高考物理总复习 45宇宙速度 人造卫星课件 新人教版.ppt

第5单元宇宙速度人造卫星 例1 已知地球半径为r 地球表面重力加速度为g 不考虑地球自转的影响 1 推导第一宇宙速度v1的表达式 2 若卫星绕地球做匀速圆周运动 运行轨道距离地面高度为h 求卫星的运行周期t 2 第二宇宙速度如果人造卫星进入地面附近的轨道速度大于或等于11 2km s时 卫星就会脱离地球的引力 不再绕地球运行 我们把这个速度叫做第二宇宙速度 也叫脱离速度 3 第三宇宙速度当卫星的速度达到16 7km s时 卫星将挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙空间去 故16 7km s的速度叫第三宇宙速度 又叫逃逸速度 例2 如图是 嫦娥一号 奔月示意图 卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨 进入地月转移轨道 最终被月球引力捕获 成为绕月卫星 并开展对月球的探测 下列说法正确的是 a 发射 嫦娥一号 的速度必须达到第三宇宙速度b 在绕月圆轨道上 卫星周期与卫星质量有关c 卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比d 在绕月圆轨道上 卫星受地球的引力大于受月球的引力 答案 c 3 发射速度与宇宙速度 第一宇宙速度7 9km s为人造地球卫星的最小发射速度 第二宇宙速度11 2km s为人造卫星 即绕太阳运行 的最小发射速度 第三宇宙速度16 7km s为恒星际飞船的最小发射速度 4 发射速度与环绕速度的关系 当发射速度在7 9km s v0 11 2km s范围内时 卫星绕地球在不同轨道运行 发射速度决定于卫星运行的轨道 例3 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 解析 若将地球视为一个球体 则在地球上各处的引力大小相同 选项a错误 在地球上各处的角速度相同 选项d错误 在赤道上的重力加速度最小 选项c错误 由于发射卫星需要将卫星以一定的速度送入运动轨道 在靠近赤道处的地面上的物体的线速度最大 发射时较节能 因此选项b正确 答案 b 例4 为什么想发射一颗80min绕地球一周的卫星是不可能的 试说明理由 解析 人造卫星绕地球运转的向心力是由万有引力提供 方法一从卫星的周期角度入手讨论设人造地球卫星的质量为m 运转周期为t 轨道半径为r 地球的质量为m 万有引力常量为g 由万有引力定律和圆周运动知识 可得 由此可见 v vmax 显然不可能发射一颗周期为80min的地球卫星 2 轨道平面与地球赤道平面共面同心 由于要做到同步 其轨道平面必定与赤道共面 又因为其向心力由万有引力提供 所以其圆心必定在地心处 即同步卫星必在赤道上空 若轨道平面不在赤道平面 则同步卫星不可能稳定运行 后面专门从受力分析的角度说明 例5 可以发射一颗这样的人造地球卫星 使其圆轨道 a 与地球表面上某一纬度线 非赤道 是共面同心圆b 与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆c 与地球表面上的赤道线是共面同心圆 且相对地球表面是静止的d 与地球表面上的赤道线是共面同心圆 但卫星相对地球表面是运动的 解析 利用万有引力提供向心力的特征进行分析 地球人造卫星只受地球对它的万有引力 因此万有引力完全提供卫星所需要的向心力 所以卫星运动的圆心一定要在地心上 因此选项a不正确 选项c d正确 其中选项c为同步卫星 若地球不自转 选项b也是可能的 但由于地球自转 其经度线也随着自转 若要选项b可行 则要求卫星在每时每刻都保持和地球自转相同的角速度 这是不可能的 故b项不正确 答案 cd 名师点拨 有些考生将地球卫星与地面上物体混淆而错选a b项 也有的只记住了同步卫星的特点 而漏选d项 学法指导 地球半径r 6400km h 5 6r 比 神舟 卫星高的太多 神舟卫星高度大约为200 300km 例6 据报道 我国数据中继卫星 天链一号01星 于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空 经过4次变轨控制后 于5月1日成功定点在东经77 赤道上空的同步轨道 关于成功定点后的 天链一号01星 下列说法正确的是 a 运行速度大于7 9km sb 离地面高度一定 相对地面静止c 绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大d 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 答案 bc 从受力角度认识同步卫星的定位问题 例 关于地球通讯卫星 下列说法正确的是 a 它一定位于赤道上方 且高度一定b 因为它相对于地面是静止的 所以处于平衡状态c 它绕地球转动的角速度与地球自转角速度相等 周期为24小时d 它的线速度等于7 9km s 解析 应用通讯卫星可以实现全地球的电视转播 这种卫星位于赤道上方 相对于地面静止不动 是同步卫星 它与其他卫星一样 绕地心做圆周运动 万有引力提供向心力 处于完全失重状态 不可能是平衡状态 故b选项错误 同步卫星相对地面静止 和地球自转周期相同 即t 24小时 答案 ac 名师点拨 对于同步卫星要掌握以下四个一定 位置一定 位于赤道上方 高度一定 h 3 6 104m s 速度一定 v 3 1 103m s 周期一定 t 24小时 一 人造卫星与地理知识的综合考查 例1 2000年1月20日我国发射了一颗同步卫星 其定点位置与东经98 的经线在同一平面内 若把甘肃省嘉峪关处的经度和纬度近似采取东经98 和北纬40 已知地球半径r 地球自转周期t 地球表面重力加速度g 视为常量 和光速c 试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间 要求用题中所给已知量的符号表示 名师点拨 理解题意 熟练利用物理和地理 数学等学科知识是解决问题的关键 学法指导 本题与地理知识相结合考查物理知识 综合性较强 解此题必须明确同步卫星的角速度与地球自转角速度相同 其轨道在赤道平面内 并能画出嘉峪关 地心 卫星三个位置之间的位置关系图 再由几何知识求解 由此题看出 即使是与其他学科相结合的题目 主要考查的仍是物理知识 只不过是与其他学科知识构成的情景下推陈出新而已 不可能本末倒置 触类旁通 2009 天津 2008年12月 天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞 人马座a 的质量与太阳质量的倍数关系 研究发现 有一星体s2绕人马座a 做椭圆运动 其轨道半长轴为9 50 102天文单位 地球公转轨道的半径为一个天文单位 人马座a 就处在该椭圆的一个焦点上 观测得到s2星的运行周期为15 2年 1 若将s2星的运行轨道视为半径r 9 50