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
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專練07 人造地球衛(wèi)星 重難點(diǎn)1 對三個宇宙速度的理解 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)動所具有的速度,也是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,v=7.9 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)動的人造行星或繞其他行星運(yùn)動的人造衛(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M=5.981024 kg,近地衛(wèi)星的軌道半徑等于地球半徑R=6.4106 m,重力加速度g=9.8 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:。 【典例精析】某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體,經(jīng)時間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。 【典例分析】(1)物體做豎直上拋運(yùn)動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)動的線速度即為該星球的第一宇宙速度。 【參考答案】 【精準(zhǔn)解析】根據(jù)勻變速運(yùn)動的規(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)動的向心力,則,該星球表面的第一宇宙速度為。 【規(guī)律總結(jié)】天體環(huán)繞速度的計算方法 對于任何天體,計算其環(huán)繞速度時,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算。 (1)如果知道天體的質(zhì)量和半徑,可直接列式計算。 (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v1=7.9 km/s,第二宇宙速度v2=11.2 km/s,則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時的速度大于等于v1,小于v2 B.美國發(fā)射的鳳凰號火星探測衛(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)動的最大運(yùn)行速度 【答案】CD 2.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)動的速率約為 A.3.5 km/s B.5.0 km/s C.17.7 km/s D.35.2 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,因為地球的第一宇宙速度為v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)動的速率v火≈3.5 km/s,選項A正確,選項B、C、D均錯誤。 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焦點(diǎn)上。 (2)圓軌道:衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動,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。 (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,稱為赤道軌道;當(dāng)軌道平面與赤道平面垂直時,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:相對于地面靜止的衛(wèi)星,又叫靜止衛(wèi)星。 (2)六個“一定”。 ①同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致。 ②同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,T=24 h。 ③同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。 ④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。 ⑤同步衛(wèi)星的高度固定不變。 由知。由于T一定,故r一定,而r=R+h,h為同步衛(wèi)星離地面的高度,。又因GM=gR2,代入數(shù)據(jù)T=24 h=86 400 s,g取9.8 m/s2,R=6.38106 m,得h=3.6104 km。 ⑥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。 【典例精析】(多選)原計劃的“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個電子圍繞原子核運(yùn)動一樣,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。 【參考答案】BD 【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B正確,選項A、C錯誤?!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、c C.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】BD 2.同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(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A、B均錯誤;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C錯誤,選項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)動時,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,若速度v突然減小,則,衛(wèi)星將做近心運(yùn)動,軌跡為橢圓;若速度v突然增大,則,衛(wèi)星將做離心運(yùn)動,軌跡變?yōu)闄E圓,此時可用開普勒第三定律分析其運(yùn)動。 (2)衛(wèi)星到達(dá)橢圓軌道與圓軌道的切點(diǎn)時,衛(wèi)星受到的萬有引力相同,所以加速度也相同。 【典例精析】如圖所示,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,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)時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時的加速度 D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度 【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,由遠(yuǎn)地點(diǎn)出發(fā),衛(wèi)星將做向心運(yùn)動。 【參考答案】D 【精準(zhǔn)解析】由得,,,由于r1- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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