用心 愛(ài)心 專(zhuān)心 高一物理高一物理人造衛(wèi)星 宇宙速度人造衛(wèi)星 宇宙速度北師大版北師大版 本講教育信息本講教育信息 一 教學(xué)內(nèi)容 人造衛(wèi)星 宇宙速度 二 知識(shí)總結(jié)歸納 1 人造地球衛(wèi)星 如果沒(méi)有空氣阻力 當(dāng)速度足夠大時(shí) 物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來(lái) 將圍繞地球旋轉(zhuǎn) 成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星 1 衛(wèi)星繞行速度 角速度 周期與半徑的關(guān)系 在以上各表達(dá)式中 常常要代換 GM g 為地球表面重力加速度 R 為地球半徑 2 地球同步衛(wèi)星 運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同 T 24h 所有的地球同步衛(wèi)星 的軌道平面均在赤道平面內(nèi) 且軌道半徑和環(huán)繞速度相同 過(guò)程如下 T 恒定 r 恒定 2 宇宙速度 1 第一宇宙速度 環(huán)繞速度 7 9km s 是地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度 也是衛(wèi)星 繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度 推導(dǎo) 當(dāng)衛(wèi)星在地球附近運(yùn)行時(shí) r r地 推導(dǎo) 當(dāng)衛(wèi)星在地球表面附近運(yùn)行時(shí)不計(jì)空氣阻力 F引 mg r r地 2 第二宇宙速度 脫離速度 11 2km s 使物體可以?huà)昝摰厍蛞κ` 成為繞 太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星 或飛到其他行星上去 的最小發(fā)射速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 16 7km s 使物體掙脫太陽(yáng)引力的束縛 飛到太陽(yáng) 系以外的宇宙空間去的最小發(fā)射速度 典型例題典型例題 例 1 一人造地球衛(wèi)星距地球表面的高度是地球半徑的 15 倍 試估算此衛(wèi)星的線(xiàn)速度 已知地球半徑 R 6400km 分析與解答 分析與解答 人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 滿(mǎn)足的關(guān)系式為 式中 m 為衛(wèi)星質(zhì)量 M 為地球質(zhì)量 16R 為衛(wèi)星的軌道半徑 由于地球質(zhì)量 M 未知 所以應(yīng)設(shè)法用其他已知常數(shù)代換 在地球表面 由 1 2 兩式消去 GM 解得 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心 注意 注意 有些基本常識(shí) 盡管題目沒(méi)有明顯給出 必要時(shí)可以直接應(yīng)用 如在地球表面 物體受到地球的引力近似等于重力 地球自轉(zhuǎn)周期 T 24 小時(shí) 公轉(zhuǎn)周期 T 365 天 月球 繞地球運(yùn)動(dòng)的周期約為 30 天等 例 2 速度 R0為地球的半徑 r 為衛(wèi)星離地球中心的距離 下面哪些說(shuō)法正確 A 題目中衛(wèi)星速度表達(dá)式是錯(cuò)誤的 B 由速度表達(dá)式知 衛(wèi)星離地面越高 其速度也越大 C 由速度表達(dá)式知 衛(wèi)星環(huán)繞速度與軌道半徑平方根成反比 D 從速度表達(dá)式可知 把衛(wèi)星發(fā)射到越遠(yuǎn)的地方越容易 分析與解答 分析與解答 衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) F引 F心 由此可知 A 是錯(cuò)的 C 為正確的 又因?yàn)?v 是環(huán)繞速度 故離地球越遠(yuǎn)處衛(wèi)星環(huán)繞速 度越小 但發(fā)射衛(wèi)星到越遠(yuǎn) 克服地球引力作功越多 所需初速越大 故 D 錯(cuò) 注意區(qū)分 發(fā)射初速度與環(huán)繞速度 例 3 氣象衛(wèi)星是用來(lái)拍攝云層照片 觀測(cè)氣象資料和測(cè)量氣象數(shù)據(jù)的 我國(guó)先后自行 成功研制和發(fā)射了 風(fēng)云一號(hào) 和 風(fēng)云二號(hào) 兩顆氣象衛(wèi)星 風(fēng)云一號(hào) 衛(wèi)星軌道與赤 道平面垂直 通過(guò)兩極 每 12 小時(shí)巡視一周 稱(chēng)為 極地圓軌道 風(fēng)云二號(hào) 氣象衛(wèi) 星軌道平面在赤道平面內(nèi) 稱(chēng)為 地球同步軌道 則 風(fēng)云一號(hào) 衛(wèi)星比 風(fēng)云二號(hào) 衛(wèi) 星 A 發(fā)射速度大B 線(xiàn)速度大 C 覆蓋區(qū)域小D 向心加速度小 解析 解析 由題意 風(fēng)云一號(hào) 衛(wèi)星周期 T1 12h 風(fēng)云 2 號(hào) 衛(wèi)星周期 T2 24h 由 即 T 越大 r 越大 所以 