高中物理必修2 一輪復(fù)習(xí)詳細(xì)資料第4章 第6課時

1、第6課時衛(wèi)星與航天導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.理解三個宇宙速度，會推導(dǎo)第一宇宙速度.2.掌握衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與半徑的關(guān)系，并能在具體問題中應(yīng)用一、宇宙速度基礎(chǔ)導(dǎo)引試推導(dǎo)地球的第一宇宙速度已知地球半徑為6 400 km，地球質(zhì)量為5.98×1024 kg，萬有引力常量為6.67×1011 N·m2/kg2.知識梳理三種宇宙速度宇宙速度數(shù)值(km/s)意義第一宇宙速度7.9衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的最小發(fā)射速度若7.9 km/sv<11.2 km/s，物體繞_運(yùn)行(環(huán)繞速度)第二宇宙速度11.2物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度若11.2 km/sv<16.7 k

2、m/s，物體繞_運(yùn)行(脫離速度)第三宇宙速度16.7物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度若v16.7 km/s，物體將脫離_在宇宙空間運(yùn)行(逃逸速度)：三種宇宙速度是環(huán)繞速度還是發(fā)射速度？發(fā)射衛(wèi)星的最小速度是多大？衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度為多大？二、人造衛(wèi)星基礎(chǔ)導(dǎo)引已知地球的半徑為R，質(zhì)量為M，萬有引力常量為G，試求出軌道半徑為r的衛(wèi)星的線速度、角速度和周期的表達(dá)式知識梳理1人造衛(wèi)星的動力學(xué)特征萬有引力提供向心力，即Gmmr2m()2r.2人造衛(wèi)星的運(yùn)動學(xué)特征(1)線速度v：v _，隨著軌道半徑的增大，衛(wèi)星的線速度減小(2)角速度： _，隨著軌道半徑的增大，衛(wèi)星的角速度減小(3)周期T：T _，

3、隨著軌道半徑的增大，衛(wèi)星的周期增大特別提醒(1)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小周期約為85分鐘(2)人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時，處于失重狀態(tài)，并不是不受重力作用，是因為重力完全用來提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力考點一同步衛(wèi)星考點解讀同步衛(wèi)星的五個“一定”1軌道平面一定：軌道平面與赤道平面共面2周期一定：與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T24 h.3角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同4高度一定：由Gm(Rh)得同步衛(wèi)星離地面的高度h R.5速率一定：v .典例剖析例1如圖1所示，地球赤道上的山丘e，近地資源衛(wèi)星p和同步通信 衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運(yùn)動設(shè)e、p、q的圓周運(yùn)動速率分別為v1、v2、v3，向心加速

4、度分別為a1、a2、a3，則()圖1A. v1>v2>v3 B. v1<v3<v2C. a1>a2>a3 D. a1<a3<a2跟蹤訓(xùn)練1地球“空間站”正在地球赤道平面內(nèi)的圓周軌道上運(yùn)行，其離地高度為同步衛(wèi)星離地高度的十分之一，且運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致關(guān)于該“空間站”說法正確的有 ()A運(yùn)行的加速度一定等于其所在高度處的重力加速度B運(yùn)行的速度等于同步衛(wèi)星運(yùn)行速度的倍C站在地球赤道上的人觀察到它向東運(yùn)動D在“空間站”工作的宇航員因受力平衡而在其中懸浮或靜止考點二衛(wèi)星變軌問題考點解讀衛(wèi)星運(yùn)行中的穩(wěn)態(tài)與變態(tài)問題在衛(wèi)星運(yùn)行問題中，衛(wèi)星能夠做勻速圓周運(yùn)

5、動的狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)，此時滿足F向F萬，結(jié)合向心力公式即可判定衛(wèi)星的線速度、角速度、周期的大小比較問題衛(wèi)星從一個穩(wěn)定軌道變到另一穩(wěn)定軌道，稱為變態(tài)，即變軌問題，此過程不滿足F向F萬，應(yīng)結(jié)合離心運(yùn)動和近心運(yùn)動的知識以及能量守恒定律去解決當(dāng)衛(wèi)星速度減小時F向<F萬，衛(wèi)星做近心運(yùn)動而下降，此時F萬做正功，使衛(wèi)星速度增大，變軌成功后可在低軌道上穩(wěn)定運(yùn)動；當(dāng)衛(wèi)星速度增大時，與此過程相反典例剖析例2某人造地球衛(wèi)星因受高空稀薄空氣的阻力作用，繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道會慢慢改變，某次測量衛(wèi)星的軌道半徑為r1，后來變?yōu)閞2(r2<r1)，用Ek1、Ek2表示衛(wèi)星在這兩個軌道上的動能，T1、T2表示衛(wèi)星在這兩個軌

