五、人造衛(wèi)星宇宙速度

1、 人造衛(wèi)星 宇宙速度n在地面上向遠處發(fā)射炮彈，炮彈速度越高在地面上向遠處發(fā)射炮彈，炮彈速度越高飛行距離越遠，當炮彈的速度達到飛行距離越遠，當炮彈的速度達到“7.9千千米米/秒秒”時，炮彈不再落回地面（不考慮大時，炮彈不再落回地面（不考慮大氣作用），而環(huán)繞地球作圓周飛行，這就氣作用），而環(huán)繞地球作圓周飛行，這就是第一宇宙速度。是第一宇宙速度。 n第一宇宙速度第一宇宙速度n第一宇宙速度也是人造衛(wèi)星在地面附近繞第一宇宙速度也是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做地球做“勻速圓周運動勻速圓周運動”所必須具有的速所必須具有的速度。但是隨著高度的增加，地球引力下降，度。但是隨著高度的增加，地球引力下降，環(huán)繞地球飛行

2、所需要的飛行速度也降低，環(huán)繞地球飛行所需要的飛行速度也降低，所有航天器都是在距地面很高的大氣層外所有航天器都是在距地面很高的大氣層外飛行，所以它們的飛行速度都比第一宇宙飛行，所以它們的飛行速度都比第一宇宙速度低。速度低。 n航天器沿地球表面作圓周運動時航天器沿地球表面作圓周運動時必須具備的速度，也叫環(huán)繞速度。必須具備的速度，也叫環(huán)繞速度。第一宇宙速度兩個別稱：航天器第一宇宙速度兩個別稱：航天器最小發(fā)射速度、航天器最大運行最小發(fā)射速度、航天器最大運行速度。速度。 n實際上，地球表面存在稠密的實際上，地球表面存在稠密的”大大氣層氣層”，航天器不可能貼近地球表，航天器不可能貼近地球表面作圓周運動，必

3、需在面作圓周運動，必需在150千米的千米的飛行高度上，才能繞地球作圓周運飛行高度上，才能繞地球作圓周運動。在此高度下的環(huán)繞速度為動。在此高度下的環(huán)繞速度為7.8千千米米/秒秒 地球同步衛(wèi)星 相對地面靜止的人造衛(wèi)星，周期相對地面靜止的人造衛(wèi)星，周期T24小時小時1）同步衛(wèi)星必定位于赤道正上方）同步衛(wèi)星必定位于赤道正上方2）同步衛(wèi)星的運行方向與地球的自轉(zhuǎn)方）同步衛(wèi)星的運行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同向相同特點：特點：n地球同步軌道是運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同地球同步軌道是運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同的順行軌道。但其中有一種十分特殊的軌道，的順行軌道。但其中有一種十分特殊的軌道，叫地球靜止軌道。這種軌道的

4、傾角為零，在地叫地球靜止軌道。這種軌道的傾角為零，在地球赤道上空球赤道上空35786千米。地面上的人看來，在這千米。地面上的人看來，在這條軌道上運行的衛(wèi)星是靜止不動的。一般通信條軌道上運行的衛(wèi)星是靜止不動的。一般通信衛(wèi)星，廣播衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星選用這種軌道比較衛(wèi)星，廣播衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星選用這種軌道比較有利。地球同步軌道有無數(shù)條，而地球靜止軌有利。地球同步軌道有無數(shù)條，而地球靜止軌道只有一條。道只有一條。nT=23小時小時56分分4秒秒 n 極地軌道是傾角為極地軌道是傾角為90度的軌道，在這條度的軌道，在這條軌道上運行的衛(wèi)星每圈都要經(jīng)過地球兩極軌道上運行的衛(wèi)星每圈都要經(jīng)過地球兩極上空，可以俯視整個地球

5、表面。氣象衛(wèi)星、上空，可以俯視整個地球表面。氣象衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星常采地球資源衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星常采用此軌道。用此軌道。 n太陽同步軌道是繞著地球自轉(zhuǎn)軸，方向太陽同步軌道是繞著地球自轉(zhuǎn)軸，方向與地球公轉(zhuǎn)方向相同，旋轉(zhuǎn)角速度等于地與地球公轉(zhuǎn)方向相同，旋轉(zhuǎn)角速度等于地球公轉(zhuǎn)的平均角速度球公轉(zhuǎn)的平均角速度(360度度/年）的軌道，年）的軌道，它距地球的高度不超過它距地球的高度不超過6000千米。在這條千米。在這條軌道上運行的衛(wèi)星以相同的方向經(jīng)過同一軌道上運行的衛(wèi)星以相同的方向經(jīng)過同一緯度的當?shù)貢r間是相同的。氣象衛(wèi)星、地緯度的當?shù)貢r間是相同的。氣象衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星一般采用這

