《2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 4.6人造衛(wèi)星 宇宙航行學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 4.6人造衛(wèi)星 宇宙航行學(xué)案（7頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 6 課時人造衛(wèi)星宇宙航行 基礎(chǔ)知識歸納1.三種宇宙速度(1)第一宇宙速度(環(huán)繞速度)v17.9km/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)v211.2 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)v316.7 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(yùn)動模型人造地球衛(wèi)星(1)處理方法：將衛(wèi)星的運(yùn)動視做勻速圓周運(yùn)動.(2)動力學(xué)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：Grma(4)重力加速度與向心加速度(不含隨地球表面自轉(zhuǎn)的向心加速度)的關(guān)系：因GF萬F向，故

2、ga向argrg(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)星近地衛(wèi)星：沿半徑約為地球半徑的軌道運(yùn)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.同步衛(wèi)星：運(yùn)行時相對地面靜止，T24 h.同步衛(wèi)星只有一條運(yùn)行軌道，它一定位于赤道正上方，且距離地面高度h3.6104 km，運(yùn)行時的速率v3.1 km/s.(6)衛(wèi)星系統(tǒng)中的超重和失重衛(wèi)星進(jìn)入軌道前的加速過程，衛(wèi)星內(nèi)的物體處于超重狀態(tài).衛(wèi)星進(jìn)入圓形軌道正常運(yùn)行時，衛(wèi)星內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài).在回收衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星內(nèi)的物體處于失重狀態(tài).重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、同步衛(wèi)星問題同步衛(wèi)星是指運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等的地球

3、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?qū)λ娜f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(yùn)動.這樣，同步衛(wèi)星在環(huán)繞地球運(yùn)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(zhuǎn)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、能量問題及變軌道問題只在萬有引力作用下衛(wèi)星繞中心天體轉(zhuǎn)動，機(jī)械能守恒.這里的機(jī)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(yuǎn)時速度小.如果存在阻力或開動發(fā)動

4、機(jī)等情況，機(jī)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(yùn)動，然后經(jīng)再次啟動發(fā)動機(jī)使衛(wèi)星改在橢圓軌道上運(yùn)動，最后定點(diǎn)在一定高度的圓周軌道上運(yùn)動.三、星球的自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的向心加速度和環(huán)繞運(yùn)行的向心加速度的不同.放在地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度是地球?qū)ξ矬w的引力和地面支持力的合力提供.而環(huán)繞地球運(yùn)行的向心加速度完全由地球?qū)ζ涞囊μ峁?對應(yīng)的計(jì)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R6.4106 m，地球質(zhì)量M6.01024 kg，地面附近的重力加速度g9.8 m/s2，第一宇宙速度v1

5、7.9103 km/s.若發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，使它在赤道上空運(yùn)轉(zhuǎn)，其高度和速度應(yīng)為多大？【解析】設(shè)同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，離地高度為h，速度為v，周期為T(等于地球自轉(zhuǎn)周期).解法一：G(Rh)解得hR3.56107 mv3.1103 km/s解法二：若認(rèn)為同步衛(wèi)星在地面上的重力等于地球的萬有引力，有mgGG (Rh)聯(lián)立方程解得hR3.56107 m解法三：根據(jù)第一宇宙速度v1，有GG(Rh)解得hR3.56107 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(yīng)替換.【拓展1】我國發(fā)射的“神舟”五號載人宇宙飛

6、船的周期約為90 min，如果把它繞地球的運(yùn)動看做是勻速圓周運(yùn)動，飛船的運(yùn)動和人造地球同步衛(wèi)星的運(yùn)動相比，假設(shè)它們質(zhì)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(yùn)轉(zhuǎn)周期為24 h，飛船的周期約為90 min.由F向M1T (設(shè)地球質(zhì)量為M2)那么T2G、M都一定，那么T就和R有關(guān)，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，Ekmv2可見軌道半徑小的，線速度大，動能大

7、.2.衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律的應(yīng)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(jīng)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(yùn)行的軌道是一個橢圓.橢圓的一個焦點(diǎn)是地球的球心，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(diǎn)沿箭頭方向運(yùn)行到B點(diǎn)的過程中，以下說法正確的是()飛船的速度逐漸增大 飛船的速度逐漸減小飛船的機(jī)械能EAEB 飛船的機(jī)械能EAF3 B.a1a2ga3 C.v1v2vv3 D.132【解析】放在地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度是地球?qū)ξ矬w的引力和地面支持力的合力提供.而環(huán)繞地球運(yùn)行的向心加速度完全由地球?qū)ζ涞囊μ峁?對

8、應(yīng)的計(jì)算方法也不同.設(shè)地球自轉(zhuǎn)的角速度為，R為地球的半徑，物體在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)和地球同步衛(wèi)星相比角速度13線速度v1Rv3(Rh)向心力F1mR2F3m(Rh)2向心加速度a12R3因?yàn)関，所以v2v3因?yàn)镕G，所以F2F3因?yàn)閍，所以a2a3 易錯門診【例4】右圖是“嫦娥一號奔月”示意圖，衛(wèi)星發(fā)射后通過自帶的小型火箭多次變軌，進(jìn)入地月轉(zhuǎn)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(dá)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(zhì)量有關(guān)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(jìn)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(yùn)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(zhì)量m會約掉，所以衛(wèi)星的周期與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān)；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?qū)πl(wèi)星的吸引力大于地球?qū)πl(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(yùn)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.