第6課時(shí)人造地球衛(wèi)星市公開課一等獎(jiǎng)省賽課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

人造地球衛(wèi)星湖州中學(xué)方碧云10月1/38人造地球衛(wèi)星復(fù)習(xí)精要1、宇宙速度重慶卷152、同時(shí)衛(wèi)星3、區(qū)分地球上物體，近地衛(wèi)星，同時(shí)衛(wèi)星4、變軌例2，例3，5、雙星6、黑洞2/38人造地球衛(wèi)星南通市調(diào)研測(cè)試一7，江蘇卷4，揚(yáng)州中學(xué)二模14南通一中訓(xùn)練卷16

，南京質(zhì)量檢測(cè)一9、12月廣州市統(tǒng)測(cè)14，春18.江蘇卷14江蘇省鹽城中學(xué)模擬4江蘇卷5

例1，例2，例4南通市調(diào)研考試二806全國重點(diǎn)中學(xué)(啟東、黃岡)理綜卷21連云港市高三調(diào)研考試江蘇省鹽城中學(xué)二模16，廣西卷16，06年江蘇省前黃中學(xué)二模3、3/381、宇宙速度（發(fā)射速度）第一宇宙速度——圍繞速度人造衛(wèi)星最小發(fā)射速度;最大圍繞速度;對(duì)應(yīng)最短周期:84分鐘

第二宇宙速度——脫離速度v2=11.2km/s第三宇宙速度——逃逸速度v3=16.7km/s2、同時(shí)衛(wèi)星定周期、定速：T＝24h；v=3.1km/s定位：軌道平面與赤道平面共面定高：離地面高3.6×104km約為5.6R地（離地心6.6R地）衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)方向必須是由西向東。

4/383、注意區(qū)分：地球赤道上物體，近地衛(wèi)星，同時(shí)衛(wèi)星

運(yùn)行半徑rR地R地6.6R地運(yùn)行周期T24h85分鐘（1.4h）24h線速度計(jì)算V=ωR地向心加速度計(jì)算ma=mω2R=GMm/R地2-mgma=GMm/r近2ma=mω2r＝GMm/r同2向心加速度之比a同/a物

=r同/R=6.6/1a同/a近＝r近

2/r同2=1/(6.6)2

同時(shí)衛(wèi)星近地衛(wèi)星地球赤道上物體5/384、變軌速度增加（F引＜F向心離心運(yùn)動(dòng)）半徑增大（F引為阻力）速度減小新軌道r新＞r;V新＜V速度減?。‵引＞F向心向心運(yùn)動(dòng)）半徑減?。‵引為動(dòng)力）速度增大新軌道r新＜r;V新＞V能量分析：飛船受軌道上稀薄空氣摩擦阻力，軌道高度會(huì)逐步降低，因?yàn)樽枇苄。壍栏叨雀淖兒苈?，衛(wèi)星運(yùn)行每一圈仍可認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槟Σ磷枇ψ鲐?fù)功，依據(jù)功效原理，衛(wèi)星機(jī)械能減??；因?yàn)橹亓ψ稣?，衛(wèi)星重力勢(shì)能減??；由可知，衛(wèi)星動(dòng)能將增大。注意：圓軌道和橢圓軌道能量都守恒6/385、雙星注意：萬有引力中兩星相距是L，而向心力表示式中半徑為r1、r2，不可混同。宇宙中有相距較近，質(zhì)量能夠相比兩顆星（其它星體對(duì)它們影響忽略不計(jì)），圍繞它們連線上某一固定點(diǎn)做同周期勻速圓周運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)叫做雙星⑴角速度必定相同，所以周期也必定相同。⑵每顆星向心力大小必定相等⑶假如兩顆星質(zhì)量相差懸殊，如m＜＜M，則r=L,R=O，這是能夠把大質(zhì)量星看作靜止，小質(zhì)量星圍繞大質(zhì)量星運(yùn)動(dòng)。7/386、黑洞（黑洞M很大，R很?。┛拷昂诙础比课镔|(zhì)即使速度等于光速也被“黑洞”吸入任何物體都不能脫離它束縛，甚至連光也不能射出8/38!重慶卷15、15.宇航員在月球上做自由落體試驗(yàn)，將某物體由距月球表面高h(yuǎn)處釋放，經(jīng)時(shí)間t后落到月球表面（設(shè)月球半徑為R）。據(jù)上述信息推斷，飛船在月球表面附近繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須含有速率為()B.C.D.解:由h=1/2g月t2mg月=mv2/RB9/38!例3、宇宙飛船要與軌道空間站對(duì)接，飛船為了追上軌道空間站（）A．從較低軌道上加速B．從較高軌道上加速C．從空間站同一高度軌道上加速D．不論從什么軌道上加速都能夠A10/38！南京質(zhì)量檢測(cè)一9、9.銀河系恒星中大約四分之一是雙星。某雙星由質(zhì)量不等星體S1和S2組成，兩星在相互之間萬有引力作用下繞二者連線上某一定點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由天文觀察測(cè)得其運(yùn)動(dòng)周期為T，S1到O點(diǎn)距離為r1、S1到S2間距離為r，已知引力常量為G。由此可求出S2質(zhì)量為()解:畫出示意圖如圖示OS2S1r1rD11/38南通市調(diào)研測(cè)試一7、7．如圖所表示，a、b兩顆質(zhì)量相同人造地球衛(wèi)星分別在半徑不一樣軌道上繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則：（）A．衛(wèi)星a周期大于衛(wèi)星b周期B．衛(wèi)星a動(dòng)能大于衛(wèi)星b動(dòng)能C．衛(wèi)星a勢(shì)能大于衛(wèi)星b勢(shì)能D．衛(wèi)星a加速度小于衛(wèi)星b加速度ba地球B12/38江蘇卷考4、若人造衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則以下說法正確是（）A.衛(wèi)星軌道半徑越大，它運(yùn)行速度越大B.衛(wèi)星軌道半徑越大，它運(yùn)行速度越小C.衛(wèi)星質(zhì)量一定時(shí)，軌道半徑越大，它需要向心力越大D.衛(wèi)星質(zhì)量一定時(shí)，軌道半徑越大，它需要向心力越小BD13/3806年南通一中訓(xùn)練卷16、

