高中物理课件人造卫星、宇宙速度

人造卫星、宇宙速度一、人造卫星：（一）人造卫星的动力学问题：将天体或卫星的椭圆运动简化为一个匀速圆周运动.地球对卫星的万有引力提供向心力.向心力的方向一定指向地心.卫星的轨道平面的圆心一定过地心.这就是卫星轨道的特点.（二）卫星运动的参量与轨道半径r的关系：1.线速度：卫星的线速度与轨道半径r的平方根成反比，轨道半径r越大，线速度就越小.2.角速度：卫星运动的角速度与半径的二分之三次方成反比.卫星的轨道半径r越大，其角速度就越小.3.周期：开普勒第三定律.开普勒第三定律中的常量与中心天体的质量有关，必须是同一中心天体.卫星的周期T与轨道半径的二分之三次方成正比.轨道半径r越大，周期T就越大.4.动能：同一卫星，半径r越大，动能就越小.5.机械能：卫星从低轨道到高轨道，轨道半径r增大，引力做负功，引力势能增大，动能减小，总的机械能不变.（三）特殊卫星：1.同步卫星：（1）运动特点：相对于地面静止.同步卫星绕地球运动的周期与地球自转的周期相同,且运动方向与地球自转的方向相同.（2）轨道特点：A.轨道平面与赤道平行重合.B.同步卫星绕地球运动的周期T=24h.C.卫星离地面的高度h是一个定值.轨道固定不变.地球半径R=6400km=6.4×106m.2.近地卫星：（1）定义：沿地球表面附近做圆周运动的卫星.（2）轨道的特点：卫星的轨道半径r近似等于地球的半径R.近地卫星的轨道半径是所有卫星的最小半径近地卫星的周期是所有卫星的最小周期.近地卫星的运动速度是所有卫星的最大的运行速度.故人造地球卫星的周期T应该满足：故人造地球卫星的运行速度v满足：例1.火星探测任务“天问一号”的标识如图1所示．若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3∶2，则火星与地球绕太阳运动的()A．轨道周长之比为2∶3B．线速度大小之比为∶C．角速度大小之比为2∶3D．向心加速度大小之比为9∶4C例2.如图2所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c为地球的同步卫星．下列关于a、b、c的说法中正确的是()A．b卫星转动线速度大于7.9km/sB．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为aa＞ab＞acC．a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta＝Tc<TbD．在b、c中，b的线速度大D1.(卫星运行参量的比较)如图3所示，卫星a、b、c沿圆形轨道绕地球运行．a是极地轨道卫星，在地球两极上空约1000km处运行；b是低轨道卫星，距地球表面高度与a相等；c是地球同步卫星，则()A．a、b的周期比c大B．a、b的向心力一定相等C．a、b的速度大小相等D．a、b的向心加速度比c小C2．(同步卫星)关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通信卫星的说法，正确的是()A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行D．它运行的角速度与地球自转角速度相同D3.在科幻电影《流浪地球》中，流浪了2500年的地球终于围绕质量约为太阳质量的比邻星做匀速圆周运动，进入了“新太阳时代”.若“新太阳时代”地球公转周期与现在绕太阳的公转周期相同，将“新太阳时代”的地球与现在相比较，下列说法正确的是：（）A.所受的引力之比为1:8.B.公转半径之比为1:4.C.公转加速度之比为1:2.D.公转速率之比为1:4.C二、宇宙速度：（一）第一宇宙速度：1.定义：物体沿地球表面附近做匀速圆周运动的速度.2.大小：3.第一宇宙速度是所有卫星最大的运行速度.是所有卫星最小的发射速度.（二）第二宇宙速度（脱离速度）：1.定义：使物体脱离地球，在地面上的最小的发射速度.2.大小：（三）第三宇宙速度（逃逸速度）：1.定义：使物体挣脱太阳束缚，在地面上的最小发射速度.2.大小：宇宙速度与运动轨迹的关系：（1）v发=7.9km/s，卫星绕地球表面做匀速圆周运动.（2）7.9km/s＜v发＜11.2km/s,卫星绕地球做椭圆运动.(3)11.2km/s≤v发＜16.7km/s，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆．(4)v发≥16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．例3.我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”．已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是()A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度A4．(第一宇宙速度的计算)地球的近地卫星线速度大小约为8km/s，已知月球质量约为地球质量的，地球半径约为月球半径的4倍，下列说法正确的是()A．在月球上发射卫星的最小速度约为8km/sB．月球卫星的环绕速度可能达到4km/sC．月球的第一宇宙速度约为1.8km/sD．“近月卫星”的速度比“近地卫星”的速度大C5．(宇宙速度的理解和计算)宇航员在一行星上以速度v0竖直上抛一质量为m的物体，不计空气阻力，经2t后落回手中，已知该星球半径为R.求：(1)该星球的第一宇宙速度的大小；(2)该星球的第二宇宙速度的大小．已知取无穷远处引力势能为零，物体距星球球心距离为r时的引力势能.(G为万有引力常量)三、天体的“追及”问题：（一）相距最近：两卫星的运转方向相同，且位于和中心天体连线的半径上同侧时，两卫星相距最近.从运动关系上，两卫星运动关系应满足：（二）相距最远：当两卫星位于和中心连线的半径上两侧时，两卫星相距最远.从运动关系上，两卫星运动关系应满足：(ωA－ωB)t′＝(2n－1)π(n＝1,2,3…)．(ωA－ωB)t＝2nπ(n＝1,2,3…)．例4当地球位于太阳和木星之间且三者几乎排成一条直线时，称之为“木星冲日”，2016年3月8日出现了一次“木星冲日”．已知木星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳近似做匀速圆周运动，木星到太阳的距离大约是地球到太阳距离的5倍．则下列说法正确的是()A．下一次的“木星冲日”时间肯定在2018年B．下一次的“木星冲日”时间肯定在2017年C．木星运行的加速度比地球的大D．木星运行的周期比地球的小B6．(天体的“追及”问题)(多选)如图4，在万有引力作用下，a、b两卫星在同一平面内绕某一行星c沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为ra∶rb＝1∶4，则下列说法