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1、宇宙航行 一 人造卫星的发射原理二 宇宙速度三 人造卫星的运动规律四 人造卫星的超重和失重五 地球同步卫星 5宇宙航行 一 人造卫星的发射原理 牛顿设想 抛出速度很大时 物体就不会落加地面 设地球质量为M 半径为R 人造地球卫星在圆轨道上运行 质量为m 轨道半径为r 那么 在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算 卫星离地心越远 它运行的速度越慢 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度 叫做第一宇宙速度 近地面的卫星的速度是多少呢 二 宇宙速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 V1 7 9km s 地球 11 2km s v 7 9km s 2 第二宇宙速度
2、 脱离速度 V2 11 2km s V3 16 7km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 人造行星 人造恒星 人造卫星 概念辨析发射速度和运行速度 1 发射速度 是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度 2 运行速度 是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度 r v 近地卫星 其它卫星 宇宙速度均指发射速度 第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度 也是环绕地球运行的最大速度 三 人造卫星的运动规律 可见 v T与r为一一对应关系 练习 求近地卫星的周期 我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢 四 人造卫星的超重和失重 1 发射和回收阶段 发射 加速上升 超重 回收 减速下降 超重 2 沿
3、圆轨道正常运行 只受重力 a g 完全失重 与重力有关的现象全部消失 天平 弹簧秤测重力 液体压强计 五 地球同步卫星 1 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星 它在轨道上跟着地球自转 同步地做匀速圆周运动 它的周期 T 24h 2 所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合 卫星离地面高度为定值 对同步卫星 其r v T g均为定值 练习 求同步卫星离地面高度 地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h 同步卫星 为了卫星之间不互相干扰 大约3 左右才能放置1颗 这样地球的同步卫星只能有120颗 可见 空间位置也是一种资源 同步卫星 近地
4、卫星 月球 近地卫星 同步卫星 月球三者比较 凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程 即 重力 万有引力 向心力 2 两颗人造地球卫星质量之比m1 m2 1 2 轨道半径之比R1 R2 3 1 下列有关数据之比正确的是 A 周期之比T1 T2 3 1B 线速度之比v1 v2 3 1C 向心力之比F1 F2 1 9D 向心加速度之比a1 a2 1 9 例题分析 1 人造地球卫星的轨道半径越大 则 A 速度越小 周期越小B 速度越小 加速度越小C 加速度越小 周期越大D 角速度越小 加速度越大 BC D 1999年5月10日 我国成功地发射了 一箭双星 将 风云1号 气象卫星和 实验5号 科
5、学实验卫星送入离地面870km的轨道 已知地球半径为6400km 这两颗卫星的运动速度约为A 11 2km sB 7 9km sC 7 4km sD 2 1km s C 例题分析 同步卫星 近地卫星 月球 近地卫星 同步卫星 月球三者比较 赤道轨道 极地轨道 倾斜轨道 同步轨道 自转轴 在某星球表面上以v0竖直上抛一物体 经时间t回到抛出点 问在此星球上至少以多大的速度水平抛出该物 才能是该物不再回到星球上 设星球的半径为R 例题分析完全解读P125考题3 竖直上抛 近地运行 抛体运动与万有引力综合 根据观察 在土星外层有一个环 为了判断环是土星的连续物还是小卫星群 可测出环中各层的线速度V与
