5-22014高三一轮复习-人造卫星宇宙速度

52014届高三物理一轮复习导学案五、万有引力（1）【课题】人造卫星宇宙速度【导学目标】1、知道人造卫星运行的规律，了解各种卫星的特点2、理解三个宇宙速度的物理意义。【知识要点】一、人造地球卫星1、当物体的速度足够大时，物体绕地球运动，这样的物体就成为人造地球卫星2、人造地球卫星的轨道是以地球球心为圆心（或焦点）的圆（或椭圆）轨道，一般认为是圆形轨道。3、提供卫星做匀速圆周运动的向心力就是地球对卫星的万有引力。二、人造地球卫星的线速度v，角速度ω，周期T与卫星轨道半径的关系，由于F引=F向所以，G2rMm=mrv21、线速度vv=rGM，v随r的增大而减小，r=R地时，vmax。2、角速度ωω=rv=3rGM，ω随r的增大而减小，r=R地时，ωmax。3、周期TT=2=2πGMr3，T随r的增大而增大，r=R地时，Tmin。三、三大宇宙速度：1、第一宇宙速度：就是指人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，即r=R地时，v=RGM=7.9km/s说明：注意区别发射速度和运行速度2、第二宇宙速度：v=11.2km/s3、第三宇宙速度：v=16.7km/s4、人造地球卫星中的超重和失重：卫星发射时，在加速上升的过程中，以及卫星从外空间进入大气层向下降落的减速运动过程中都具有向上的加速度，这时发生超重现象，卫星进入轨道以后，由于万有引力全部用来产生向心加速度，因而卫星及卫星中的物体都处于完全失重状态，在卫星运动中同样遵循机械能守恒定律。5、同步卫星：是指相对于地面静止不动的卫星。地球同步卫星特点有“五定”，即定周期（运动周期与地球自转周期相同，T=24h），定轨道平面（所有地球同步卫星的轨道平面在赤道平面内）；定高度（离地高度36000km，约5.6R地)；定速度（运转速度为3.1×103m/s）；定点（每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定位置上）。6【典型剖析】[例1]已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G。有关同步卫星，下列表述正确的是（）A.卫星距离地面的高度为2324GMTB.卫星的运行速度小于第一宇宙速度C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D.卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度[例2]一行星绕恒星作圆周运动。由天文观测可得，其运动周期为T，速度为v，引力常量为G则()A．恒星的质量为32vTGB．行星的质量为2324vGTC．行星运动的轨道半径为2vTD．行星运动的加速度为2vT[例3]2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。下列判断正确的是（）A．飞船变轨前后的机械能相等B．飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态C．飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度D．飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度[例4]我国自主研制的“北斗一号”卫星导航系统，又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能。“北斗”系统中两颗工作星均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径为r，某时刻2颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置（如图所示）．若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作用力．则以下判断中正确的是（）A．这2颗卫星的加速度大小相等，均为22rgRB．卫星1向后喷气就一定能追上卫星2C．卫星1由位置A运动到位置B所需的时间为grRr3D．卫星1由位置A运动到位置B的过程中万有引力做功为零PA地球Q轨道1轨道27[例5]地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所需的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星所需的向心力为F2，向心加速度a2，线速度v2，角速度ω2；地球同步卫星所需的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3．假设三者质量相等，则()A．F1=F2F3B．a2a3alC．v1=v2v3D．ω1=ω3ω2【导练设计】1、A、B两颗地球卫星绕地球运转的周期之比为22∶1，则A．线速度之比为1∶2B．轨道半径之比为8∶1C．向心加速度之比为1∶2D．质量之比为1∶12、一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为0v假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为N，已知引力常量为G,则这颗行星的质量为()A．GNmv2B.GNmv4C．GmNv2D.GmNv43、星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为第二宇宙速度.第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=2v1.已知某星球的半径为r，表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的1/6，不计其它星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为（）A.grB.gr61C.gr31D.gr314、“天宫一号”被长征二号火箭发射后，准确进入预定轨道，如图所示，“天宫一号”在轨道1上运行4周后，在Q点开启发动机短时间加速，关闭发动机后，“天宫一号”沿椭圆轨道2运行到达P点，开启发动机再次加速，进入轨道3绕地球做圆周运动，“天宫一号”在图示轨道1、2、3上正常运行时，下列说法正确的是()．A．“天宫一号”在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．“天宫一号”在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C．“天宫一号”在轨道1上经过Q点的加速度大于它在轨道2上经过Q点的加速度D．“天宫一号”在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度85、在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，忽略地球自转影响，则()A.卫星运动的速度大小为2gRB.卫星运动的周期为2R4gC.卫星运动的向心加速度大小为1g2D.卫星轨道处的重力加速度为1g46、“北斗”卫星屏声息气定位系统由地球静止轨道卫星（同步卫星）、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成。地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍，下列说法中正确的是A．静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍B．静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍C．静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的1/7D．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的1/77、2008年9月25日21时10分，神舟七号飞船成功发射，共飞行2天20小时27分钟，绕地球飞行45圈后，于9月28日17时37分安全着陆。航天员翟志刚着“飞天”舱外航天服，在刘伯明的配合下，成功完成了空间出舱活动，进行了太空行走。出舱活动结束后，释放了伴飞卫星，并围绕轨道舱进行伴飞实验。神舟七号是由长征—2F运载火箭将其送入近地点为A，远地点为B的椭圆轨道上，实施变轨后，进入预定圆轨道，其简化的模拟轨道如图12所示。假设近地点A距地面高度为h，飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用的时间为t，地球表面的重力加速度为g，地球半径R，试求：(1)．飞船在近地点A的加速度aA大小；(2)．飞船在预定圆轨道上飞行的速度v的大小。