,总纲目录考点详解,栏目索引,第2讲人造卫星与宇宙航行,高考物理-人造卫星与宇宙航行课件,1,总纲目录,考点一卫星运行参量的比较与计算,考点二宇宙速度的理解与计算,考点三卫星的变轨问题,加油小站,总纲目录考点一卫星运行参量的比较与计算考点二宇宙速度的理,1.卫星的轨道,(1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道所在平面内,卫星始终处于赤道上方。,同步卫星的轨道就是其中的一种。,(2)极地轨道:卫星的轨道平面与赤道平面垂直,卫星经过两极上空,如极,地气象卫星的轨道。,(3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道,卫星轨道平面与赤道平面,成一定角度,且轨道的圆心都在地球的球心。,考点一卫星运行参量的比较与计算,2.卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系,(1)做匀速圆周运动的卫星所受万有引力完全提供向心力,则有,=,m,=,m,2,r,=,m,r,=,ma,n,推导出,考点一卫星运行参量的比较与计算2.卫星的线速度、角速度、周,3,(2)运动关系要慎用,和,T,有对应关系,即,=,但,v,、,a,n,、,T,(,)的关系式,v,=,、,a,n,=,、,a,n,=,中,这三个物理量相互影响。,和T有对应关系,即=,但v、an、T()的关系,4,3.同步卫星的六个“一定”,3.同步卫星的六个“一定”,5,4,.易错辨析,(1)同步卫星可以定点在北京市的正上方。,(,),(2)不同的同步卫星的质量不同,但离地面的高度是相同的。,(),(3)第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度。,(,),(4)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。,(,),(5)第一宇宙速度的大小与地球质量有关。,(,),6,1.(2017湖北七市联考)人造地球卫星在绕地球做圆周运动的过程中,下,列说法中正确的是,(),A.卫星离地球越远,角速度越大,B.同一圆轨道上运行的两颗卫星,线速度大小一定相等,C.一切卫星运行的瞬时速度都大于7.9 km/s,D.地球同步卫星可以在以地心为圆心、离地高度为固定值的一切圆轨,道上运动,B,B,7,答案,B卫星所受的万有引力提供其做圆周运动的向心力,则,G,=,m,=,m,2,r,可得,v,=,=,可知,r,越大,角速度,越小,A项错误,B,项正确;7.9 km/s是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度,C项错误;地,球同步卫星只能在赤道上方的轨道上运动,D项错误。,答案B卫星所受的万有引力提供其做圆周运动的向心力,8,2.(2016课标,17,6分)利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤,道上任意两点之间保持无线电通讯。目前,地球同步卫星的轨道半径约,为地球半径的6.6倍。假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫,星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为,(),A.1 hB.4 hC.8 hD.16 h,B,2.(2016课标,17,6分)利用三颗位置适当的地球同步,9,答案,B卫星围绕地球运转时,万有引力提供卫星做圆周运动的向心,力,即,=,m,r,解得周期,T,=2,由此可见,卫星的轨道半径,r,越小,周期,T,就越小,周期最小时,三颗卫星连线构成的等边三角形与赤,道圆相切,如图所示,此时卫星轨道半径,r,=2,R,T,=2,又因为,T,0,=,2,=24 h,所以,T,=,T,0,=,24 h,4 h,B正确。,答案B卫星围绕地球运转时,万有引力提供卫星做圆周运,10,3.地球赤道上有一物体随地球自转,所受的向心力为,F,1,向心加速度为,a,1,线速度为,v,1,角速度为,1,;地球表面附近绕地球做圆周运动的人造卫星,(高度忽略),所受的向心力为,F,2,向心加速度为,a,2,线速度为,v,2,角速度为,2,;,地球的同步卫星所受的向心力为,F,3,向心加速度为,a,3,线速度为,v,3,角速度,为,3,;地球表面的重力加速度为,g,第一宇宙速度为,v,。假设三者质量相,等,则,(),A.,F,1,=,F,2,F,3,B.,a,1,=,a,2,=,g,a,3,C.,v,1,=,v,2,=,v,v,3,D.,1,=,3,2,D,3.地球赤道上有一物体随地球自转,所受的向心力为F1,向心加,11,答案,D地球同步卫星的运动周期与地球自转周期相同,角速度相同,即,1,=,3,根据关系式,v,=,r,和,a,=,2,r,可知,v,1,v,3,a,1,v,3,a,2,a,3,2,3,;在地,球表面附近绕地球做圆周运动的人造卫星(高度忽略)的线速度就是第,一宇宙速度,即,v,2,=,v,其向心加速度等于重力加速度,即,a,2,=,g,;所以,v,=,v,2,v,3,v,1,g,=,a,2,a,3,a,1,2,3,=,1,;又因为,F,=,ma,所以,F,2,F,3,F,1,。由以上分析可知,选项A、B、C错误,D正确。,答案D地球同步卫星的运动周期与地球自转周期相同,角,12,拓展延伸,卫星运动中的机械能,(1)只在万有引力作用下卫星绕中心天体做匀速圆周运动和沿椭圆轨道,运动,机械能守恒,这里的机械能包括卫星的动能和卫星(与中心天体)的,引力势能。