”卫星实施了降轨控制，约18分钟后，卫星成功进入了远月点100公里、近月点15公里的试验轨道，为在月球虹湾区拍摄图像做好准备如图5为“嫦娥二号”某次在近地点a由轨道1变轨为轨道2的示意图，下列说法中正确的是 ()a“嫦娥二号”在轨道1的a点处应点火加速 b“嫦娥二号”在轨道1的a点处的速度比在轨道2的a点处的速度大c“嫦娥二号”在轨道1的a点处的加速度比在轨道2的a点处的加速度大d“嫦娥二号”在轨道1的b点处的机械能比在轨道2的c点处的机械能大a组卫星运动参量与半径的关系1. 2010年10月1日我国成功发射“嫦娥二号”绕月卫星，绕月运行高度为100公里.2007年10月24日发射的“嫦娥一号”绕月运行高度为200公里，如图6所示“嫦娥二号”卫星与“嫦娥一号”卫星绕月运行相比，下列判断正确的是 ()图6a周期小，线速度大 b周期大，加速度小c线速度大，加速度小 d角速度大，线速度大2组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率，如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动，由此能得到半径为r、密度为、质量为m且分布均匀的星球的最小自转周期t.下列表达式中正确的是()at2 bt2 ct dt b组卫星变轨问题32010年10月1日，“嫦娥二号”在四川西昌发射成功，10月6日实施第一次近月制动，进入周期约为12 h的椭圆环月轨道；10月8日实施第二次近月制动，进入周期约为3.5h的椭圆环月轨道；10月9日实施第三次近月制动，进入轨道高度约为100 km的圆形环月工作轨道实施近月制动的位置都是在相应的近月点p，如图7所示则“嫦娥二号” ()图7a从不同轨道经过p点时，速度大小相同b从不同轨道经过p点(不制动)时，加速度大小相同c在两条椭圆环月轨道上运行时，机械能不同d在椭圆环月轨道上运行的过程中受到月球的万有引力大小不变图84 我国“嫦娥二号”探月卫星于2010年10月成功发射在“嫦娥二号”卫星奔月过程中，在月球上空有一次变轨过程，是由椭圆轨道a变为近月圆形轨道b，a、b两轨道相切于p点，如图8所示探月卫星先后沿a、b轨道运动经过p点时，下列说法正确的是()a卫星运行的速度vavbb卫星受月球的引力fafbc卫星的加速度aaabd卫星的动能ekaekb图95.“嫦娥二号”卫星已成功发射，这次发射后卫星直接进入近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道直接 奔月，当卫星到达月球附近的特定位置时，卫星就必须“急刹车”，也就是近月制动，以确保卫星既能被月球准确捕获，又不会撞上月球，并由此进入近月点100公里、周期12小时的椭圆轨道a.再经过两次轨道调整，进入100公里的近月圆轨道b，轨道a和b相切于p点，如图9所示，下列说法正确的是 ()a“嫦娥二号”卫星的发射速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/sb“嫦娥二号”卫星的发射速度大于11.2 km/sc“嫦娥二号”卫星在轨道a、b上经过p点的速度vavbd“嫦娥二号”卫星在轨道a、b上经过p点的加速度分别为aa、ab，则aaab课时规范训练(限时：30分钟)一、选择题图11我国于2010年10月1日成功发射了月球探测卫星“嫦娥二号”ce2，ce2在椭圆轨道近月点q完成近月拍摄任务后， 到达椭圆轨道的远月点p变轨成圆形轨道，如图1所示忽略地 球对ce2的影响，则ce2 ()a在由椭圆轨道变成圆轨道过程中机械能不变b在由椭圆轨道变成圆轨道过程中线速度增大c在q点的线速度比沿圆轨道运动的线速度大d在q点的加速度比沿圆轨道运动的加速度大2据媒体报道，嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道，轨道高度200 km，运行周期127分钟若还知道引力常量和月球平均半径，仅利用以上条件不能求出的是 ()a月球表面的重力加速度b月球对卫星的吸引力c卫星绕月运行的速度d卫星绕月运行的加速度3(2009重庆理综)据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为200 km和100 km，运行速率分别为v1和v2.那么，v1和v2的比值为(月球半径取1 700 km) ()a. b. c. d.4如图2所示，a为静止于地球赤道上的物体，b为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，c为绕地球做圆周运动的卫星，p为b、c两卫星轨道 的交点已知a、b、c绕地心运动的周期相同，相对于地心，下列说法中正确的是 ()图2a物体a和卫星c具有相同大小的线速度b物体a和卫星c具有相同大小的加速度c卫星b在p点的加速度与卫星c在该点的加速度一定相同d卫星b在p点的线速度与卫星c在该点的线速度一定相同5全球定位系统(gps)有24颗卫星分布在绕地球的6个轨道上运行，距地面的高度都为2万千米已知地球同步卫星离地面的高度为3.6万千米，地球半径约为6 400 km，则全球定位系统的这些卫星的运行速度约为 ()a3.1 km/s b3.9 km/sc7.9 km/s d11.2 km/s62010年12月18日凌晨4时20分，以“金牌火箭”著称的“长征三号甲”运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空火箭飞行832.1秒后，成功将第七颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道，圆满完图3成任务本次发射的第七颗北斗导航卫星是我国今年连续发射的第五颗北斗导航系统组网卫星，卫星的转移轨道为一椭圆，如图3所示，地球的球心位于该椭圆的一个焦点上，a、b两点分别是卫星转移轨道上的近地点和远地点若a点在地面附近，且卫星所受阻力可以忽略不计，则()a运动到b点时其速率可能等于7.9 km/sb运动到a点时其速率一定大于7.9 km/sc若要卫星在b点所在的高度同步轨道做匀速圆周运动，需在b点加速d若要卫星在b点所在的高度同步轨道做匀速圆周运动，需在a点加速7北斗卫星导航系统第三颗组网卫星(简称“三号卫星”)的工作轨道为地球同步轨道，设地球半径为r，“三号卫星”的离地高度为h，则关于地球赤道上静止的物体、地球近地环绕卫星和“三号卫星”的有关物理量下列说法中正确的是 ()a赤道上物体与“三号卫星”的线速度之比为b近地卫星与“三号卫星”的角速度之比为()2c近地卫星与“三号卫星”的周期之比为 d赤道上物体与“三号卫星”的向心加速度之比为()2二、非选择题8已知地球半径为r，地球表面重力加速度为g，万有引力常量为g，不考虑地球自转的影响(1)求卫星环绕地球运行的第一宇宙速度v1；(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动且运行周期