《高考物理一轮复习专题五万有引力与航天考点二人造地球卫星教学案(含解析)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习专题五万有引力与航天考点二人造地球卫星教学案(含解析)（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、考点二人造地球卫星GMRo(if总基础点重难点知识点i宇宙速度基础点i ?第一宇宙速度(环绕速度)(i)第一宇宙速度：人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度,其大小为vi = 7.9 km/s 。(2)第一宇宙速度的求法:GMm v 2-RT = mR所以2mg= mV ,所以Vi=眠(3)第一宇宙速度既是发射卫星的最小遨射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度。2?第二宇宙速度(脱离速度)：使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，其大小为 =11.2 km/s o3?第三宇宙速度(逃逸速度)：使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，其大小为 =16.7 km/s 。知识点2 人
2、造地球卫星1 ?人类发射的绕地球运行的所有航天器均可称为人造地球卫星，它们的轨道平面一定 通过地球球心。2 .极地卫星和近地卫星V2V3(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，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，具运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径。3.地球同步卫星(1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。(2)周期 一定：与地球自转周期相同，即T= 24 h = 86400 s。(3)高度一定：离地面高度h= r R-6尺R为地球半径)。(4)绕行方向一定：与地球自转的方向一致。知识点3时空观1.经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量
3、是不随运动状态的改变而改变的(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中2.相对论时空观是相同的(1)在狭义相对论中，物体的质量是随物体运动速度的增大而增大的，用公式表示为m2）在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是不同3 ?狭义相对论的两条基本假设（i）相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是不同的（2）光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都是不变的重难点一、卫星的运动规律1 ?卫星的轨道特点：一切卫星轨道的圆心与地心重合。因为万有引力提供向心力，故 地心和轨道的圆心重合。类比行星绕太阳的运动规
4、律，同样可得GM 12 ?卫星的动力学特点：卫星绕地球的运动近似看成圆 周运动，万有引力提供向心力，Mm V24n 2Gt Wmr = mto r = mAr = ma 可 推导出：rGMm 丁二 r轨道半径r 一旦确定，a、v、3、T就确定了，与卫星的质量无关。同时可以看出，在a、v、3、T这四个物理量中，只有 T随r增大而增大，其他三个物理量都随r的增大而减小。这一结论在很多定性判断中很有用。3.同步卫星的特点又叫通信卫星。同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,步卫星有以下“七个一定”的特点:(1)轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面。T= 24 hoMm(4)同度
5、一7E：由 G r+ h=rrnz3I T(R+ h)得地球同步卫星离地面的高度h=3 gmT4n 2(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。2R6 R= 3.6 x 10 7 m。周期一定：与地球自转周期相同，即Mm(6)向心加速度一定：由 G2= ma得a=R+ hGM22= gh= 0.23 m/s ,即同步卫星R+ h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一致。特别提醒其他卫星的绕行方向可以不与地球自转方向一致o4?同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较如图所示，用 A代表同步卫星，B代表近地卫星, R代表地球半径，h代表同步卫星离地表的高度。C
6、代表赤道上的物体。用 M代表地球 质量,R+ h 3 aA氏，aB=R2R+ haAR+ h(2)黑由M彳驶道上物体C的比较：赤道上的物体C随地球自转的向心力由万有引力的一个分力提供，所以亚星的运动规律对赤道上的物体不适用但因C和A的周期T相=2nA与近地巨星B的比较：同步卫星 A和近地卫星B都是且星，绕地球运行的向心力由地球对它们的万有引力提供，所以卫星的运动规律都适用。由 v=2 n r 4n rVa R+ h故可用圆周运动的知识分析。由v=a厂，a=厂可得，V =RTa= Tc Tb, Vb Va综上可知，对同步卫星A近地卫星B和赤道上的物体 C而言，有 Vc, aB aA aco特别提
7、醒极地卫星运行时每圈都经过南北两极,由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。以常用于军事上面的侦察卫星，它的运行规律同其他卫星相同。二、宇宙速度1 ?第一宇宙速度的理解和推导(1)在人造卫星的发射过程中火箭要克服地球的引力做功，所以将卫星发射到越高的轨道，在地面上所需的发射速度就越大,故人造卫星的最小发射速度对应将卫星发射到贴近地MR g应是相应星球的质量、 v理论分析表明，逃逸速度是环绕速度的.2倍，即面的轨道上运行。故有：（2）第一宇宙速度的两个表达式，不仅适用于地球，也适用于其他星球，只是 o半径和表面的重力加速度。2型mg=种R宙速为=幅km/s宇宙速度数值意义第一宇宙速度（环绕速度）
