高一物理人造卫星、宇宙速度北师大版知识精讲.docVIP

高一物理人造卫星、宇宙速度北师大版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 人造卫星、宇宙速度 二. 知识总结归纳 1. 人造地球卫星：如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造卫星。 （1）卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系： 在以上各表达式中，常常要代换（GM）。 （g为地球表面重力加速度，R为地球半径） （2）地球同步卫星：运转周期与地球自转周期相同（T=24h），所有的地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内，且轨道半径和环绕速度相同，过程如下： ∵T恒定，∴r恒定。 2. 宇宙速度 （1）第一宇宙速度（环绕速度）：7.9km/s。是地球卫星的最小发射速度。也是卫星绕地球作圆周运动的最大速度。 推导①：当卫星在地球附近运行时：r≈r地 推导②：当卫星在地球表面附近运行时不计空气阻力，F引=mg，r≈r地 （2）第二宇宙速度（脱离速度）：11.2km/s。使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星（或飞到其他行星上去）的最小发射速度。 （3）第三宇宙速度（逃逸速度）：16.7km/s。使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度。 【典型例题】 例1. 一人造地球卫星距地球表面的高度是地球半径的15倍，试估算此卫星的线速度（已知地球半径R=6400km）。 分析与解答：人造地球卫星绕地球做圆周运动时，满足的关系式为 式中：m为卫星质量；M为地球质量；16R为卫星的轨道半径，由于地球质量M未知，所以应设法用其他已知常数代换，在地球表面 由（1）、（2）两式消去GM，解得 注意：有些基本常识，尽管题目没有明显给出，必要时可以直接应用，如在地球表面物体受到地球的引力近似等于重力，地球自转周期T=24小时，公转周期T=365天，月球绕地球运动的周期约为30天等。 例2. 速度，R0为地球的半径，r为卫星离地球中心的距离，下面哪些说法正确？ A. 题目中卫星速度表达式是错误的； B. 由速度表达式知，卫星离地面越高，其速度也越大； C. 由速度表达式知，卫星环绕速度与轨道半径平方根成反比； D. 从速度表达式可知，把卫星发射到越远的地方越容易。 分析与解答：卫星绕地球转动时，F引=F心 由此可知A是错的，C为正确的。又因为v是环绕速度，故离地球越远处卫星环绕速度越小，但发射卫星到越远，克服地球引力作功越多，所需初速越大，故D错（注意区分：发射初速度与环绕速度）。 例3. 气象卫星是用来拍摄云层照片、观测气象资料和测量气象数据的，我国先后自行成功研制和发射了“风云一号”和“风云二号”两颗气象卫星。“风云一号”卫星轨道与赤道平面垂直，通过两极。每12小时巡视一周，称为“极地圆轨道”；“风云二号”气象卫星轨道平面在赤道平面内，称为“地球同步轨道”。则“风云一号”卫星比“风云二号”卫星（ ） A. 发射速度大 B. 线速度大 C. 覆盖区域小 D. 向心加速度小 解析： 由题意，“风云一号”卫星周期T1=12h，“风云2号”卫星周期T2=24h，由： 即T越大，r越大 所以：风云一号卫星离地近，线速度大，且相对地球运动，覆盖区域大，向心加速度大。 正确选项：B。 例4. m，b的单位是s，c的单位是m/s2，则 A. a是地球半径，b是地球自转的周期，c是地球表面处的重力加速度 B. a是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是同步卫星的加速度 C. a是赤道周长，b是地球自转周期，c是同步卫星的加速度 D. a是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是地球表面处的重力加速度 解析：设地球同步卫星周期为T，轨道半径r，则： 所以，正确选项为：AD。 例5. 如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道1，然后在轨道的Q点“点火”使卫星沿椭圆轨道2运行，当它经过椭圆轨道的远地点P时，再次“点火”将卫星送入同步轨道3。卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时（即不包括“点火”过程），下面的判断正确的是（ ） A. 卫星轨道3上运行时的速率大于在轨道1上运行时的速率 B