高中物理必修2一轮复习详细第4章第6课时探析.doc

PAGE  PAGE 11 第6课时　卫星与航天 导学目标 1.理解三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度.2.掌握卫星的线速度、角速度、周期与半径的关系，并能在具体问题中应用． 一、宇宙速度 [基础导引] 试推导地球的第一宇宙速度．已知地球半径为6 400 km，地球质量为5.98×1024 kg，万有引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2. [知识梳理] 三种宇宙速度 宇宙速度数值(km/s)意义第一宇 宙速度7.9卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度．若7.9 km/s≤v11.2 km/s，物体绕______运行(环绕速度)第二宇 宙速度11.2物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度．若11.2 km/s≤v16.7 km/s，物体绕____运行(脱离速度)第三宇 宙速度16.7物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．若v≥16.7 km/s，物体将脱离________在宇宙空间运行(逃逸速度)eq \x(思考)：三种宇宙速度是环绕速度还是发射速度？发射卫星的最小速度是多大？卫星绕地球运行的最大速度为多大？ 二、人造卫星 [基础导引] 已知地球的半径为R，质量为M，万有引力常量为G，试求出轨道半径为r的卫星的线速度、角速度和周期的表达式． [知识梳理] 1．人造卫星的动力学特征 万有引力提供向心力，即Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)＝mrω2＝m(eq \f(2π,T))2r. 2．人造卫星的运动学特征 (1)线速度v：v＝ ____________，随着轨道半径的增大，卫星的线速度减小． (2)角速度ω：ω＝ ____________，随着轨道半径的增大，卫星的角速度减小． (3)周期T：T＝ ____________，随着轨道半径的增大，卫星的周期增大． 特别提醒　(1)卫星绕地球运行的最小周期约为85分钟． (2)人造地球卫星绕地球运行时，处于失重状态，并不是不受重力作用，是因为重力完全用来提供卫星做圆周运动的向心力． 考点一　同步卫星 考点解读 　同步卫星的五个“一定” 1．轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面． 2．周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h. 3．角速度一定：与地球自转的角速度相同． 4．高度一定：由Geq \f(Mm,(R＋h)2)＝meq \f(4π2,T2)(R＋h)得同步卫星离地面的高度h＝ eq \r(3,\f(GMT2,4π2))－R. 5．速率一定：v＝ eq \r(\f(GM,R＋h)). 典例剖析 例1　如图1所示，地球赤道上的山丘e，近地资源卫星p和同步通信 卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设e、p、q的圆周 运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则 (　　) 图1 A. v1v2v3 B. v1v3v2 C. a1a2a3 D. a1a3a2 跟踪训练1　地球“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致．关于该“空间站”说法正确的有 (　　) A．运行的加速度一定等于其所在高度处的重力加速度 B．运行的速度等于同步卫星运行速度的eq \r(10)倍 C．站在地球赤道上的人观察到它向东运动 D．在“空间站”工作的宇航员因受力平衡而在其中悬浮或静止 考点二　卫星变轨问题 考点解读 卫星运行中的稳态与变态问题 在卫星运行问题中，卫星能够做匀速圆周运动的状态称为稳态，此时满足F向＝F万，结合向心力公式即可判定卫星的线速度、角速度、周期的大小比较问题．卫星从一个稳定轨道变到另一稳定轨道，称为变态，即变轨问题，此过程不满足F向＝F万，应结合离心运动和近心运动的知识以及能量守恒定律去解决．当卫星速度减小时F向F万，卫星做近心运动而下降，此时F万做正功，使卫星速度增大，变轨成功后可在低轨道上稳定运动；当卫星速度增大时，与此过程相反． 典例剖析 例2　某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变，某次测量卫星的轨道半径为r1，后来变为r2(r2r1)，用Ek1、Ek2表示卫星在这两个轨道上的动能，T1、T2表示卫星在这两个轨道上的运行周期，则 (　　) A．Ek2Ek1，T2T1 B．Ek2Ek1，T2T1 C．Ek2Ek1，T2T1 D