8、7.9 km/s卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，最大环绕速度。若 7.9km/s w v11.2 km/s ,物体绕地球运行第二宇宙速度（脱离速度）11.2 km/s物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。若 11.2 km/s w v 16.7 km/s ,物体将脱离太 阳系在宇 宙空间运行弘特别提醒（1）当卫星的发射速度 7.9 km/s v v圆运动，发射速度 越大，轨迹椭圆越“扁”v 11.2 km/s时,物体绕地球做椭2GM这个关系对于其当 11.2 km/s v vv 16.7 km/s时，物体绕太阳运行，同理发射速度越大，轨迹椭圆也越“扁”他天体也是正确的。（3）对于一个质量为
9、M的球状物体，当其半径 R不大于fpW时即是一个黑洞三、卫星的变轨、能量及追赶（对接）(1)变轨原理及过程人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。ini上。卫星做离心运动进入椭圆轨为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道 在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力, 道n。在B点（远地点）再次点火加速进入圆形轨道川。过程简图：（2）三个运行物理量的大小比较 速度：设卫星在圆轨道I和川上运行时的速率分别为Vi、V3,在轨道n上过A点和B点速率分别为 VA、VBo在A点加速，贝U VA Vl,在B点加速，则V3 VB,又因Vl V3,故有VAVl V3
10、Vbo 加速度：因为在 A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道i还是轨道n上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。 周期：设卫星在I、n、川轨道上运行周期分别为、T2、T3,轨道半径分别为 小3r2 （半长轴）、心，由开普勒第三定律=卜可知Tv Tav T3o2. 卫星运行中的能量问题（1） 卫星（或航天器）在同一圆形轨道上运动时，机械能不变。（2） 航天器在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大。卫星速率增大（发动机做正功）会做离心运动，轨道半径增大，万有引力做负功，卫星动Mm V 2能减小，由于变轨时遵从能量守恒，稳定在圆轨道上时需满足年=吓，致使卫星
11、在较高轨 道上的运行速率小于在较低轨道上的运行速率，但机械能增大；相反，卫星由于速率减小（发动机做负功）会做向心运动，轨道半径减小，万有引力做正功，卫星动能增大，同样原因致使卫星在较低轨道上的运行速率大于在较高轨道上的运行速率，但机械能减小。特别提醒如果卫星的轨道半径 r减小，线速率V将增大，周期T将减小，向心加速度 a将增大，动能丘将 增加，势能Ep将减少，卫星总机械能 E机必将减少；若要使轨道半径增大，则必须为其提供机械能。(1) 典型问题卫星运动中的“追及问题”研究的是“两个在不同的圆周轨道上运动的物体， 何时相距最近( 即相遇) 或最远”的问题。相距最近的含义是：两个卫星 ( 或物体
12、) 和圆周轨道的圆心三 点在同一条直线上，且两个卫星 ( 或物体 ) 在圆心同侧；相距最远的含义是：两个卫星 ( 或物 体 ) 和圆周轨道的圆心三点在同一条直线上，且两个卫星 ( 或物体 ) 在圆心异侧。(2) 解决办法某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分， 但它们都处在同一条直线上。 由于它们的轨道不是重合的，因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理， 而是通过卫星运动的圆心角来衡量， 若它们初始位置在同一直线上， 实际上内轨道所转过的圆 心角与外轨道所转过的圆心角之差为 n 的整数倍时就是出现最近或最远的时刻。特别提醒航天飞机与宇宙空间站的“对接”实际上就是两个做匀速
13、圆周运动的物体追赶问题， 本质仍然是卫星的变轨运行问题。要使航天飞机与宇宙空间站成功“对接”， 必须让航天飞机在较低轨道上加速， 通过速 度 v 的增大 T 所需向心力增大T 做离心运动 T 轨道半径 r 增大 T 升高轨道的系列变速， 从而 完成航天飞机与宇宙空间站的成功对接。1 ? 思维辨析(1) 同步卫星可以定点在北京市的正上方。 ()(2) 不同的同步卫星的质量不同，但离地面的高度是相同的。第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度。第一宇宙速度的大小与地球质量有关。 ()月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s 。 ()同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。)(7) 若物体
14、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(8) 人造地球卫星绕地球运动，其轨道平面一定过地心。 ( )(9) 在地球上，若汽车的速度达到 7.9 km/s , 则汽车将飞离地面。 ()(10) “嫦娥三号”探测器绕月球做匀速圆周运动， 变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速(答案 ( 1) X (2) V (3) X V (5) X V (8) V (9) v (10) v2 ?物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速第二宇宙速度V2与第一宇d? 小 题快做 i宙速度Vi的关系是V2=2Vio已知某星球半径是地球半径R的1,其表面的重力加速度是地球表面重力加速度g 的 6 不计其他星球的影响，则该星球的第二
