高一物理人造卫星、宇宙速度北师大版知识精讲

用心 爱心 专心 高一物理高一物理人造卫星 宇宙速度人造卫星 宇宙速度北师大版北师大版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 人造卫星 宇宙速度 二 知识总结归纳 1 人造地球卫星 如果没有空气阻力 当速度足够大时 物体就永远不会落到地面上来 将围绕地球旋转 成为一颗绕地球运动的人造卫星 1 卫星绕行速度 角速度 周期与半径的关系 在以上各表达式中 常常要代换 GM g 为地球表面重力加速度 R 为地球半径 2 地球同步卫星 运转周期与地球自转周期相同 T 24h 所有的地球同步卫星 的轨道平面均在赤道平面内 且轨道半径和环绕速度相同 过程如下 T 恒定 r 恒定 2 宇宙速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 7 9km s 是地球卫星的最小发射速度 也是卫星 绕地球作圆周运动的最大速度 推导 当卫星在地球附近运行时 r r地 推导 当卫星在地球表面附近运行时不计空气阻力 F引 mg r r地 2 第二宇宙速度 脱离速度 11 2km s 使物体可以挣脱地球引力束缚 成为绕 太阳运行的人造行星 或飞到其他行星上去 的最小发射速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 16 7km s 使物体挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳 系以外的宇宙空间去的最小发射速度 典型例题典型例题 例 1 一人造地球卫星距地球表面的高度是地球半径的 15 倍 试估算此卫星的线速度 已知地球半径 R 6400km 分析与解答 分析与解答 人造地球卫星绕地球做圆周运动时 满足的关系式为 式中 m 为卫星质量 M 为地球质量 16R 为卫星的轨道半径 由于地球质量 M 未知 所以应设法用其他已知常数代换 在地球表面 由 1 2 两式消去 GM 解得 用心 爱心 专心 注意 注意 有些基本常识 尽管题目没有明显给出 必要时可以直接应用 如在地球表面 物体受到地球的引力近似等于重力 地球自转周期 T 24 小时 公转周期 T 365 天 月球 绕地球运动的周期约为 30 天等 例 2 速度 R0为地球的半径 r 为卫星离地球中心的距离 下面哪些说法正确 A 题目中卫星速度表达式是错误的 B 由速度表达式知 卫星离地面越高 其速度也越大 C 由速度表达式知 卫星环绕速度与轨道半径平方根成反比 D 从速度表达式可知 把卫星发射到越远的地方越容易 分析与解答 分析与解答 卫星绕地球转动时 F引 F心 由此可知 A 是错的 C 为正确的 又因为 v 是环绕速度 故离地球越远处卫星环绕速 度越小 但发射卫星到越远 克服地球引力作功越多 所需初速越大 故 D 错 注意区分 发射初速度与环绕速度 例 3 气象卫星是用来拍摄云层照片 观测气象资料和测量气象数据的 我国先后自行 成功研制和发射了 风云一号 和 风云二号 两颗气象卫星 风云一号 卫星轨道与赤 道平面垂直 通过两极 每 12 小时巡视一周 称为 极地圆轨道 风云二号 气象卫 星轨道平面在赤道平面内 称为 地球同步轨道 则 风云一号 卫星比 风云二号 卫 星 A 发射速度大B 线速度大 C 覆盖区域小D 向心加速度小 解析 解析 由题意 风云一号 卫星周期 T1 12h 风云 2 号 卫星周期 T2 24h 由 即 T 越大 r 越大 所以 风云一号卫星离地近 线速度大 且相对地球运动 覆盖区域大 向心加速度 大 正确选项 B 例 4 m b 的单位是 s c 的单位是 m s2 则 A a 是地球半径 b 是地球自转的周期 c 是地球表面处的重力加速度 B a 是地球半径 b 是同步卫星绕地心运动的周期 c 是同步卫星的加速度 C a 是赤道周长 b 是地球自转周期 c 是同步卫星的加速度 D a 是地球半径 b 是同步卫星绕地心运动的周期 c 是地球表面处的重力加速度 解析 解析 设地球同步卫星周期为 T 轨道半径 r 则 用心 爱心 专心 所以 正确选项为 AD 例 5 如图所示 发射地球同步卫星时 先将卫星发射到近地圆轨道 1 然后在轨道的 Q 点 点火 使卫星沿椭圆轨道 2 运行 当它经过椭圆轨道的远地点 P 时 再次 点火 将卫星送入同步轨道 3 卫星分别在轨道 1 2 3 上正常运行时 即不包括 点火 过程 下面的判断正确的是 A 卫星轨道 3 上运行时的速率大于在轨道 1 上运行时的速率 B 卫星轨道 3 上运行时的角速度小于在轨道 1 上运行时的角速度 C 卫星轨道 1 上运行经过 Q 时的加速度等于在轨道 2 上运行经过 Q 点时的加速度 D 卫星轨道 2 上运行经过 Q 时的加速度等于在轨道 2 上运行经过 P 点时的加速度 解析 解析 卫星从 1 轨道到 2 轨道以及从 2 轨道到 3 轨道均要点火 所以 卫星点火后能 量增加 速率变大 卫星在圆轨道正常运行时的速率为 v 由 所以 正确选项为 B C 例 6 火箭发射卫星的开始阶段是竖直升空 设向上的加速度 a 5m s2 卫星中用弹簧 秤悬挂一质量 m 9kg 的物体 当卫星升到某高处时 弹簧秤的示数为 85N 那么 此时卫 星距地面的高度是多少千米 地球半径 R 6400km g 10m s2 解析 解析 卫星以 a 5m s2加速升空时 离地面越高受重力越小 在地球表面有 当卫星离地面为 h 高时 有 f拉 mg ma 模拟试题模拟试题 1 关于第一宇宙速度 下面说法中错误的是 A 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B 它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C 它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D 它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 2 由 嫦娥奔月 到 万户飞天 由 东方红 乐曲响彻寰宇到航天员杨利伟乘坐 神舟 五号飞船遨游太空 中华民族载人航天的梦想已变成现实 假设 神舟 五号实 施变轨后做匀速圆周运动 共运行了 n 周 起始时刻为 t1 结束时刻为 t2 运行速度为 v 半径为 r 则计算其运行周期可用 用心 爱心 专心 A 1 3 B 1 4 C 2 3 D 2 4 3 人造地球卫星中的物体处于失重状态是指物体 A 不受地球引力作用 B 受到的合力为零 C 对支持它的物体没有压力作用 D 不受地球引力 也不受卫星对它的引力 4 三颗人造地球卫星 A B C 绕地球作匀速圆周运动 如图所示 已知 由此可知 则三个卫星 A 线速度关系 B 周期关系 C 向心力大小 D 半径与周期关系 5 宇