2018-2019學(xué)年高一物理暑假作業(yè)07 人造地球衛(wèi)星重、難點(diǎn)通關(guān).doc

專練07 人造地球衛(wèi)星重難點(diǎn)1 對(duì)三個(gè)宇宙速度的理解1第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所具有的速度，也是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v7.9 km/s。2第二宇宙速度(脫離速度)：在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運(yùn)動(dòng)的人造行星或繞其他行星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，其大小為11.2 km/s。3第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力作用，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度，其大小為16.7 km/s。4第一宇宙速度的推導(dǎo)：設(shè)地球的質(zhì)量為M5.981024 kg，近地衛(wèi)星的軌道半徑等于地球半徑R6.4106 m，重力加速度g9.8 m/s2。方法一：萬有引力提供向心力，由得：。方法二：重力提供向心力，由得：?！镜淅觥磕橙嗽谝恍乔蛏弦运俾蕍豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t后，物體以速率v落回手中。已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度?！镜淅治觥?1)物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)的加速度等于星球表面的重力加速度。(2)物體在星球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力等于物體所受的重力。(3)物體沿星球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度即為該星球的第一宇宙速度?！緟⒖即鸢浮俊揪珳?zhǔn)解析】根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得，該星球表面的重力加速度為，該星球的第一宇宙速度，即為衛(wèi)星在其表面附近繞它做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，該星球?qū)πl(wèi)星的引力(重力)提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，則，該星球表面的第一宇宙速度為?！疽?guī)律總結(jié)】天體環(huán)繞速度的計(jì)算方法對(duì)于任何天體，計(jì)算其環(huán)繞速度時(shí)，都是根據(jù)萬有引力提供向心力的思路，衛(wèi)星的軌道半徑等于天體的半徑，由牛頓第二定律列式計(jì)算。(1)如果知道天體的質(zhì)量和半徑，可直接列式計(jì)算。(2)如果不知道天體的質(zhì)量和半徑的具體大小，但知道該天體與地球的質(zhì)量、半徑關(guān)系，可分別列出天體與地球環(huán)繞速度的表達(dá)式，用比例法進(jìn)行計(jì)算。1(多選)下列關(guān)于三種宇宙速度的說法中正確的是A第一宇宙速度v17.9 km/s，第二宇宙速度v211.2 km/s，則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度大于等于v1，小于v2B美國發(fā)射的鳳凰號(hào)火星探測(cè)衛(wèi)星，其發(fā)射速度大于第三宇宙速度C第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造小行星的最小發(fā)射速度D第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速度【答案】CD2已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的10倍，地球的半徑約為火星半徑的2倍，則航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速率約為A3.5 km/s B5.0 km/s C17.7 km/s D35.2 km/s【答案】A【解析】根據(jù)題設(shè)條件可知：M地10 M火，R地2R火，由萬有引力提供向心力，可得，即，因?yàn)榈厍虻牡谝挥钪嫠俣葹関地7.9 km/s，所以航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速率v火3.5 km/s，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D均錯(cuò)誤。重難點(diǎn)2 人造地球衛(wèi)星1人造地球衛(wèi)星的軌道(1)橢圓軌道：地心位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。(2)圓軌道：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星所需的向心力由萬有引力提供，由于萬有引力指向地心，所以衛(wèi)星的軌道圓心必然是地心，即衛(wèi)星在以地心為圓心的軌道平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 (3)衛(wèi)星的三種軌道：地球衛(wèi)星的軌道平面可以與赤道平面成任意角度，當(dāng)軌道平面與赤道平面重合時(shí)，稱為赤道軌道；當(dāng)軌道平面與赤道平面垂直時(shí)，即通過極點(diǎn)，稱為極地軌道，如所示。2地球同步衛(wèi)星(1)定義：相對(duì)于地面靜止的衛(wèi)星，又叫靜止衛(wèi)星。(2)六個(gè)“一定”。同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致。同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T24 h。同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方。同步衛(wèi)星的高度固定不變。由知。由于T一定，故r一定，而rRh，h為同步衛(wèi)星離地面的高度，。又因GMgR2，代入數(shù)據(jù)T24 h86 400 s，g取9.8 m/s2，R6.38106 m，得h3.6104 km。同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度大小一定：設(shè)其運(yùn)行速度為v，由于，所以?！镜淅觥?多選)原計(jì)劃的“銥”衛(wèi)星通訊系統(tǒng)是在距地球表面780 km的太空軌道上建立一個(gè)由77顆小衛(wèi)星組成的星座。這些小衛(wèi)星均勻分布在覆蓋全球的7條軌道上，每條軌道上有11顆衛(wèi)星，由于這一方案的衛(wèi)星排布像化學(xué)元素“銥”原子的核外77個(gè)電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)一樣，所以稱為“銥”星系統(tǒng)。后來改為由66顆衛(wèi)星，分布在6條軌道上，每條軌道上由11顆衛(wèi)星組成，仍稱它為“銥”星系統(tǒng)?！般灐毙窍到y(tǒng)的66顆衛(wèi)星，其運(yùn)行軌道的共同特點(diǎn)是A以地軸為中心的圓形軌道B以地心為中心的圓形軌道C軌道平面必須處于赤道平面內(nèi)D“銥”星運(yùn)行軌道遠(yuǎn)低于同步衛(wèi)星軌道【典例分析】熟練掌握同步衛(wèi)星的特點(diǎn)是解決這類問題的關(guān)鍵?！緟⒖即鸢浮緽D【精準(zhǔn)解析】“銥”衛(wèi)星系統(tǒng)作為覆蓋全球的通訊衛(wèi)星系統(tǒng)，在地球引力的作用下，在以地心為中心的圓形軌道上運(yùn)行，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤?！般灐毙l(wèi)星系統(tǒng)距地面的高度為780 km，遠(yuǎn)低于同步衛(wèi)星距地面的高度，選項(xiàng)D正確。