6、该层到土星中心的距离R之间的关系 下列判断正确的是 A 若V与R成正比 则环为连续物 B 若V2与R成正比 则环为小卫星群 C 若V与R成反比 则环为连续物 D 若V2与R成反比 则环为小卫星群 例题分析完全解读P125考题3 AD 同步卫星离地距离r 运行速率为V1 加速度为a1 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2 第一宇宙速度为V2 地球半径为R 则A B C D 例题分析完全解读P125考题3 AD 用m表示地球通讯卫星 同步卫星 的质量 h表示它离开地面的高度 R0表示地球的半径 g0表示地面处的重力加速度 0表示地球自转的角速度 则通讯卫星所受的地球对它的万有引力的大小为
7、BC 例题分析完全解读P135例4 例题分析完全解读P127考题9 1 求最小密度 2 求第一宇宙速度 白矮星问题 例题分析完全解读P128考题10 黑洞问题 原理 1 光子恰沿黑洞表面做匀速圆周运动 2 第二宇宙速度 真空中光速的天体 某人造卫星由于受到大气的阻力 做轨道逐渐减小的螺旋线运动 设每时刻可以近似看作是一个圆周运动 只是半径逐渐减小 则卫星的速率如何变化 动能如何变化 重力势能如何变化 机械能如何变化 例题分析卫星运动中的能量问题 2 在神六逐渐向地球靠近的过程中 神六的 A 机械能逐渐减小 B 动能逐渐减小 C 运行周期逐渐减小 D 加速度逐渐减小 1 神六在绕地球运行的过程中
8、 由于高空稀薄空气的阻力影响 将很缓慢地逐渐向地球靠近 神六将做类似于 填 离心运动 向心运动 圆周运动 神州六号的相关问题 地球 例题分析完全解读P136第2题 例题分析完全解读P137第20题 准备知识 第一次相距最近 第一次相距最远 卫星追击问题 有一绕地球做匀速圆周运动的人造卫星 其运动方向与地球的自转方向相同 轨道半径为2R R为地球半径 地球自转的角速度为 0 若某时刻卫星经过赤道上某幢楼房的上空 那么卫星再次经过这幢楼房的上空时 需经历的时间为 A B C D 练习卫星的追击问题 A 例题分析完全解读P126考题6 解题思路 求r 求sin 求h 求S 例题分析完全解读P127考
9、题8 日照 解题思路 求T1 求一周内通过光照面的次数n 求s 如图所示 a b c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星 下列说法正确的是 A b c的线速度大小相等 且大于a的线速度 B b c的向心加速度大小相等 且大于a的向心加速度 C c加速可追上同一轨道上的b b减速可等候同一轨道上的c D a卫星由于某原因 轨道半径缓慢减小 其线速度将增大 例题分析 D 例题分析完全解读P124考题1 卫星的变轨问题 点火 改变v大小 改变所需向心力 变轨原理 3 神六变轨 神六飞船入轨后先是在近地点200公里 远地点350公里的椭圆轨道上运行 运行5圈时 然后变轨到距地面343公里的圆形轨道
10、 10月12日15时55分 北京航天飞控中心发出指令 启动神舟六号轨控发动机 从15时54分45秒开始 发动机工作了63秒 飞船的运动已接近圆形 变轨成功了 比较v1 v2 v3的大小 神州六号的相关问题 v1 v2 v2 v3 v1 v3 v1 v3 v2 在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机外表面 有一隔热陶磁片自动脱落 则 A 陶磁片做平抛运动B 陶磁片做自由落体运动C 陶磁片按原轨道做匀速圆周运动D 陶磁片做圆周运动 逐渐落后于航天飞机 C 例题分析完全解读P136第10题 若飞船要与轨道空间站对接 飞船为了追上轨道空间站 A 可以从较低的轨道上加速B 可以从较高的轨道上加速C 可以从与空
11、间站同一轨道上加速D 无论在什么轨道上 只要加速都行 例题分析 A 设想宇航员完成了对火星表面的科学考察任务 乘坐返回舱返回围绕火星做圆周运动的轨道舱 如图所示 为了安全 返回舱与轨道舱对接时 必须具有相同的速度 已知返回舱返回过程中需克服火星的引力做功 返回舱与人的总质量为m 火星表面重力加速度为g 火星的半径为R 轨道舱到火星中心的距离为r 不计火星表面大气对返回舱的阻力和火星自转的影响 则该宇航员乘坐的返回舱至少需要获得多少能量才能返回轨道舱 例题分析 例题分析人造卫星的超失重问题 在火箭的实验平台上放有测试仪器 火箭起动后以g 2的加速度竖直匀加速上升 到某一高度时仪器对平台的压力为起动前对平台压力的17 18 求 此时火箭离地面的高度 已知地球半径为R 地面重力加速度为g 地面时 空中时 小结 一 宇宙速度1 第一宇宙速度 环绕速度 v1 7 9km s2 第二宇宙速度 脱离速度 v2 11 2km s3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 16 7km s二 同步卫星1 周期T 24h2 卫星轨道平面与地球赤道平面重合
