高一物理万有引力的应用——宇宙航行人教实验版知识精讲.docVIP

高一物理万有引力的应用——宇宙航行人教实验版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 万有引力的应用——宇宙航行 知识要点： 1. 掌握人造地球卫星的处理方法,会求轨道半径、角速度、线速度、周期。 2. 掌握第一、 5. 对于天体的发射与回收过程，不能简单的视为匀速圆周运动。 6. 在天体运动过程中，凡是工作条件与重力有决定关系的仪器一律不能再使用。 一、宇宙速度 1. 宇宙速度 （1）第一宇宙速度也叫环绕速度 ①数值：v1=7.9km／s ②意义：是地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星在近地轨道上运动时的速度。是地球卫星的最大环绕速度。 （2）第二宇宙速度也叫脱离速度 ①数值：11.2km／s ②意义：物体脱离地球引力束缚所必需的最小发射速度。 （3）第三宇宙速度也叫逃逸速度 ①数值：16.7km／s ②意义：物体脱离太阳引力的束缚，跑到太阳系以外的空间。 二、人造地球卫星 （一）处理人造地球卫星的方法 1. 卫星围绕地球的运动可简化为绕地球做匀速圆周运动，卫星所需向心力是由地球的万有引力提供，因为引力的方向指向地心故卫星轨道的圆心一定是在地球的球心。 2. 处理人造卫星的方法 设地球质量为M，绕地球做匀速圆周运动的卫星的质量为m，卫星（可视为质点）到地心的距离为r，则地球对卫星的引力F引= 设卫星的线速度大小为v，则卫星所需的向心力为Fn= 由牛顿第二定律得 F引=Fn 即 = 可得出 v= （二）人造地球卫星的绕行速度、角速度、周期与半径r的关系 F＝=可得出 v = F＝ ＝ 可得出 ω= F＝＝可得出 T= 注意：由于M地是定值， G是常数，所以r增大，其线速度将减小，角速度将减小，周期将增大。 当r一定时，v 、ω、T随之确定 （三）地球同步卫星 1. 特点 A. 地球同步卫星只能定点在赤道上空。 B. 同步卫星与地球自转具有相同的角速度和周期。 C. 地球同步卫星相对地面静止。 D. 同步卫星的高度是一定的。 2. 用途 地球同步卫星主要用于通信等方面。 （四）人造卫星的轨道 1. 人造地球卫星的轨道一般有三种：赤道轨道，极地轨道，一般轨道。共同特点是轨道中心必须和地心重合。 2. 没有跟某一经度重合的轨道，也没有跟某一纬度重合的轨道（除赤道平面）。事实上大约三万六千公里高空的赤道轨道上只有和地球自转方向相同的卫星才能称之为同步卫星，如果转向正好与地球自转方向相反，就不能称其为地球同步卫星了。 3. 发射到赤道轨道上的同步卫星为了节省动力，发射场所选地点尽可能靠近赤道，且要借助地球自转的线速度。对于我国要向东南方向发射。 例：发射地球同步卫星时先将卫星发射至近地圆轨道1上，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3，与轨道1相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是 A. 卫星在轨道3的速率大于在轨道1上的速率 B. 卫星在轨道3的角速度小于在轨道1上的角速度 C. 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 D. 卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度 【典型例题】 例1. 可能发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道 A. 与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆 B. 与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面的同心圆 C. 与地球表面上赤道线是共面的同心圆，且卫星相对地球表面是静止的 D. 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地球是运动的 解析：人造地球卫星飞行时，由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，即所有无动力的卫星其轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不能是地轴上（除地心外）的某一点，故A是不对的。 由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经度线所决定的平面共面，所以B也是不对的。 相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千公里，而低于或高于该高度的人造卫星也是可以在赤道平面内运动的，不过由于它们公转的周期和地球自转的周期不相同，就会相对于地面运动。 答案：C、D 例2. 假如一个做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则 A. 根据公式，可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 B. 根据公式可知，卫星所需的向心力将减小到原来的1／2 C. 根据公式可知，地球提供的向心力将减小到原来的1／4 D. 根据上述选项B和C中给出的公式，可知