高考物理一轮复习 知识点完全解析 （基础知识回顾+重点难点例析+课堂自主训练+课后创新演练）第6课时 人造卫星 宇宙航行.doc

第6课时 人造卫星 宇宙航行11基础知识回顾1三种宇宙速度第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9kms，人造卫星的最小发射速度，人造卫星的最大环绕速度；第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2kms，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度；第三宇宙速度逃逸速度）v3=16.7kms，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。2天体运动模型人造地球卫星1）处理方法：将卫星的运动视作匀速圆周运动。2）动力学特征：由万有引力提供向心力，且轨道平面的圆心必与地球的地心重合。3）基本规律：4）重力加速度与向心加速度（不含随地球表面自转的向心加速度）的关系：（1）因，故（2）（r为地球半径，r为轨道半径，g为地球表面的重力加速度）5）两种特殊卫星（1）近地卫星：沿半径约为地球半径的轨道运行的地球卫星，其发射速度与环绕速度相等，均等于第一宇宙速度。（2）同步卫星：运行时相对地面静止，t=24h；同步卫星只有一条运行轨道，它一定位于赤道正上方，且距离地面高度约为h3.6104km，运行时的速率3.1km/s。6）卫星系统中的超重和失重（1）卫星进入轨道前的加速过程，卫星内的物体处于超重状态、（2）卫星进入园形轨道正常运行时，卫星内的物体处于完全失重状态。（3）在回收卫星的过程中，卫星内的物体处于失重状态。重点难点例析一、同步卫星问题同步卫星是指运行期与地球自转周期相等的地球卫星这里所说的“静止”是相对地球静止同步卫星只能处于赤道面上如图5-3-3所示，若同步卫星位于赤道平面的上方或下方，则地球对它的万有引力fa或fb的一个分力fa1或fb1是它环绕地球的向心力，另一个分fa2或fb2将使卫星向赤道平面运动这样，同步卫星在环绕地球运动的同时，将会在赤道附近振动，从而卫星与地球不能同步图4-6-1 因此同步卫星的周期等于地球自转的周期是一定的，所以同步卫星离地面的高度也是一定的【例1】已知地球半径r=6.4106m，地球质量m=6.01024kg，地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，第一宇宙速度v1=7.9103m/s。若发射一颗地球同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大？【解析】设同步卫星的质量m，离地高度h，速度为v，周期为t（等于地球自转周期）方法一： 解得： 方法二：若认为同步卫星在地面上的重力等于地球的万有引力，有 解联立方程得：方法三：根据第一宇宙速度v1，有 解得：【答案】同步卫星的高度为3.56107m，速度是3.1103m/s。【点拨】根据万有引力提供向心力列式求解，是解决此类问题的基本思路。在本题中又可以用地面重力加速度、第一宇宙速度这些已知量做相应代换。本题计算得到的同步卫星运行速度为3.1103m/s，比第一宇宙速度v1=7.9103m/s小得多。第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，同步卫星是在高空中做匀速圆周运动，它的速度小于第一宇宙速度。同步卫星发射时的速度大于第一宇宙速度，一开始做大椭圆轨道运动，随后在高空中进行调整最后进入同步轨道做匀速圆周运动，速度比第一宇宙速度小。l 拓展我国发射的神州五号载人宇宙飞船的周期约为90min，如果把它绕地球的运动看做是匀速圆周运动，飞船的运动和人造地球同步卫星的运动相比，假设它们质量相等，下列判断中正确的是（ ）a飞船受到的向心力大于同步卫星受到的向心力b飞船的动能小于同步卫星的动能c飞船的轨道半径大于同步卫星的轨道半径d发射飞船过程需要的能量小于发射同步卫星过程需要的能量【解析】同步卫星的运转周期为24h，飞船的周期约为90min 由 （设地球质量为m2）那么 g、m都一定,那么t就和r有关,t相对大的 r相对大,那么同步卫星的r大，由那么r越大f向越小根据万有引力定律得： ，可见轨道半径小的，线速度小，动能小。【答案】abd二、能量问题及变轨道问题只在万有引力作用下，卫星绕中心体转动机械能守恒.这里的机械能包括卫星的动能、卫星(与中心体)的引力势能离中心星体近时速度大, 离中心星体远时速度小.如果存在阻力或开动发动机等情况，机械能将发生变化，引起卫星转轨问题发射人造卫星时，先将人造卫星发射至近地的圆周轨道上运动，然后经再次启动发动机使卫星改在椭圆轨道上运动，最后定点在一定高度的圆周轨道上运动【例2】2003 年10 月15 日，我国成功地发射了“神舟”五号载人飞船，经过21 小时的太空飞行，返回舱于次日安全返回已知飞船在太空中运行的轨道是一个椭圆椭圆的ab图4-6-2一个焦点是地球的球心，如图4-6-2所示，飞船在飞行中是无动力飞行，只受地球引力作用，在飞船从轨道a 点沿箭头方向运行到b点的过程中，有以下说法正确的是（ ）飞船的速度逐渐增大 飞船的速度逐渐减小飞船的机械能ea=eb 飞船的机械能ea eb a b c d 【解析】在飞船作椭圆运动的过程中，只有万有引力作用，飞船绕地球转动机械能守恒，所以，是正确的从a点到b点万有引力做负功，动能变小，重力势能增大所以，从a点到b点的过程中飞船的速度逐渐减小，是正确的【答案】b【点拨】把握天体运动的特点是解决此题的关键。l 拓展设一号飞船在离地h高处环绕地球做匀速圆周运动，其动能为ek，重力势能为ep，二号飞船在离地2h高处环绕地球做匀速圆周运动，其动能为ek，重力势能为ep，两飞船质量相等，则下列关系正确的是： aek ep cek+epf3ba1=a2=ga3cv1=v2=vv3 d1=30），将其代入式，得 可见的值随n的增大而增大，试令n=2，得若使式成立，则n必大于2，即暗星b的质量m2必而在于2倍的m0，由此得出结论：暗星b有可能是黑洞。8图示4-6-7是我国的“探月工程”向月球发射一颗绕月探测卫星“嫦娥一号”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的轨道上绕月球做匀速圆周运动（1）若已知月球半径为r月，月球表面的重力加速度为g月，则“嫦娥一号”环绕月球运行的周期为多少？（2）若已知r月=r地，g月=g地，则近月卫星的运行速度约为近地卫星运行速度的多少倍？【解析】（1）设“嫦娥一号”环绕月球运行的周期是t，根据牛顿第