【物理】2018届一轮复习人教版第4章第5讲人造卫星宇宙速度学案

【物理】2018届一轮复习人教版第4章第5讲人造卫星宇宙速度学案

第5讲　人造卫星　宇宙速度 知识点一　宇宙速度 ‎1.第一宇宙速度 ‎(1)第一宇宙速度又叫　　　　速度，其数值为　　　　km/s.‎ ‎(2)第一宇宙速度是人造卫星在　　　　附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度.‎ ‎(3)第一宇宙速度是人造卫星的最小　　　　速度，也是人造卫星的最大　　　　速度.‎ ‎2.第二宇宙速度 使物体挣脱　　　　引力束缚的最小发射速度，其数值为　　　　km/s.‎ ‎3.第三宇宙速度 使物体挣脱　　　　引力束缚的最小发射速度，其数值为　　　　km/s.‎ 答案：1.(1)环绕　7.9　(2)地面　(3)发射　环绕 ‎2.地球　11.2　3.太阳　16.7‎ 知识点二　地球卫星 ‎1.地球同步卫星 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星.同步卫星有以下“七个一定”的特点：‎ ‎①轨道平面一定：轨道平面与　　　　　　共面.‎ ‎②周期一定：与地球自转周期　　　　，即T＝　　　　.‎ ‎③角速度一定：与地球自转的角速度　　　　.‎ ‎④高度一定：由G＝m(R＋h)得地球同步卫星离地面的高度h＝　　　　　　　　＝3.6×107 m.‎ ‎⑤速率一定：v＝　　　　　　＝3.1×103 m/s.‎ ‎⑥向心加速度一定：由G＝ma得a＝　　　　＝gh＝0.23 m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度.‎ ‎⑦绕行方向一定：运行方向与地球自转方向　　　　.‎ ‎2.极地卫星和近地卫星 ‎(1)极地卫星运行时每圈都经过　　　　，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖.‎ ‎(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于　　　　　，其运行线速度约为　　　　km/s.‎ ‎(3)两种卫星的轨道平面一定通过　　　　　　.‎ 答案：1.赤道平面　相同　24h　相同　－R　　　一致　2.(1)南北两极 ‎(2)地球的半径　7.9　(3)地球的球心 ‎(1)第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度.(　　)‎ ‎(2)第一宇宙速度的大小与地球质量有关.(　　)‎ ‎(3)月球的第一宇宙速度也是‎7.9 km/s.(　　)‎ ‎(4)若物体的速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体可绕太阳运行.(　　)‎ ‎(5)同步卫星可以定点在北京市的正上方.(　　)‎ ‎(6)不同的同步卫星的质量不同，但离地面的高度是相同的.(　　)‎ ‎(7)地球同步卫星的运行速度一定小于地球的第一宇宙速度.(　　)‎ 答案：(1) 　(2)√　(3) 　(4)√　(5)  ‎(6)√　(7)√‎ 考点　宇宙速度的理解与计算 ‎1.第一宇宙速度的推导 方法一：由G＝m得 v1＝＝ m/s＝7.9×‎103 m/s.‎ 方法二：由mg＝m得 v1＝＝ m/s＝7.9×‎103 m/s.‎ 第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin＝2π＝5 075 s≈85 min.‎ ‎2.宇宙速度与运动轨迹的关系 ‎(1)v发＝‎7.9 km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动.‎ ‎(2)‎7.9 km/sTB　 B.EkA>EkB C.SA＝SB　 D.＝ ‎[解析]　卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，即G＝m＝mR2，得v＝，T＝2π，由于RA>RB可知，TA>TB，vAm，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v＝可知其运行速度比原轨道时增大.‎ ‎2.卫星轨道的突变 由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其进入预定的轨道.如图所示，发射同步卫星时，可以分多过程完成：‎ ‎(1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ；‎ ‎(2)使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1，变轨时在P点点火加速，短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ.‎ ‎(3)在Q点再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ，最后以速率v4绕地球做匀速圆周运动.‎ 考向1　卫星轨道渐变时各物理量的变化 ‎[典例5]　(多选)‎2012年6月18日，“神舟九号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在离地面‎343 km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接.对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气.下列说法正确的是(　　)‎ A.为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B.如不加干预，在运行一段时间后，“天宫一号”的动能可能会增加 C.如不加干预，“天宫一号”的轨道高度将缓慢降低 D.航天员在“天宫一号”中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用 ‎[解析]　可认为目标飞行器是在圆形轨道上做匀速圆周运动，由v＝知轨道半径越大时运行速度越小.第一宇宙速度为当r 等于地球半径时的运行速度，即最大的运行速度，故目标飞行器的运行速度应小于第一宇宙速度，A错误；如不加干预，稀薄大气对“天宫一号”的阻力做负功，使其机械能减小，引起高度的下降，从而地球引力又对其做正功，当地球引力所做正功大于空气阻力所做负功时，“天宫一号”的动能就会增加，故B、C皆正确；航天员处于完全失重状态的原因是地球对航天员的万有引力全部用来提供使航天员随“天宫一号”绕地球运行的向心力了，而非航天员不受地球引力作用，故D错误.‎ ‎[答案]　BC 考向2　卫星轨道突变时各物理量的比较 ‎[典例6]　(多选)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，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，轨道1和2相切于Q点，轨道2和3相切于P点，设卫星在轨道1和轨道3正常运行的速度和加速度分别为v1、v3和a1、a3，在轨道2经过P点时的速度和加速度为v2和a2，且当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时周期分别为T1、T2、T3，以下说法正确的是(　　)‎ A.v1＞v2>v3 B.v1＞v3>v2‎ C.a1＞a2＞a3 D.T1a3，在轨道2经过P点时的加速度a2＝a3，选项C错误.根据开普勒第三定律，卫星在轨道1、2、3上正常运行时周期T1

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