高考物理全国通用一轮总复习配套课件第五章万有引力与航天5.2

1、第2讲人造卫星宇宙速度,一、人造卫星 1.基本特征:把人造卫星绕天体运动看成是匀速圆周运动,其所需的向心力由万有引力提供。 2.表达式:应用万有引力定律分析人造卫星的运动: 【提示】处理卫星问题常用的三个近似: (1)近地卫星贴近地球表面运行,可近似认为做匀速圆周运动的半径等于地球半径。 (2)在地球表面随地球一起自转的物体可近似认为其重力等于地球对它的万有引力,即 (3)卫星的运动轨道可近似看作圆轨道。,二、三种宇宙速度,三、地球同步卫星 1.定义:相对地面静止的卫星。 2.基本特征 (1)周期为地球自转周期T=24 h。 (2)轨道在赤道平面内。 (3)运动的角速度与地球的自转角速度相同。

2、 (4)离地面高度一定。 (5)轨道和地球赤道为共面同心圆。 (6)卫星运行速度一定。 【提示】(1)一般卫星的线速度等可比同步卫星大,也可比同步卫星小。 (2)一般卫星的轨道是任意的,同步卫星的轨道在赤道平面内,但无论是一般卫星还是同步卫星,其轨道平面一定通过地球的球心。,四、极地卫星和近地卫星 1.极地卫星:运行时每圈都经过南北两极。 2.近地卫星:在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径。,考点二,考点一,考点二,考点一,2.宇宙速度与运动轨迹的关系 (1)v发=7.9 km/s时,卫星绕地球做匀速圆周运动。 (2)7.9 km/sv发11.2

3、 km/s,卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。 (3)11.2 km/sv发16.7 km/s,卫星绕太阳做椭圆运动。 (4)v发16.7 km/s,卫星将挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的空间。,考点二,考点一,典例1已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为 () A.3.5 km/sB.5.0 km/s C.17.7 km/sD.35.2 km/s,【参考答案】 A,考点二,考点一,(2015天津高考)(多选)P1、P2为相距遥远的两颗行星,距各自表面相同高度处各有一颗卫星s1、s2做匀速圆周运动。图中纵坐标表示行星

4、对周围空间各处物体的引力产生的加速度a,横坐标表示物体到行星中心的距离r的平方,两条曲线分别表示P1、P2周围的a与r2的反比关系,它们左端点横坐标相同。则 ( AC ) A.P1的平均密度比P2的大 B.P1的“第一宇宙速度”比P2的小 C.s1的向心加速度比s2的大 D.s1的公转周期比s2的大,考点二,考点一,考点二,考点一,考点二卫星运行参量的分析与比较 1.四个分析 四个分析是指分析人造卫星的加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系。,考点二,考点一,2.四个比较 (1)地球同步卫星的周期、轨道平面、高度、线速度、角速度、绕行方向均是固定不变的,常用于无线电通信,故又称通信卫星。

5、 (2)极地卫星运行时每圈都经过南北两极,由于地球自转,极地卫星可以实现全球覆盖。 (3)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径,其运行线速度约为7.9 km/s。 (4)赤道上的物体随地球自转而做匀速圆周运动,由万有引力和地面支持力的合力充当向心力(或者说由万有引力的分力充当向心力),它的运动规律不同于卫星,但它的周期、角速度与同步卫星的相等。,考点二,考点一,典例2已知地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为v1、向心加速度大小为a1,近地卫星线速度大小为v2、向心加速度大小为a2,地球同步卫星线速度大小为v3、向心加速度大小为a3。

6、设近地卫星距地面高度不计,地球同步卫星距地面高度约为地球半径的6倍。则以下结论正确的是 (),考点二,考点一,【参考答案】 C,考点二,考点一,考点二,考点一,考点二,考点一,2.(2015山东高考)如图,拉格朗日点L1位于地球和月球连线上,处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下,可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此,科学家设想在拉格朗日点L1建立空间站,使其与月球同周期绕地球运动。以a1、a2分别表示该空间站与月球向心加速度的大小,a3表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是 ( D ) A.a2a3a1B.a2a1a3 C.a3a1a2D.a3a2a1,卫星的变轨问题 1

7、.卫星变轨的原因 (1)由于对接引起的变轨。 (2)由于空气阻力引起的变轨。,典例(2013新课标全国卷)(多选)2012年6月18日,“神舟九号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在离地面343 km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接。对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气。下列说法正确的是 () A.为实现对接,两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B.如不加干预,在运行一段时间后,“天宫一号”的动能可能会增加 C.如不加干预,“天宫一号”的轨道高度将缓慢降低 D.航天员在“天宫一号”中处于失重状态,说明航天员不受地球引力作用,【参考答案】 BC 【巧学妙记】卫星

8、变轨问题的实质就是向心运动或离心运动,可简记为“卫星从内轨道变到外轨道需要加速,从外轨道变到内轨道需要减速”。,(2015唐山模拟)(多选)如图所示,地球卫星a、b分别在椭圆轨道、圆形轨道上运行,椭圆轨道在远地点A处与圆形轨道相切,则 ( AD ) A.卫星a的运行周期比卫星b的运行周期短 B.两颗卫星分别经过A点处时,a的速度大于b的速度 C.两颗卫星分别经过A点处时,a的加速度小于b的加速度 D.卫星a在A点处通过加速可以到圆轨道上运行,【解析】由于卫星a的运行轨道的半长轴比卫星b的运行轨道半长轴短,根据开普勒第三定律,卫星a的运行周期比卫星b的运行周期短,A项正确;卫星a在A点处通过加速

9、可以到圆轨道上运行,所以两颗卫星分别经过A点处时,a的速度小于b的速度,B项错误,D项正确;两颗卫星分别经过A点处时,a的加速度等于b的加速度,C项错误。,1.(多选)关于人造地球卫星,下列说法哪些是错误的 ( BCD ) A.发射卫星时,运载火箭飞行的最大速度必须达到或超过第一宇宙速度,发射才有可能成功 B.卫星绕地球做圆周运动时,其线速度一定不会小于第一宇宙速度 C.卫星绕地球做圆周运动的周期只要等于24小时,这个卫星一定相对于地面“定点” D.发射一个地球同步卫星,可以使其“定点”于西安市的正上方 【解析】第一宇宙速度是人造卫星的最小速度,也是最大环绕速度,因此卫星运行的速度一定小于或等

10、于第一宇宙速度,A项正确,B项错误;只有地球同步卫星,才相对地面定点,在其他轨道上也可发射运行周期为24小时的卫星,但其他轨道上的卫星的轨道平面一定与赤道平面相交,故它们相对地面是运动的,C、D项错误。,2.(2016遵义第一次联考)地球的第一、第二和第三宇宙速度分别为7.9 km/s、11.2 km/s和16.7 km/s,下列说法正确的是 ( B ) A.7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度 B.7.9 km/s是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度 C.若在地面上发射卫星的速度在7.911.2 km/s之间,则卫星绕地球运行的轨道一定是圆 D.若在地面上发射卫星的速度大于16.7 km/s,