6、道上的運(yùn)行周期，則 ()AEk2<Ek1，T2<T1 BEk2<Ek1，T2>T1CEk2>Ek1，T2<T1 DEk2>Ek1，T2>T1圖2跟蹤訓(xùn)練22011年下半年，我國發(fā)射了“天宮一號”目標(biāo)飛行器，隨后發(fā)射神舟八號飛船與之進(jìn)行第一次無人交會對接對接前“天宮一 號”和“神舟八號”繞地球做勻速圓周運(yùn)動的位置如圖2所示，A代表 “天宮一號”，B代表“神舟八號”，虛線為各自的軌道由此可以判 定 ()A“天宮一號”發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度B“天宮一號”的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度C“天宮一號”的周期大于“神舟八號”的周期D“神舟八號”減速后有可能與

7、“天宮一號”實現(xiàn)對接考點三衛(wèi)星的運(yùn)動參量計算與比較考點解讀根據(jù)萬有引力提供向心力，可得v ， ，T2 ，因為忽略地球自轉(zhuǎn)時，有g(shù)，所以衛(wèi)星的運(yùn)動參量又可表示為v ， ，T2 .典例剖析例3星球上的物體脫離星球引力所需的最小速度稱為該星球的第二宇宙速度星球的第二宇宙速度v2與其第一宇宙速度v1的關(guān)系是v2v1.已知某星球的半徑為r，表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的1/6，不計其他星球的影響，則該星球的第二宇宙速度為()A. B. C. D.gr圖3跟蹤訓(xùn)練32011年4月10日4時47分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號甲”運(yùn)載火箭，成功將第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空軌道“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航

8、定位系統(tǒng)將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成(如圖3所示),30顆非靜止軌道衛(wèi)星中有27顆是中軌道衛(wèi)星，中軌道衛(wèi)星平均分布在傾角55度的三個平面上，軌道高度約為21 500公里，靜止軌道衛(wèi)星的高度約為36 000公里，地球半徑約為6 400公里已知0.53，下列關(guān)于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的說法正確的是 ()A靜止軌道衛(wèi)星的向心加速度比中軌道衛(wèi)星大B靜止軌道衛(wèi)星和中軌道衛(wèi)星的線速度均大于地球的第一宇宙速度C中軌道衛(wèi)星的周期約為12.7 hD地球赤道上隨地球自轉(zhuǎn)物體的向心加速度比靜止軌道衛(wèi)星大 8.混淆同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、地球赤道上物體運(yùn)動的特點例4如圖4所示，同步衛(wèi)星與地心的距離為r，運(yùn)行速率為

9、v1，向心加速度為a1；地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心 加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列比值正確的是 ()圖4A. B.()2C. D. 誤區(qū)警示解本題時容易犯的錯誤是，不分青紅皂白，由于思維定勢，對近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、地球赤道上的物體均由Gmam分析得出結(jié)論，錯選B.正確解析本題中涉及三個物體，其已知量排列如下：地球同步衛(wèi)星：軌道半徑r，運(yùn)行速率v1，加速度a1；地球赤道上的物體：軌道半徑R，隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度a2；近地衛(wèi)星：軌道半徑R，運(yùn)行速率v2.對于衛(wèi)星，其共同特點是萬有引力提供向心力，有Gm，故 .對于同步衛(wèi)星和地球赤道上的物體，其共同特點是角速度相等，有

10、a2r，故.答案AD正本清源衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力由萬有引力提供，而赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)，除受萬有引力外，還受地面對它的支持力，即萬有引力和支持力的合力提供物體做圓周運(yùn)動的向心力，所以Gf(Mm,r2)ma對同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星是適用的，但對赤道上的物體并不適用.跟蹤訓(xùn)練4近地人造衛(wèi)星1和2繞地球做勻速圓周運(yùn)動的周期分別為T1和T2.設(shè)在衛(wèi)星1、衛(wèi)星2各自所在的高度上的重力加速度大小分別為g1、g2，則 ()A.()4/3 B.()4/3C()2 D.()29不理解發(fā)射速度與運(yùn)行速度的關(guān)系例5人造地球衛(wèi)星可以繞地球做勻速圓周運(yùn)動，也可以沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動對于沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動的衛(wèi)星，以下說

