第第5 5節(jié)天體運動與人造衛(wèi)星節(jié)天體運動與人造衛(wèi)星-2-基礎夯實自我診斷一、宇宙速度1.環(huán)繞速度(1)第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度,其數值為7.9 km/s。 (2)第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動時具有的速度。 (3)第一宇宙速度是人造衛(wèi)星最小的發(fā)射速度,也是人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度。 2.第二宇宙速度(脫離速度)使物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度,其數值為11.2 km/s。 3.第三宇宙速度(逃逸速度)使物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度,其數值為16.7 km/s。 -3-基礎夯實自我診斷二、地球衛(wèi)星1.衛(wèi)星的軌道(1)赤道軌道:衛(wèi)星的軌道在赤道平面內,同步衛(wèi)星就是其中的一種。(2)極地軌道:衛(wèi)星的軌道過南北兩極,即在垂直于赤道的平面內,如極地氣象衛(wèi)星。(3)其他軌道:除以上兩種軌道外的衛(wèi)星軌道。所有衛(wèi)星的軌道平面一定通過地球的球心。-4-基礎夯實自我診斷2.地球同步衛(wèi)星相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。同步衛(wèi)星有以下特點(1)軌道平面一定:軌道平面與赤道平面共面。 (2)周期一定:與地球自轉周期相同,即T=24 h。 (3)角速度一定:與地球自轉的角速度相同。 (5)繞行方向一定:與地球自轉的方向一致。 -5-基礎夯實自我診斷3.極地衛(wèi)星和近地衛(wèi)星(1)極地衛(wèi)星運行時每圈都經過南北兩極,由于地球自轉,極地衛(wèi)星可以實現全球覆蓋。 (2)近地衛(wèi)星是在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星,其運行的軌道半徑可近似認為等于地球的半徑,其運行線速度約為7.9 km/s。 -6-基礎夯實自我診斷請判斷下列表述是否正確,對不正確的表述,請說明原因。1.地球同步衛(wèi)星可以定點于北京正上方。2.若物體的發(fā)射速度大于第二宇宙速度,小于第三宇宙速度,則物體可以繞太陽運行。提示錯。地球同步衛(wèi)星軌道必須與赤道平面重合。提示對。 -7-基礎夯實自我診斷1.(2016天津河東區(qū)模擬)兩個繞地球做勻速圓周運動的人造地球衛(wèi)星,軌道如圖所示,下列判斷正確的是()A.兩衛(wèi)星的角速度關系有aabC.兩衛(wèi)星的線速度關系有vavbD.兩衛(wèi)星的周期關系有Tav2,T1T2B.v1v2,T1T2C.v1T2D.v1v2,T1T2 答案解析解析關閉 答案解析關閉-10-基礎夯實自我診斷4.(多選)有一宇宙飛船到了某行星上(該行星沒有自轉運動),以速度v接近行星赤道表面勻速飛行,測出其運動的周期為T,已知引力常量為G,則可得() 答案解析解析關閉 答案解析關閉-11-考點一考點二考點三考點一考點一 宇宙速度的理解與應用宇宙速度的理解與應用(自主悟透自主悟透)1.第一宇宙速度的推導第一宇宙速度是發(fā)射地球人造衛(wèi)星的最小速度,也是地球人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度,此時它的運行周期最短,Tmin=2 =5 079 s85 min。-12-考點一考點二考點三2.宇宙速度與運動軌跡的關系(1)v發(fā)=7.9 km/s時,衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動。(2)7.9 km/sv發(fā)11.2 km/s,衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓。(3)11.2 km/sv發(fā)vAvCB.ABCC.FAFBFCD.TA=TCTB 答案解析解析關閉 答案解析關閉-23-考點一考點二考點三方法歸納人造衛(wèi)星問題的解題技巧1.衛(wèi)星向心加速度的不同表述形式2.解決力與運動的關系,還是要用動力學的思想,解決的橋梁是牛頓第二定律。(1)衛(wèi)星的an、v、T是相互聯系的,其中一個量發(fā)生變化,其他各量也隨之發(fā)生變化。(2)an、v、T均與衛(wèi)星的質量無關,只由軌道半徑r和中心天體質量共同決定。-24-考點一考點二考點三3.衛(wèi)星運動中的機械能(1)只在萬有引力作用下,衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運動和沿橢圓軌道運動,機械能均守恒,這里的機械能包括衛(wèi)星的動能和衛(wèi)星(與中心天體)的重力勢能。