1(多選)如圖所示的三顆人造地球衛(wèi)星，則下列說法正確的是A衛(wèi)星可能的軌道為a、b、c B衛(wèi)星可能的軌道為a、cC同步衛(wèi)星可能的軌道為a、c D同步衛(wèi)星可能的軌道為a【答案】BD2同步衛(wèi)星是指相對(duì)于地面不動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，則A它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方，且離地面的高度可按需要選擇不同的值B它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方，但離地面的高度是一定的C它只能在赤道的正上方，但離地面的高度可按需要選擇不同的值D它只能在赤道的正上方，且離地面的高度是一定的 【答案】D【解析】同步衛(wèi)星只能在赤道的正上方，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤；同步衛(wèi)星離地面的高度是一定的，大約為地球半徑的5.6倍，可以粗略記為6倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。3將地球看做質(zhì)量均勻分布的球體，在其上空有許多同步衛(wèi)星，下列說法中正確的是A它們的質(zhì)量可能不同 B它們的角速度可能不同C它們的向心加速度可能不同 D它們離地心的距離可能不同【答案】A重難點(diǎn)3 衛(wèi)星變軌問題衛(wèi)星變軌問題的處理技巧：(1)當(dāng)衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬有引力提供向心力，由，得，由此可見軌道半徑r越大，線速度v越小。當(dāng)由于某原因速度v突然改變時(shí)，若速度v突然減小，則，衛(wèi)星將做近心運(yùn)動(dòng)，軌跡為橢圓；若速度v突然增大，則，衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，軌跡變?yōu)闄E圓，此時(shí)可用開普勒第三定律分析其運(yùn)動(dòng)。(2)衛(wèi)星到達(dá)橢圓軌道與圓軌道的切點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星受到的萬有引力相同，所以加速度也相同?！镜淅觥咳鐖D所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星的過程如下：先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后再次點(diǎn)火進(jìn)入橢圓形的過渡軌道2，最后將衛(wèi)星送入同步軌道3。軌道1、2相切于Q點(diǎn)，2、3相切于P點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確的是A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B衛(wèi)星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度【典例分析】解決衛(wèi)星變軌問題分兩步走：（1）圓軌道上，萬有引力提供向心力；（2）橢圓軌道上，由近地點(diǎn)分析，則衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，由遠(yuǎn)地點(diǎn)出發(fā)，衛(wèi)星將做向心運(yùn)動(dòng)?！緟⒖即鸢浮緿【精準(zhǔn)解析】由得，由于r1<r3，所以v1>v3，1>3，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤；軌道1上的Q點(diǎn)與軌道2上的Q點(diǎn)是同一點(diǎn)，到地心的距離相同，根據(jù)萬有引力定律及牛頓第二定律知，衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度，同理衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。1宇宙飛船正在軌道上運(yùn)行，地面指揮人員發(fā)現(xiàn)某一火箭殘?bào)w的軌道與飛船軌道有一交點(diǎn)，于是通知宇航員，飛船有可能與火箭殘?bào)w相遇。宇航員隨即開動(dòng)飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)使飛船加速，脫離原軌道，最終在新軌道上穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)于飛船在此過程中的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是A飛船的高度降低B飛船的高度升高C飛船的周期變小 D飛船的向心加速度變大【答案】B2如圖所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球E運(yùn)行，在P點(diǎn)變軌后進(jìn)入軌道2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是A不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度都相同B不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行，衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度都相同C衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度D衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相同加速度【答案】B【解析】在P點(diǎn)，沿軌道1運(yùn)行時(shí)，地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的引力大于人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力，即，沿軌道2運(yùn)行時(shí)，地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的引力剛好能提供人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即，故v1v2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在P點(diǎn)，人造衛(wèi)星在軌道1和軌道2運(yùn)行時(shí)，地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的引力相同，由牛頓第二定律可知，人造衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度相同，選項(xiàng)B正確；在軌道1的不同位置，地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星引力大小不同，故加速度也不同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在軌道2上不同位置加速度的大小相等，但方向不同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3我國即將發(fā)射“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室，之后發(fā)射“神舟十一號(hào)”飛船與“天宮二號(hào)”對(duì)接。假設(shè)“天宮二號(hào)”與“神舟十一號(hào)”都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，下列措施可行的是A.使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后飛船加速追上空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接B使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后空間實(shí)驗(yàn)室減速等待飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接C飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接D飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接【答案】C