11、法正確的是 ()A近地點速度一定等于7.9 km/sB遠(yuǎn)地點速度一定小于7.9 km/sC發(fā)射此衛(wèi)星的速度一定大于7.9 km/sD近地點速度一定小于7.9 km/s誤區(qū)警示錯誤地認(rèn)為近地點速度就是近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度，即第一宇宙速度，認(rèn)為A正確不知道發(fā)射近地圓軌道衛(wèi)星所需發(fā)射速度最小，認(rèn)為C錯誤正確解析近地點是橢圓軌道上離地球較近的點，不一定是離地面很近的點，如果此近地點在地球表面附近，它的速度應(yīng)大于7.9 km/s，這是因為7.9 km/s是衛(wèi)星地面附近運(yùn)動時的速度，而橢圓軌道過此點做離心運(yùn)動，故速度大于7.9 km/s.當(dāng)近地點離地球較遠(yuǎn)時，其速度可以小于7.9 km/s.因為遠(yuǎn)地點一定不

12、是離地面很近的點，而過這一點的圓軌道速度小于7.9 km/s.橢圓軌道過這一點做向心運(yùn)動，故速度小于圓軌道速度，所以一定小于7.9 km/s，C正確因為此衛(wèi)星的近地點在地面附近處速度大于7.9 km/s.故從地球上發(fā)射時，速度應(yīng)大于7.9 km/s.答案BC正本清源發(fā)射衛(wèi)星的最小速度為7.9 km/s，這是第一宇宙速度，也是圓軌道衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，但橢圓衛(wèi)星近地點離地面較近時，其速度可以大于7.9 km/s.圖5跟蹤訓(xùn)練52010年10月26日21時27分，北京航天飛行控制中心對“嫦娥二號”衛(wèi)星實施了降軌控制，約18分鐘后，衛(wèi)星成功進(jìn)入了遠(yuǎn)月點100公里、近月點15公里的試驗軌道，為在月球虹

13、灣區(qū)拍攝圖像做好準(zhǔn)備如圖5為“嫦娥二號”某次在近地點A由軌道1變軌為軌道2的示意圖，下列說法中正確的是 ()A“嫦娥二號”在軌道1的A點處應(yīng)點火加速 B“嫦娥二號”在軌道1的A點處的速度比在軌道2的A點處的速度大C“嫦娥二號”在軌道1的A點處的加速度比在軌道2的A點處的加速度大D“嫦娥二號”在軌道1的B點處的機(jī)械能比在軌道2的C點處的機(jī)械能大A組衛(wèi)星運(yùn)動參量與半徑的關(guān)系1. 2010年10月1日我國成功發(fā)射“嫦娥二號”繞月衛(wèi)星，繞月運(yùn)行高度為100公里.2007年10月24日發(fā)射的“嫦娥一號”繞月運(yùn)行高度為200公里，如圖6所示“嫦娥二號”衛(wèi)星與“嫦娥一號”衛(wèi)星繞月運(yùn)行相比，下列判斷正確的是

14、()圖6A周期小，線速度大 B周期大，加速度小C線速度大，加速度小 D角速度大，線速度大2組成星球的物質(zhì)是靠引力吸引在一起的，這樣的星球有一個最大的自轉(zhuǎn)速率，如果超過了該速率，星球的萬有引力將不足以維持其赤道附近的物體做圓周運(yùn)動，由此能得到半徑為R、密度為、質(zhì)量為M且分布均勻的星球的最小自轉(zhuǎn)周期T.下列表達(dá)式中正確的是()AT2 BT2 CT DT B組衛(wèi)星變軌問題32010年10月1日，“嫦娥二號”在四川西昌發(fā)射成功，10月6日實施第一次近月制動，進(jìn)入周期約為12 h的橢圓環(huán)月軌道；10月8日實施第二次近月制動，進(jìn)入周期約為3.5h的橢圓環(huán)月軌道；10月9日實施第三次近月制動，進(jìn)入軌道高度約

15、為100 km的圓形環(huán)月工作軌道實施近月制動的位置都是在相應(yīng)的近月點P，如圖7所示則“嫦娥二號” ()圖7A從不同軌道經(jīng)過P點時，速度大小相同B從不同軌道經(jīng)過P點(不制動)時，加速度大小相同C在兩條橢圓環(huán)月軌道上運(yùn)行時，機(jī)械能不同D在橢圓環(huán)月軌道上運(yùn)行的過程中受到月球的萬有引力大小不變圖84 我國“嫦娥二號”探月衛(wèi)星于2010年10月成功發(fā)射在“嫦娥二號”衛(wèi)星奔月過程中，在月球上空有一次變軌過程，是由橢圓軌道A變?yōu)榻聢A形軌道B，A、B兩軌道相切于P點，如圖8所示探月衛(wèi)星先后沿A、B軌道運(yùn)動經(jīng)過P點時，下列說法正確的是()A衛(wèi)星運(yùn)行的速度vAvBB衛(wèi)星受月球的引力FAFBC衛(wèi)星的加速度aA&g

