聚焦人造地球卫星

聚焦人造地球卫星在万有引力的这一章中，人造地球卫星的相关问题始终是一个重点问题，也是学生难得的理解的抽象问题，本文通过归类向大家系统介绍卫星的一些问题。一、卫星的在轨稳定运行所谓定轨稳定运行，就是卫星已经在圆形轨道上做匀速圆周运动，卫星处于稳定的运行状态，涉及的问题又有下面一些。1．在轨卫星的轨道问题ce例1．如图，实线圆表示地球，竖直虚线a表示地轴，虚线圆b、c、d、e表示地球卫星可能的轨道，对于此图以下说法正确的有（）ceA．b、c、d、e都可能是地球卫星的轨道B．c不可能是地球卫星的轨道c.b可能是地球同步卫星的轨道D.d可能是地球同步卫星的轨道解析：对于在轨稳定运行的卫星来说，地球对卫星的万有引力全部提供向心力，其圆周运动的圆心必须是地球地心，图中c不可能是地球卫星的轨道，按照地球卫星的轨道特点及卫星运动规律，又将卫星分为同步卫星、极地卫星和一般卫星。极地卫星只是要求其轨道经过地球南北极上空，对高度没有要求，但由于地球在自转，不可能实现同步；同步卫星只能定点在赤道上空，与地球自转方向一致，高度是唯一的，太高或太低都不是同步卫星，本题选择BD。2.连续物或卫星群的判断问题例2.根据观察，在土星外层有一个环带，该环带有星云等物质构成，为了判断环带是土星的连续物还是小卫星群。可测出环中各层的线速度V与该层到土星中心的距离R之间的关系，从而加以确定。对此下列判断正确的是：（ ）若v与R成正比，则环带是连续物B.若v2与R成正比，则环带是小卫星群C.若v与R成反比，则环带是连续物D.若v2与R成反比，则环带是小卫星群。解析：本题是弄清连续物和小卫星群的特点，所谓连续物，就是说它是土星的一部分，跟土星应该有相等的角速度，则有：v=®R；当是小卫星群时，在轨运行时万有引力全部GMm v2提供向心力，则有： =m ，由此可知选项AD正确。R2 R3.近地卫星、同步卫星与赤道自转物体的比较问题例3.设同步卫星离地心距离为r，运行速率为V],加速度为％,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A．aB.」a2R2r2vC.亠v2R2r2D.v—iv2解析：本题是绝大部分高中生容易出错的一个题，究其原因还是规律不懂，同步卫星和随地球自转的物体尽管没有相同的力学规律，前者是万有引力全部提供向心力，后者是部分万有引力提供向心力，似乎不能比较，但它们的周期或角速度相等，加速度a=®2r，容易确定A正确；第一宇宙速度为v2就是近地卫星的运行速度，对于近地卫星和同步卫星都GMmv2是万有引力全部提供向心力， =m，不难确定D选项也正确。R2R二、卫星的变轨动态运行所谓变轨动态运性，就是卫星运动的轨道不是圆形轨道，卫星运行中的速率、动能、势能等在发生变化，卫星处于不稳定的运行状态，涉及的问题又有下面一些。卫星变轨中的动能势能问题例4.卫星运行的轨道一般是在外太空，此处一般是没有大气的，但由于太阳的辐射，宇宙射线的影响，会导致大气层膨胀到卫星所在的位置，造成卫星由于受大气阻力的影响而使轨道半径逐渐减小，导致卫星的一些物理量发生变化，对此正确的说法有（ ）A.速率变大，周期变小 B.速率变小，周期变大C.势能的减小量大于动能的增加量 D.势能的减小量小于动能的增加量解析：当卫星由于大气阻力的作用从高轨道掉入低轨道时，卫星的运动会变快，但由于大气阻力的作用会导致机械能减少，导致势能的减小量大于动能的增加量，本题选AC。同轨卫星的变轨追击或对接问题例5.在太空中有两飞行器a、b，它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运行，a在前b在后，它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机，现要想b尽快追上a并完成对接，b应采取的措施是 （ ）A、沿运动方向喷气 B、先沿运动方向喷气，后运动沿反方向喷气C、沿运动反方向喷气 D、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气解析：对于同一轨道上运行的a、b飞行器而言，它们的速率相等在空中保持相对静止,当对后者b短时加速后会导致b做离心运动，从而进入高轨道，在高轨道转动变慢，更加不可能实现尽快对接，故只能对b短时减速后让其掉入低轨道，在低轨道上转动变快，适当时候在加速做离心运动，实现尽快对接，考虑到是喷气发动机，本题选择B。同步卫星的变轨发射问题例6.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。

卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度。D.卫星在轨道3上经过P点时的速率大于它在轨道2上经过P点时的速率。解析：A、B两选项是卫星的定轨运行比较，卫星越近越快，B选项正确。卫星两次经过Q点时，实际受到的万有引力相等，实际