《2020屆高考物理一輪復習 4.6人造衛(wèi)星 宇宙航行學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2020屆高考物理一輪復習 4.6人造衛(wèi)星 宇宙航行學案（7頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第 6 課時　人造衛(wèi)星　宇宙航行 基礎知識歸納 1.三種宇宙速度 (1)第一宇宙速度(環(huán)繞速度)v1＝　7.9　km/s，人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，人造衛(wèi)星的　最大　環(huán)繞速度； (2)第二宇宙速度(脫離速度)v2＝11.2 km/s，使物體掙脫地球引力束縛的　最小　發(fā)射速度； (3)第三宇宙速度(逃逸速度)v3＝16.7 km/s，使物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度. 2.天體運動模型——人造地球衛(wèi)星 (1)處理方法：將衛(wèi)星的運動視做　勻速　圓周運動. (2)動力學特征：由　萬有引力　提供向心力，且軌道平面的圓心必與地球的地心重合. (3)基本規(guī)律：Gr＝ma (4)

2、重力加速度與向心加速度(不含隨地球表面自轉的向心加速度)的關系： ①因G≈F萬＝F向，故g＝＝a向 ②ar＝gr＝g(R為地球半徑，r為軌道半徑，g為地球表面的重力加速度) (5)兩種特殊衛(wèi)星 ①近地衛(wèi)星：沿半徑約為　地球半徑　的軌道運行的地球衛(wèi)星，其發(fā)射速度與環(huán)繞速度相等，均等于第一宇宙速度. ②同步衛(wèi)星：運行時相對地面靜止，T＝24 h.同步衛(wèi)星只有一條運行軌道，它一定位于赤道　正上方　，且距離地面高度h≈3.6×104 km，運行時的速率v≈3.1 km/s. (6)衛(wèi)星系統(tǒng)中的超重和失重 ①衛(wèi)星進入軌道前的加速過程，衛(wèi)星內的物體處于　超重　狀態(tài). ②衛(wèi)星進入圓形軌道正常

3、運行時，衛(wèi)星內的物體處于　完全失重　狀態(tài). ③在回收衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星內的物體處于　失重　狀態(tài). 重點難點突破 一、同步衛(wèi)星問題 同步衛(wèi)星是指運行周期與地球自轉周期相等的地球衛(wèi)星.這里所說的“靜止”是相對地球靜止.同步衛(wèi)星只能處于赤道平面上.如圖所示，若同步衛(wèi)星位于赤道平面的上方或下方，則地球對它的萬有引力Fa或Fb的一個分力Fa1或Fb1是它環(huán)繞地球的向心力，另一個分力Fa2或Fb2將使衛(wèi)星向赤道平面運動.這樣，同步衛(wèi)星在環(huán)繞地球運動的同時，將會在赤道附近振動，從而衛(wèi)星與地球不能同步.因此同步衛(wèi)星的周期等于地球自轉的周期，是一定的，所以同步衛(wèi)星離地面的高度也是一定的. 二、能量問題

4、及變軌道問題 只在萬有引力作用下衛(wèi)星繞中心天體轉動，機械能守恒.這里的機械能包括衛(wèi)星的動能、衛(wèi)星(與中心天體)的引力勢能.離中心星體近時速度大，離中心星體遠時速度小. 如果存在阻力或開動發(fā)動機等情況，機械能將發(fā)生變化，引起衛(wèi)星變軌問題. 發(fā)射人造衛(wèi)星時，先將人造衛(wèi)星發(fā)射至近地的圓周軌道上運動，然后經再次啟動發(fā)動機使衛(wèi)星改在橢圓軌道上運動，最后定點在一定高度的圓周軌道上運動. 三、星球的自轉問題 根據(jù)萬有引力定律與牛頓定律，我們可以區(qū)分隨地球自轉的向心加速度和環(huán)繞運行的向心加速度的不同.放在地面上的物體隨地球自轉的向心加速度是地球對物體的引力和地面支持力的合力提供.而環(huán)繞地球運行的向心

5、加速度完全由地球對其的引力提供.對應的計算方法也不同. 典例精析 1.同步衛(wèi)星問題 【例1】已知地球半徑R＝6.4×106 m，地球質量M＝6.0×1024 kg，地面附近的重力加速度g＝9.8 m/s2，第一宇宙速度v1＝7.9×103 km/s.若發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，使它在赤道上空運轉，其高度和速度應為多大？ 【解析】設同步衛(wèi)星的質量為m，離地高度為h，速度為v，周期為T(等于地球自轉周期). 解法一：G(R＋h) 解得h＝－R＝3.56×107 m v＝＝3.1×103 km/s 解法二：若認為同步衛(wèi)星在地面上的重力等于地球的萬有引力，有mg＝G G (R＋h) 聯(lián)

6、立方程解得h＝－R＝3.56×107 m 解法三：根據(jù)第一宇宙速度v1，有G＝ G(R＋h) 解得h＝－R＝3.56×107 m 【思維提升】根據(jù)萬有引力提供向心力列式求解，是解決此類問題的基本思路.在本題中又可以用地面重力加速度、第一宇宙速度這些已知量做相應替換. 【拓展1】我國發(fā)射的“神舟”五號載人宇宙飛船的周期約為90 min，如果把它繞地球的運動看做是勻速圓周運動，飛船的運動和人造地球同步衛(wèi)星的運動相比，假設它們質量相等，下列判斷正確的是( AD ) A.飛船受到的向心力大于同步衛(wèi)星受到的向心力 B.飛船的動能小于同步衛(wèi)星的動能 C.飛船的軌道半徑大于同步衛(wèi)星的軌道半徑