16.

從地球上發(fā)射兩顆人造地球衛(wèi)星A和B，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑之比為RA∶RB=4∶1，求它們線速度大小之比。下面是某同學(xué)一個(gè)解法,請(qǐng)判斷其解法是否正確。若是正確，請(qǐng)你作出評(píng)價(jià)；若是錯(cuò)誤，請(qǐng)分析其犯錯(cuò)原因并給出正確解答。解：衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力設(shè)A，B兩顆衛(wèi)星質(zhì)量分別為mA、mB，則

由⑴、⑵得 14/38答：這種解法不對(duì)。錯(cuò)在沒有考慮重力加速度與高度相關(guān)。依據(jù)萬有引力定律知道由⑴/⑵得，可見，該同學(xué)把A、B兩衛(wèi)星重力加速度gA，gB看成相同g來處理是不正確。題目下頁15/38正確解答：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供向心力，依據(jù)牛頓第二定律有由⑶、⑷，得題目上頁16/3805年12月廣州市統(tǒng)測(cè)14、14．（13分）有兩行星A和B（均可看為勻質(zhì)球體），質(zhì)量之比MA∶MB

＝2∶1，半徑之比RA：RB＝1∶2.兩行星各有一衛(wèi)星分別為a和b，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圓形軌道半徑分別為ra和rb,ra∶rb=1∶3.求兩衛(wèi)星運(yùn)行周期之比Ta:Tb.解見下頁17/38解：衛(wèi)星繞各自行星做圓周運(yùn)動(dòng)，向心力為行星對(duì)衛(wèi)星萬有引力對(duì)于衛(wèi)星a①②由①②可得③同理對(duì)于衛(wèi)星b可得④由③④可得⑤把數(shù)據(jù)代入⑤得⑥18/38江蘇卷14、14、A是地球同時(shí)衛(wèi)星，另一衛(wèi)星B圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為h，已知地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)角速度ω0，地球表面重力加速度為g，O為地球中心。（1）求衛(wèi)星B運(yùn)動(dòng)周期（2）如衛(wèi)星B繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，某時(shí)刻A、B兩衛(wèi)星相距最近（O、B、A在同一直線上）則最少經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，它們?cè)僖淮蜗嗑嘧罱?？OBAhR19/38解:（1）由萬有引力定律和向心力公式得

聯(lián)立①②得（2）由題意得(ωB-ω0)t=2π④由③得代入④得20/3806年江蘇省鹽城中學(xué)模擬4、4．2月1日，美國哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在返回途中解體，造成人類航天史上又一悲?。舾鐐惐葋喬?hào)航天飛機(jī)是在赤道上空飛行，軌道半徑為r，飛行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同．設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度為ω0，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g．在某時(shí)刻航天飛機(jī)經(jīng)過赤道上某建筑物上方，則到它下次經(jīng)過該建筑上方所需時(shí)間為()D21/385.某人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道可近似看作是以地心為中心圓，因?yàn)樽枇ψ饔?，人造衛(wèi)星到地心距離從r1慢慢變到r2