,(2)质量相同的卫星,其运行的圆轨道半径越大,动能越小,引力势能越大,机械能越大。,拓展延伸,13,1.第一宇宙速度(环绕速度),(1)数值,v,1,=,7.9,km/s,是人造卫星的最小,发射,速度,也是人造卫星,绕地球做匀速圆周运动的最大,环绕,速度。,(2)第一宇宙速度的计算方法,a.设想在地球表面附近有一颗人造地球卫星,地球对卫星的万有引力提,供其做圆周运动的向心力,由,G,=,m,得,v,=,。,b.设想在地球表面附近有一颗人造地球卫星,它受到的重力近似等于地,球对其的万有引力,而万有引力提供其做圆周运动的向心力,由,mg,=,m,考点二宇宙速度的理解与计算,得,v,=,。,考点二宇宙速度的理解与计算得v=。,2.第二宇宙速度(脱离速度):,v,2,=,11.2,km/s,是物体挣脱,地球,的引力,束缚需要的最小发射速度。,3.,第三宇宙速度,(,逃逸速度,):,v,3,=,16.7,km/s,是物体挣脱,太阳,的引力,束缚需要的最小发射速度。,2.第二宇宙速度(脱离速度):v2=11.2 km/s,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/s B.5.0 km/s,C.17.7 km/s D.35.2 km/s,答案A根据题设条件可知,M,地,=10,M,火,R,地,=2,R,火,。由万有引力提供向,心力得,=,m,则,v,=,故,=,=,;因为地球的第一宇宙,速度为,v,地,=7.9 km/s,所以航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动,的速率,v,火,=,v,地,3.5 km/s,选项A正确。,A,答案A根据题设条件可知M地=10M火,R地=2R火,变式1,(2017江西南昌模拟)物体脱离星球引力所需要的最小速度称为,第二宇宙速度,第二宇宙速度,v,2,与第一宇宙速度,v,1,的关系是,v,2,=,v,1,。已,知某星球半径是地球半径,R,的,其表面的重力加速度是地球表面重力,加速度,g,的,不计其他星球的影响,则该星球的第二宇宙速度为,(,),A.,B.,C.,D.,答案,B设某星球的质量为,M,半径为,r,绕其表面附近匀速飞行的卫,星质量为,m,根据万有引力提供向心力,可得,G,=,m,解得,v,1,=,;又,因它表面的重力加速度为地球表面重力加速度,g,的,可得,G,=,mg,;,又,r,=,R,、,v,2,=,v,1,解得,v,2,=,所以正确选项为B。,B,变式1(2017江西南昌模拟)物体脱离星球引力所需要,人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨,如图所示,我们从以下,几个方面讨论。,1.圆轨道上的稳定运行,=,m,=,m,2,r,=,m,r,。,2.变轨原理及过程,(1)为了节省能量,在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道上。,考点三卫星的变轨问题,考点三卫星的变轨问题,18,(2)在,A,点处点火加速,由于速度变大,万有引力不足以提供卫星在轨道,上做圆周运动的向心力,卫星做离心运动进入椭圆轨道。,(3)在,B,点(远地点)再次点火加速,卫星进入圆轨道。,3.,变轨过程中一些物理量的定性分析,(1),速度,:,设卫星在圆轨道,和,上运行时的速率分别为,v,1,、,v,3,在轨道,上通过,A,点和,B,点时的速率分别为,v,A,、,v,B,。因在,A,点处加速,则,v,A,v,1,因在,B,点处加速,则,v,3,v,B,又因,v,1,v,3,故有,v,A,v,1,v,3,v,B,。,(2),加速度,:,因为在,A,点处卫星只受到万有引力作用,故不论从轨道,还,是轨道,上经过,A,点,卫星的加速度都相同。同理,从轨道,和轨道,上,经过,B,点时加速度也相同。,(2)在A点处点火加速,由于速度变大,万有引力不足以提供卫星,19,(3)周期:设卫星在、轨道上运行的周期分别为,T,1,、,T,2,、,T,3,轨道,半径分别为,r,1,、,r,2,(半长轴)、,r,3,由开普勒第三定律,=,k,可知,T,1,T,2,T,3,。,(4)机械能:卫星在一个确定的圆(椭圆)轨道上运行时机械能守恒。设卫,星在、轨道上运行时的机械能分别为,E,1,、,E,2,、,E,3,则,E,1,E,2,时,卫星将做离心运动;,a,3,a,1,B.,a,2,a,1,a,3,C.,a,3,a,1,a,2,D.,a,3,a,2,a,1,D,2.(2015山东理综,15,6分)如图,拉格朗日点L1位于,答案,D地球同步卫星受月球引力可以忽略不计,表明地球同步卫星,距离月球要比空间站距离月球更远,则地球同步卫星轨道半径,r,3,、空间,站轨道半径,r,1,、月球轨道半径,r,2,之间的关系为,r,2,r,1,r,3,由,=,ma,知,a,3,=,a,2,=,所以,a,3,a,2,;由题意知空间站与月球周期相等,由,ma,=,m,r,知,a,1,=,r,1,a,2,=,r,2,所以,a,2,a,1,。因此,a,3,a,2,a,1,D正确。,易错警示,研究卫星绕地球或行星绕太阳运行问题时,卫星到地球中心或行星到太,阳中心的距离与它们的轨道半径是相等的;但在宇宙多星问题中,行星,间距与轨道半径往往是不同的,这点要注意区分。,答案D地球同步卫星受月球引力可以忽略不计,表明地球,请认真完成作业,第2讲人造卫星与宇宙航行,请认真完成作业第2讲人造卫星与宇宙航行,