風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星離地近 線(xiàn)速度大 且相對(duì)地球運(yùn)動(dòng) 覆蓋區(qū)域大 向心加速度 大 正確選項(xiàng) B 例 4 m b 的單位是 s c 的單位是 m s2 則 A a 是地球半徑 b 是地球自轉(zhuǎn)的周期 c 是地球表面處的重力加速度 B a 是地球半徑 b 是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期 c 是同步衛(wèi)星的加速度 C a 是赤道周長(zhǎng) b 是地球自轉(zhuǎn)周期 c 是同步衛(wèi)星的加速度 D a 是地球半徑 b 是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期 c 是地球表面處的重力加速度 解析 解析 設(shè)地球同步衛(wèi)星周期為 T 軌道半徑 r 則 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心 所以 正確選項(xiàng)為 AD 例 5 如圖所示 發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí) 先將衛(wèi)星發(fā)射到近地圓軌道 1 然后在軌道的 Q 點(diǎn) 點(diǎn)火 使衛(wèi)星沿橢圓軌道 2 運(yùn)行 當(dāng)它經(jīng)過(guò)橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn) P 時(shí) 再次 點(diǎn)火 將衛(wèi)星送入同步軌道 3 衛(wèi)星分別在軌道 1 2 3 上正常運(yùn)行時(shí) 即不包括 點(diǎn)火 過(guò)程 下面的判斷正確的是 A 衛(wèi)星軌道 3 上運(yùn)行時(shí)的速率大于在軌道 1 上運(yùn)行時(shí)的速率 B 衛(wèi)星軌道 3 上運(yùn)行時(shí)的角速度小于在軌道 1 上運(yùn)行時(shí)的角速度 C 衛(wèi)星軌道 1 上運(yùn)行經(jīng)過(guò) Q 時(shí)的加速度等于在軌道 2 上運(yùn)行經(jīng)過(guò) Q 點(diǎn)時(shí)的加速度 D 衛(wèi)星軌道 2 上運(yùn)行經(jīng)過(guò) Q 時(shí)的加速度等于在軌道 2 上運(yùn)行經(jīng)過(guò) P 點(diǎn)時(shí)的加速度 解析 解析 衛(wèi)星從 1 軌道到 2 軌道以及從 2 軌道到 3 軌道均要點(diǎn)火 所以 衛(wèi)星點(diǎn)火后能 量增加 速率變大 衛(wèi)星在圓軌道正常運(yùn)行時(shí)的速率為 v 由 所以 正確選項(xiàng)為 B C 例 6 火箭發(fā)射衛(wèi)星的開(kāi)始階段是豎直升空 設(shè)向上的加速度 a 5m s2 衛(wèi)星中用彈簧 秤懸掛一質(zhì)量 m 9kg 的物體 當(dāng)衛(wèi)星升到某高處時(shí) 彈簧秤的示數(shù)為 85N 那么 此時(shí)衛(wèi) 星距地面的高度是多少千米 地球半徑 R 6400km g 10m s2 解析 解析 衛(wèi)星以 a 5m s2加速升空時(shí) 離地面越高受重力越小 在地球表面有 當(dāng)衛(wèi)星離地面為 h 高時(shí) 有 f拉 mg ma 模擬試題模擬試題 1 關(guān)于第一宇宙速度 下面說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 A 它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 B 它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)行速度 C 它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度 D 它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度 2 由 嫦娥奔月 到 萬(wàn)戶(hù)飛天 由 東方紅 樂(lè)曲響徹寰宇到航天員楊利偉乘坐 神舟 五號(hào)飛船遨游太空 中華民族載人航天的夢(mèng)想已變成現(xiàn)實(shí) 假設(shè) 神舟 五號(hào)實(shí) 施變軌后做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 共運(yùn)行了 n 周 起始時(shí)刻為 t1 結(jié)束時(shí)刻為 t2 運(yùn)行速度為 v 半徑為 r 則計(jì)算其運(yùn)行周期可用 用心 愛(ài)心 專(zhuān)心 A 1 3 B 1 4 C 2 3 D 2 4 3 人造地球衛(wèi)星中的物體處于失重狀態(tài)是指物體 A 不受地球引力作用 B 受到的合力為零 C 對(duì)支持它的物體沒(méi)有壓力作用 D 不受地球引力 也不受衛(wèi)星對(duì)它的引力 4 三顆人造地球衛(wèi)星 A B C 繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng) 如圖所示 已知 由此可知 則三個(gè)衛(wèi)星 A 線(xiàn)速度關(guān)系 B 周期關(guān)系 C 向心力大小 D 半徑與周期關(guān)系 5 宇