，用EK1、EK2分別表示衛(wèi)星在兩個(gè)軌道上動(dòng)能，則（）A.r1

<r2,EK1<EK2B.r1>r2,EK1<EK2

C.r1<r2,EK1>EK2D.r1>r2,EK1>EK2

江蘇卷5、B解：衛(wèi)星因?yàn)樽枇ψ饔?，做向心運(yùn)動(dòng)，半徑r變小，半徑r變小，速度v增大，動(dòng)能EK增大22/38例1、一宇宙飛船圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),某時(shí)刻它與靜止在軌道上一物體相碰后連接在一起,軌道變成一個(gè)新圓周,仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)飛船在原軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度為v1,角速度為ω1,加速度為a1，動(dòng)能為Ek1,在新軌道上運(yùn)行時(shí)線速度、角速度、加速度、動(dòng)能分別為v2、ω2、a2、Ek2，則（）A、v1＜v2，ω1＜ω2B、v1＞v2，ω1＞ω2C、a1＜a2，Ek1＜Ek2D、a1＞a2，Ek1＞Ek2解:相碰后連接在一起,由動(dòng)量守恒定律,速度變小,破壞了原來平衡,物體做向心運(yùn)動(dòng),萬有引力做正功,速度變大.在新軌道上重新到達(dá)平衡做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),由GMm/r2=mv2/rv2=GM/rr減小,速度v增大.∴v1＜v2Ek1＜Ek2，由a=v2/r得a1＜a2，ω=v/r得ω1＜ω2

AC23/3806全國重點(diǎn)中學(xué)(啟東、黃岡)理綜卷21、21.地球上有兩位相距非常遠(yuǎn)觀察者，都發(fā)覺自己正上方有一顆人造地球衛(wèi)星，相對(duì)自己而言靜止不動(dòng)，則這兩位觀察者位置以及兩顆人造地球衛(wèi)星到地球中心距離可能是()A.一人在南極，一人在北極，兩衛(wèi)星到地球中心距離一定相等B.一人在南極，一個(gè)在北極，兩衛(wèi)星到地球中心距離能夠不等，但應(yīng)成整數(shù)倍C.兩人都在赤道上,兩衛(wèi)星到地球中心距離一定相等D.兩人都在赤道上，兩衛(wèi)星到地球中心距離能夠不等，但應(yīng)成整數(shù)倍解:地球同時(shí)衛(wèi)星位于赤道上空，相對(duì)地面靜止不動(dòng)，所以這兩個(gè)人都在赤道上。由GmM/r2=m4π2r

/T2可知,因?yàn)門一定,所以r一定,兩衛(wèi)星到地球中心距離一定相等。C24/3804年連云港市高三調(diào)研考試、地球質(zhì)量為M，半徑為R，萬有引力恒量為G，則繞地球運(yùn)動(dòng)近地衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期T＝________；我國成功發(fā)射了質(zhì)量為m“神舟”號(hào)“載人”試驗(yàn)飛船，它標(biāo)志著我國載人航天技術(shù)有了新重大突破.該飛船在圍繞地球橢圓軌道上運(yùn)行,假設(shè)在運(yùn)行中它速度最大值為vm,當(dāng)它由遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)行到近地點(diǎn)過程中.地球引力對(duì)它做功為W.則宇宙飛船在近地點(diǎn)速度為_____在遠(yuǎn)地點(diǎn)速度為________．vm25/3806年江蘇省鹽城中學(xué)二模16、16、從年10月12日9時(shí)整

“神舟”六號(hào)載人飛船發(fā)射成功到10月17日4時(shí)32分成功著陸，標(biāo)志著我國航天事業(yè)進(jìn)入了新紀(jì)元。發(fā)射開始一段時(shí)間內(nèi)在火箭推進(jìn)下可看作是豎直向上勻加速直線運(yùn)動(dòng)，這個(gè)過程中上升高度為h，到達(dá)速度為v1；設(shè)地球半徑為R，飛船正常沿圓軌道飛行時(shí)離地面高度為H，地面處重力加速度為g。依據(jù)上述提供信息，能求出飛船發(fā)射和航行過程中一些物理量（如周期）等。請(qǐng)你將所能求出各物理量用上述字母表示出來。26/38解：（1）（2）由可得