16、t;aBD衛(wèi)星的動能EkA<EkB圖95.“嫦娥二號”衛(wèi)星已成功發(fā)射，這次發(fā)射后衛(wèi)星直接進(jìn)入近地點高度200公里、遠(yuǎn)地點高度約38萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道直接 奔月，當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)月球附近的特定位置時，衛(wèi)星就必須“急剎車”，也就是近月制動，以確保衛(wèi)星既能被月球準(zhǔn)確捕獲，又不會撞上月球，并由此進(jìn)入近月點100公里、周期12小時的橢圓軌道a.再經(jīng)過兩次軌道調(diào)整，進(jìn)入100公里的近月圓軌道b，軌道a和b相切于P點，如圖9所示，下列說法正確的是 ()A“嫦娥二號”衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/sB“嫦娥二號”衛(wèi)星的發(fā)射速度大于11.2 km/sC“嫦娥二號”衛(wèi)星在軌道a、b上經(jīng)

17、過P點的速度vavbD“嫦娥二號”衛(wèi)星在軌道a、b上經(jīng)過P點的加速度分別為aa、ab，則aaab課時規(guī)范訓(xùn)練(限時：30分鐘)一、選擇題圖11我國于2010年10月1日成功發(fā)射了月球探測衛(wèi)星“嫦娥二號”CE2，CE2在橢圓軌道近月點Q完成近月拍攝任務(wù)后， 到達(dá)橢圓軌道的遠(yuǎn)月點P變軌成圓形軌道，如圖1所示忽略地 球?qū)E2的影響，則CE2 ()A在由橢圓軌道變成圓軌道過程中機(jī)械能不變B在由橢圓軌道變成圓軌道過程中線速度增大C在Q點的線速度比沿圓軌道運(yùn)動的線速度大D在Q點的加速度比沿圓軌道運(yùn)動的加速度大2據(jù)媒體報道，嫦娥一號衛(wèi)星環(huán)月工作軌道為圓軌道，軌道高度200 km，運(yùn)行周期127分鐘若還知道

18、引力常量和月球平均半徑，僅利用以上條件不能求出的是 ()A月球表面的重力加速度B月球?qū)πl(wèi)星的吸引力C衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速度D衛(wèi)星繞月運(yùn)行的加速度3(2009·重慶理綜)據(jù)報道，“嫦娥一號”和“嫦娥二號”繞月飛行器的圓形軌道距月球表面分別約為200 km和100 km，運(yùn)行速率分別為v1和v2.那么，v1和v2的比值為(月球半徑取1 700 km) ()A. B. C. D.4如圖2所示，A為靜止于地球赤道上的物體，B為繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，C為繞地球做圓周運(yùn)動的衛(wèi)星，P為B、C兩衛(wèi)星軌道 的交點已知A、B、C繞地心運(yùn)動的周期相同，相對于地心，下列說法中正確的是 ()圖2A物體A和衛(wèi)

19、星C具有相同大小的線速度B物體A和衛(wèi)星C具有相同大小的加速度C衛(wèi)星B在P點的加速度與衛(wèi)星C在該點的加速度一定相同D衛(wèi)星B在P點的線速度與衛(wèi)星C在該點的線速度一定相同5全球定位系統(tǒng)(GPS)有24顆衛(wèi)星分布在繞地球的6個軌道上運(yùn)行，距地面的高度都為2萬千米已知地球同步衛(wèi)星離地面的高度為3.6萬千米，地球半徑約為6 400 km，則全球定位系統(tǒng)的這些衛(wèi)星的運(yùn)行速度約為 ()A3.1 km/s B3.9 km/sC7.9 km/s D11.2 km/s62010年12月18日凌晨4時20分，以“金牌火箭”著稱的“長征三號甲”運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空火箭飛行832.1秒后，成功將第七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，圓滿完圖3成任務(wù)本次發(fā)射的第七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是我國今年連續(xù)發(fā)射的第五顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星，衛(wèi)星的轉(zhuǎn)移軌道為一橢圓，如圖3所示，地球的球心位于該橢圓的一個焦點上，A、B兩點分別是衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道上的近地點和遠(yuǎn)地點若A點在地面附近，且衛(wèi)星所受阻力可以忽略不計，則()A運(yùn)動到B點時其速率可能等于7.9 km/sB運(yùn)