7、 D.發(fā)射飛船過程需要的能量小于發(fā)射同步衛(wèi)星過程需要的能量 【解析】同步衛(wèi)星的運轉周期為24 h，飛船的周期約為90 min.由F向＝M1 T＝ (設地球質量為M2) 那么T2＝ G、M都一定，那么T就和R有關，T相對大的，R相對大，那么同步衛(wèi)星的R大.由 F向＝ 那么R越大F向越小. 根據(jù)萬有引力定律G＝得 v＝，Ek＝mv2＝ 可見軌道半徑小的，線速度大，動能大. 2.衛(wèi)星運行規(guī)律的應用 【例2】2020年10月15日，我國成功地發(fā)射了“神舟”五號載人飛船，經過21小時的太空飛行，返回艙于次日安全返回.已知飛船在太空中運行的軌道是一個橢圓.橢圓的一個焦點是地球的

8、球心，如圖所示.飛船在飛行中是無動力飛行，只受地球引力作用，在飛船從軌道A點沿箭頭方向運行到B點的過程中，以下說法正確的是(　　)　　　　　　　　　　 ①飛船的速度逐漸增大 ②飛船的速度逐漸減小 ③飛船的機械能EA＝EB ④飛船的機械能EA

9、的.故選B. 【答案】B 【思維提升】把握衛(wèi)星運動的特點是解決此題的關鍵. 【拓展2】(2020?北京) 已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，不考慮地球自轉的影響. (1)推導第一宇宙速度v1的表達式； (2)若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，運行軌道距離地面的高度為h，求衛(wèi)星的運行周期T. 【解析】(1)設衛(wèi)星的質量為m，地球的質量為M， 地球表面附近滿足G＝mg，解得GM＝R2g ① 衛(wèi)星做圓周運動的向心力等于它受到的萬有引力 m＝G ② ①式代入②式，得到v1＝ (2)考慮①式，衛(wèi)星受到的萬有引力為 F＝G ③ 由牛頓第二定律

10、F＝(R＋h) ④ ③④式聯(lián)立解得T＝ 3.天體表面和天體上空兩種運動的比較 【例3】同步衛(wèi)星距地心間距為r，運行速率為v1，加速度為a1.地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2，地球半徑為R.第一宇宙速度為v2，則下列比值正確的是(　　) A. B. C. D. 【解析】設地球的質量為M，同步衛(wèi)星的質量為m1，地球赤道上的物體的質量為m2，根據(jù)向心加速度和角速度的關系，有：a1＝r，a2＝R，因ω1＝ω2故，則選A正確.由萬有引力定律有G，G，故，則C選項正確. 【答案】AC 【思維提升】本題的關鍵是明確二個運動及關系式的選擇.實

11、際上是在地面上的圓周運動和空中的圓周運動兩個運動模型. 【拓展3】地球赤道上有一物體隨地球自轉而做圓周運動，所受到的向心力為F1，向心加速度為a1，線速度為v1，角速度為ω1；繞地球表面附近做圓周運動的人造衛(wèi)星(高度忽略)所受到的向心力為F2，向心加速度為a2，線速度為v2，角速度為ω2；地球同步衛(wèi)星所受到的向心力為F3，向心加速度為a3，線速度為v3，角速度為ω3；地球表面的重力加速度為g，第一宇宙速度為v，假設三者質量相等，則( D ) A.F1＝F2>F3 B.a1＝a2＝g>a3 C.v1＝v2＝v>v3 D.ω1＝ω3<ω2 【解析】放在

12、地面上的物體隨地球自轉的向心加速度是地球對物體的引力和地面支持力的合力提供.而環(huán)繞地球運行的向心加速度完全由地球對其的引力提供.對應的計算方法也不同. 設地球自轉的角速度為ω，R為地球的半徑，物體在赤道上隨地球自轉和地球同步衛(wèi)星相比 角速度ω1＝ω＝ω3 線速度v1＝Rωω3 因為v∝，所以v2>v3 因為F＝G，所以F2>F3 因為a＝，所以a2>a3 易錯門診 【例4】右圖是“嫦娥

13、一號奔月”示意圖，衛(wèi)星發(fā)射后通過自帶的小型火箭多次變軌，進入地月轉移軌道，最終被月球引力捕獲，成為繞月衛(wèi)星，并開展對月球的探測，下列說法正確的是(　　) A.發(fā)射“嫦娥一號”的速度必須達到第三宇宙速度 B.在繞月圓軌道上，衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質量有關 C.衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比 D.在繞月圓軌道上，衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力 【錯解】AC 【錯因】沒有清楚第三宇宙速度的含義. 【正解】第三宇宙速度是指衛(wèi)星脫離太陽的吸引，進入太空的最小速度；在繞月軌道上，由萬有引力定律和牛頓運動定律得，衛(wèi)星受到月球的萬有引力與它到月球球心的距離的平方成反比，衛(wèi)星質量m會約掉，所以衛(wèi)星的周期與衛(wèi)星的質量無關；在繞月軌道上，衛(wèi)星的加速度指向月球球心，由牛頓第二定律知月球對衛(wèi)星的吸引力大于地球對衛(wèi)星的吸引力.故只選C. 【答案】C 【思維提升】衛(wèi)星繞地球表面或月球表面，做勻速圓周運動的軌道半徑近似為地球、月球半徑，且都是萬有引力提供向心力.