（3）依據(jù)萬有引力提供向心力可知可求得另外還可求頻率f，勻加速上升時(shí)間t。27/38（16分）某顆地球同時(shí)衛(wèi)星正下方地球表面上有一觀察者，他用天文望遠(yuǎn)鏡觀察被太陽光照射此衛(wèi)星，試問，春分那天（太陽光直射赤道）在日落12小時(shí)內(nèi)有多長(zhǎng)時(shí)間該觀察者看不見此衛(wèi)星？已知地球半徑為R，地球表面處重力加速度為g,地球自轉(zhuǎn)周期為T，不考慮大氣對(duì)光折射。廣西卷16、解：設(shè)所求時(shí)間為t，用m、M分別表示衛(wèi)星和地球質(zhì)量，r表示衛(wèi)星到地心距離.28/38春分時(shí)，太陽光直射地球赤道，如圖所表示，圖中圓E表示赤道，S表示衛(wèi)星，A表示觀察者，O表示地心.SRAEOθr陽光由圖可看出當(dāng)衛(wèi)星S繞地心O轉(zhuǎn)到圖示位置以后（設(shè)地球自轉(zhuǎn)是沿圖中逆時(shí)針方向），其正下方觀察者將看不見它.據(jù)此再考慮到對(duì)稱性，有rsinθ=R②由以上各式可解得29/38兩個(gè)星球組成雙星，它們?cè)谙嗷ブg萬有引力作用下，繞連線上某點(diǎn)做周期相同勻速圓周運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)測(cè)得兩星中心距離為R，其運(yùn)動(dòng)周期為T，求兩星總質(zhì)量。春18.O解答：設(shè)兩星質(zhì)量分別為M1和M2，都繞連線上O點(diǎn)作周期為T圓周運(yùn)動(dòng)，星球1和星球2到O距離分別為l1和l2．由萬有引力定律和牛頓第二定律及幾何條件可得l1l2M2M1l1+l2=R聯(lián)立解得30/38南通市調(diào)研考試二8、8.在發(fā)射地球同時(shí)衛(wèi)星過程中，衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點(diǎn)經(jīng)過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同時(shí)軌道Ⅱ。則（）A.該衛(wèi)星發(fā)射速度必定大于11.2km/sB.衛(wèi)星在同時(shí)軌道Ⅱ上運(yùn)行速度大于7.9km/sC.在軌道Ⅰ上，衛(wèi)星在P點(diǎn)速度大于在Q點(diǎn)速度D.衛(wèi)星在Q點(diǎn)經(jīng)過加速實(shí)現(xiàn)由軌道Ⅰ進(jìn)入軌道ⅡPQⅠⅡ地CD31/38！例2、如圖所表示，某次發(fā)射同時(shí)衛(wèi)星時(shí)，先進(jìn)入一個(gè)近地圓軌道，然后在P點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道（該橢圓軌道近地點(diǎn)為近地圓軌道上P，遠(yuǎn)地點(diǎn)為同時(shí)軌道上Q），抵達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同時(shí)軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行速率為v1，在P點(diǎn)短時(shí)間加速后速率為v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛抵達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)速率為v3，在Q點(diǎn)短時(shí)間加速后進(jìn)入同時(shí)軌道后速率為v4。試比較v1、v2、v3、v4大小，并用大于號(hào)將它們排列起來

。v4v3v1v2QPv2＞v1＞v4＞v332/38解：v4v3v1v2QP依據(jù)題意在P、Q

兩點(diǎn)點(diǎn)火加速過程中，衛(wèi)星速度將增大，所以有v2＞v1、v4＞v3，而v1、v4是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)人造衛(wèi)星線速度，因?yàn)樗鼈儗?duì)應(yīng)軌道半徑r1＜r4，所以v1＞v4。衛(wèi)星沿橢圓軌道由P→Q

運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橹挥兄亓ψ鲐?fù)功，衛(wèi)星機(jī)械能守恒，其重力勢(shì)能逐步增大，動(dòng)能逐步減小，所以有v2＞v3把以上不等式連接起來，可得到結(jié)論：v2＞v1＞v4＞v333/3805年揚(yáng)州中學(xué)二模14、宇航員在一行星上以速度v0豎直上拋一質(zhì)量為m物體,不計(jì)空氣阻力,經(jīng)t秒落回手中,已知該行星半徑為R.(1)要使物體沿水平方向拋出而不落回星球表面,沿星球表面拋出速度最少是多大?(2)要使物體沿豎直方向拋出而不落回星球表面,沿星球表面拋出速度最少是多大?已知取無窮遠(yuǎn)處引力勢(shì)能為零時(shí),物體距離星球球心距離r時(shí)引力勢(shì)能為EP=-GMm/r(G為引力常量)34/38解:由豎直上拋運(yùn)動(dòng)t/2=v0/g1g1=2v0/t(g1為星球表面重力加速度)(1)要使物體沿水平方向拋出而不落回星球表面最小速度即第一宇宙速度v1,由mg1=mv2/R得(2)要使物體沿豎直方向拋出而不落回星球表面最小速度即第二宇宙速度v2,由機(jī)械能守恒定律得又由GMm/R2=mg1=2mv0/tGM=g1R2=2v0R2

/t35/3806年江蘇省前黃中學(xué)二模3、3．10