(2)質量相同的衛(wèi)星,圓軌道半徑越大,動能越小,勢能越大,機械能越大。-25-考點一考點二考點三突破訓練突破訓練3.(多選)(2016湖北襄陽模擬)最近我國連續(xù)發(fā)射了多顆北斗導航定位衛(wèi)星,使我國的導航定位精度不斷提高。北斗導航衛(wèi)星有一種是地球同步軌道,假設其離地高度為h,地球半徑為R,地面附近重力加速度為g,則有()A.該衛(wèi)星運行周期為24 h 答案解析解析關閉 答案解析關閉-26-考點一考點二考點三4.(2016寧夏銀川一模)如圖所示,A為地球赤道上的物體,B為地球同步衛(wèi)星,C為地球表面上北緯60的物體。已知A、B的質量相同。則下列關于A、B和C三個物體的說法中,正確的是()A.A物體受到的萬有引力小于B物體受到的萬有引力B.B物體的向心加速度小于A物體的向心加速度C.A、B兩物體的軌道半徑的三次方與周期的二次方的比值相同D.A和B線速度的比值比C和B線速度的比值大,且都小于1 答案解析解析關閉 答案解析關閉-27-考點一考點二考點三考點三考點三 衛(wèi)星的變軌與追及衛(wèi)星的變軌與追及(多維探究多維探究)1.衛(wèi)星發(fā)射及變軌過程概述人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經過多次變軌方可到達預定軌道。如圖所示,發(fā)射衛(wèi)星的過程大致有以下幾個步驟:(1)為了節(jié)省能量,在赤道上順著地球自轉方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道上。(2)在A處點火加速,由于速度變大,進入橢圓軌道。(3)在B處(遠地點)再次點火加速進入圓形軌道。-28-考點一考點二考點三2.衛(wèi)星變軌的實質 -29-考點一考點二考點三考向1衛(wèi)星的變軌問題例4(多選)(2016北京海淀區(qū)期中)某載人飛船運行的軌道示意圖如圖所示,飛船先沿橢圓軌道1運行,近地點為Q,遠地點為P。當飛船經過點P時點火加速,使飛船由橢圓軌道1轉移到圓軌道2上運行,在圓軌道2上飛船運行周期約為90 min。關于飛船的運行過程,下列說法中正確的是()-30-考點一考點二考點三A.飛船在軌道1和軌道2上運動時的機械能相等B.飛船在軌道1上運行經過P點的速度小于經過Q點的速度C.軌道2的半徑小于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑D.飛船在軌道1上運行經過P點的加速度等于在軌道2上運行經過P點的加速度 答案解析解析關閉 答案解析關閉-31-考點一考點二考點三思維點撥(1)根據功能關系比較機械能大小;(2)根據開普勒第二定律比較vP,vQ;(3)根據周期關系比較軌道半徑;(4)根據牛頓第二定律比較加速度。-32-考點一考點二考點三考向2衛(wèi)星的追及問題例5(2017河北石家莊模擬)如圖所示,有A、B兩顆衛(wèi)星繞地心O做圓周運動,旋轉方向相同。A衛(wèi)星的周期為T1,B衛(wèi)星的周期為T2,在某一時刻兩衛(wèi)星相距最近,則(引力常量為G)()A.兩衛(wèi)星經過時間t=T1+T2再次相距最近B.兩顆衛(wèi)星的軌道半徑之比為C.若已知兩顆衛(wèi)星相距最近時的距離,可求出地球的密度D.若已知兩顆衛(wèi)星相距最近時的距離,可求出地球表面的重力加速度 答案解析解析關閉 答案解析關閉-33-考點一考點二考點三規(guī)律總結1.變軌的兩種情況2.相關物理量的比較-34-考點一考點二考點三(1)兩個不同軌道的“切點”處線速度v不相等,圖中vvB,vAv。(2)同一個橢圓軌道上近地點和遠地點線速度大小不相等,從遠地點到近地點萬有引力對衛(wèi)星做正功,動能增大(引力勢能減小),圖中vAvB,EkAEkB,EpAv。3.衛(wèi)星的對接載人飛船與空間實驗室的對接實際上就是兩個做勻速圓周運動的物體追趕問題,本質仍然是衛(wèi)星的變軌運行問題。-35-考點一考點二考點三突破訓練突破訓練5.(2017四川自貢模擬)馬航客機失聯后,西安衛(wèi)星測控中心緊急調動海洋、風云、高分、遙感4個型號近10顆衛(wèi)星,為地面搜救提供技術支持。特別是高分一號突破了空間分辨率、多光譜與大覆蓋面積相結合的大量關鍵技術。如圖為高分一號與北斗導航系統兩顆衛(wèi)星在空中某一面內運動的示意圖?！氨倍贰毕到y中兩顆衛(wèi)星G1和G3的軌道半徑均為r,某時刻兩顆工作衛(wèi)星分別位于軌道上的A、B兩位置,高分一號在C位置,若衛(wèi)星均順時針運行,地球表面處的重力加速度為g,地球半徑為R,不計衛(wèi)星間的相互作用力。則以下說法正確的是()-36-考點一考點二考點三C.如果調動高分一號衛(wèi)星到達衛(wèi)星G3所在的軌道,必須對其減速D.高分一號是低軌道衛(wèi)星,其所在高度有稀薄氣體,運行一段時間后,高度會降低,速度增大,機械能會減小 答案解析解析關閉 答案解析關閉