第3章 4.人造衛(wèi)星　宇宙速度

1、.4.人造衛(wèi)星宇宙速度學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度重點(diǎn)2理解人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系3知道同步衛(wèi)星的特點(diǎn)難點(diǎn)4理解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識(shí)及我國(guó)衛(wèi)星發(fā)射的情況，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情.人 造 衛(wèi) 星 與 宇 宙 速 度1人造衛(wèi)星衛(wèi)星是太空中繞行星運(yùn)動(dòng)的物體將第一顆人造衛(wèi)星送入圍繞地球運(yùn)行軌道的國(guó)家是前蘇聯(lián)2宇宙速度數(shù)值意義第一宇宙速度7.9km/s衛(wèi)星在地球外表附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度第二宇宙速度11.2km/s使衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度16.7km/s使衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)引力束縛的最小地面發(fā)射速度1第一宇宙速

2、度是能使衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小發(fā)射速度2第一宇宙速度是人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小速度×3第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度×假設(shè)要發(fā)射火星探測(cè)器，試問(wèn)這個(gè)探測(cè)器應(yīng)大約以多大的速度從地球上發(fā)射？【提示】火星探測(cè)器繞火星運(yùn)動(dòng)，脫離了地球的束縛，但沒(méi)有掙脫太陽(yáng)的束縛，因此它的發(fā)射速度應(yīng)在第二宇宙速度與第三宇宙速度之間，即11.2 km/sv16.7 km/s.發(fā)射衛(wèi)星，要有足夠大的速度才行，請(qǐng)考慮：圖3­4­1討論1：不同星球的第一宇宙速度是否一樣？第一宇宙速度的決定因素是什么？【提示】不同，根據(jù)Gm，v，第一宇宙速度決定于星球的質(zhì)量和半徑討論2：把

3、衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越??？【提示】軌道越高，需要的發(fā)射速度越大1解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的根本思路：一般行星或衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所需要的向心力都由中心天體對(duì)它的萬(wàn)有引力提供，所以研究天體時(shí)可建立根本關(guān)系式：Gma，式中a是向心加速度2常用的關(guān)系式1Gmm2rmr，萬(wàn)有引力全部用來(lái)提供行星或衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力2mgG即gR2GM，物體在天體外表時(shí)受到的引力等于物體的重力該公式通常被稱(chēng)為黃金代換式3四個(gè)重要結(jié)論：設(shè)質(zhì)量為m的天體繞另一質(zhì)量為M的中心天體做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)1由m得v，r越大，天體的v越小2由Gm2r得，r越大，天體的越小3由Gm2r得T2，r越大

4、，天體的T越大4由Gman得an，r越大，天體的an越小以上結(jié)論可總結(jié)為“一定四定，越遠(yuǎn)越慢4地球同步衛(wèi)星及特點(diǎn)：地球同步衛(wèi)星及特點(diǎn)：1概念：相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有一樣周期的衛(wèi)星，叫作地球同步衛(wèi)星2特點(diǎn)：確定的轉(zhuǎn)動(dòng)方向：和地球自轉(zhuǎn)方向一致；確定的周期：和地球自轉(zhuǎn)周期一樣，即T24 h；確定的角速度：等于地球自轉(zhuǎn)的角速度；確定的軌道平面：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面重合；確定的高度：離地面高度固定不變3.6×104 km；確定的環(huán)繞速率：線速度大小一定3.1×103 m/s1下面關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說(shuō)法中不正確的選項(xiàng)是A各國(guó)發(fā)射的地球同步衛(wèi)星

5、的高度和速率都是相等的B同步通信衛(wèi)星的角速度雖已被確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增大；高度降低，速率減小，仍同步C我國(guó)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114 min，比同步通信衛(wèi)星的周期短，所以第一顆人造衛(wèi)星離地面的高度比同步通信衛(wèi)星的低D同步通信衛(wèi)星的速率比我國(guó)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星的速率小【解析】同步通信衛(wèi)星的周期與角速度跟地球自轉(zhuǎn)的周期與角速度一樣，由 和hrR知衛(wèi)星高度確定由vr知速率也確定，A正確，B錯(cuò)誤；由T2 知第一顆人造地球衛(wèi)星高度比同步通信衛(wèi)星的低，C正確；由v 知同步通信衛(wèi)星比第一顆人造地球衛(wèi)星速率小，D正確應(yīng)選B.【答案】B2關(guān)于第一宇宙速度，以下說(shuō)法中正確的

6、選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：22852074】A第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞運(yùn)行的最小速度B第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞運(yùn)行的最大速度C第一宇宙速度是地球同步衛(wèi)星環(huán)繞運(yùn)行的速度D不同行星的第一宇宙速度都是一樣的【解析】第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飛行的衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的線速度衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力提供，由Gm可得v.可見(jiàn)衛(wèi)星的高度越高，那么公轉(zhuǎn)的線速度越小，所以靠近地球外表飛行的衛(wèi)星h的值可忽略的線速度最大，應(yīng)選項(xiàng)B正確；地球同步衛(wèi)星在地球的高空運(yùn)行，所以它的線速度小于第一宇宙速度，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；行星的質(zhì)量和半徑不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不一樣，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案

7、】B3.如圖3­4­2，假設(shè)兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，a、b到地心O的間隔 分別為r1、r2，線速度大小分別為v1、v2，那么 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：22852075】圖3­4­2A. B. C.2D.2【解析】對(duì)人造衛(wèi)星，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力m，可得v .所以對(duì)于a、b兩顆人造衛(wèi)星有 ，應(yīng)選項(xiàng)A正確【答案】A4探測(cè)器繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么變軌后與變軌前相比A軌道半徑變小B向心加速度變小C線速度變小 D角速度變小【解析】探測(cè)器做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬(wàn)有引力提供向心力，那么：Gmr，整理得T2，可知周期T較小

8、的軌道，其半徑r也小，A正確；由Gmanmm2r，整理得：anG，v，可知半徑變小，向心加速度變大，線速度變大，角速度變大，故B、C、D錯(cuò)誤【答案】A5如圖3­4­3所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星以一樣的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是圖3­4­3A甲的向心加速度比乙的小B甲的運(yùn)行周期比乙的小C甲的角速度比乙的大D甲的線速度比乙的大【解析】根據(jù)Gma得a.故甲衛(wèi)星的向心加速度小，選項(xiàng)A正確；根據(jù)Gm2r，得T2，故甲的運(yùn)行周期大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)Gm2r，得，故甲運(yùn)行的角速度小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)G，得v，故甲運(yùn)行的線速度小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】A6研究說(shuō)明，地球自轉(zhuǎn)在逐漸變慢，3億年前地球自轉(zhuǎn)的周期約為22小時(shí)假設(shè)這種趨勢(shì)會(huì)持續(xù)下去，地球的其他條件都不變，將來(lái)人類(lèi)發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與如今的相比A距地面的高度變大B向心加速度變大C線速度變大 D角速度變大【解析】地球的自轉(zhuǎn)周期變大，那么地球同步衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期變大由mRh，得hR，T變大，h變大，A正確由ma，得a，r增大，a減小，B錯(cuò)誤由，得v，r增大，v減小，C錯(cuò)誤由可知，角速度減小，D錯(cuò)誤【答案】A天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題解答技巧1比較圍繞同一個(gè)中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的行星或衛(wèi)星的v、