6、種軌道。球資源衛(wèi)星一般采用這種軌道。 試估算近地衛(wèi)星的周期是多少？試估算近地衛(wèi)星的周期是多少？T=2R / V=84.5 min近地衛(wèi)星的特點：近地衛(wèi)星的特點：發(fā)射速度最?。喊l(fā)射速度最?。?.9km/s周期最小：周期最?。?4.5分鐘分鐘軌道半徑最?。旱厍虬霃杰壍腊霃阶钚。旱厍虬霃江h(huán)繞速度最大：環(huán)繞速度最大：7.9km/s衛(wèi)星中的超重和失重1、發(fā)射人造地球衛(wèi)星時，衛(wèi)星尚未進入、發(fā)射人造地球衛(wèi)星時，衛(wèi)星尚未進入軌道之前的加速過程中，衛(wèi)星內(nèi)物體處于軌道之前的加速過程中，衛(wèi)星內(nèi)物體處于超重狀態(tài)超重狀態(tài)2、衛(wèi)星進入軌道后，正常運行時，衛(wèi)星、衛(wèi)星進入軌道后，正常運行時，衛(wèi)星的加速度等于軌道處的重力加速度

7、，衛(wèi)星的加速度等于軌道處的重力加速度，衛(wèi)星內(nèi)物體處于完全失重狀態(tài)內(nèi)物體處于完全失重狀態(tài)n預計物體具有預計物體具有110120km/s的速度的速度時，就可以脫離銀河系而進入河外時，就可以脫離銀河系而進入河外星系，這個速度叫做第四宇宙速度。星系，這個速度叫做第四宇宙速度。 n關于人造衛(wèi)星的說法，正確的是關于人造衛(wèi)星的說法，正確的是( )A軌道半徑越大，運行速率也越大軌道半徑越大，運行速率也越大B各個國家發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的軌道半徑都各個國家發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的軌道半徑都相同相同C地球同步衛(wèi)星有可能定點于北京地區(qū)的上空地球同步衛(wèi)星有可能定點于北京地區(qū)的上空D繞地球勻速轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星，它們運行軌道半徑繞地

8、球勻速轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星，它們運行軌道半徑的三次方與運行周期的平方之比都相同的三次方與運行周期的平方之比都相同B Dn在圓軌道上運動的質(zhì)量為在圓軌道上運動的質(zhì)量為m的人造地球的人造地球衛(wèi)星，它到地面的距離是地球半徑的衛(wèi)星，它到地面的距離是地球半徑的2倍已知地球的半徑為倍已知地球的半徑為R 地面上的重力地面上的重力加速度為加速度為g，則，則( )A衛(wèi)星運動的速度為衛(wèi)星運動的速度為B衛(wèi)星運動的周期為衛(wèi)星運動的周期為C衛(wèi)星運動的加速度為衛(wèi)星運動的加速度為D衛(wèi)星運動的動能為衛(wèi)星運動的動能為2Rg22Rg19g14mgRCn星球上的物體脫離星球引力所需要的最小星球上的物體脫離星球引力所需要的最小速度稱為第二宇宙

9、速度星球的第二宇宙速度稱為第二宇宙速度星球的第二宇宙速度速度2與第一宇宙速度與第一宇宙速度1的關系是的關系是 2= 1。已知某星球的半徑為。已知某星球的半徑為r，它表面，它表面的重力加速度為地球表面重力加速度的重力加速度為地球表面重力加速度g的的1/6。 不計其他星球的影響則該星球的第不計其他星球的影響則該星球的第二宇宙速度為二宇宙速度為( )213grn設想嫦娥號登月飛船貼近月球表面做勻速圓周設想嫦娥號登月飛船貼近月球表面做勻速圓周運動，測得其周期為運動，測得其周期為T。飛船在月球上著陸后，。飛船在月球上著陸后，自動機器人用測力計測得質(zhì)量為自動機器人用測力計測得質(zhì)量為m的儀器重力的儀器重力為

10、為P,已知引力常量為已知引力常量為G，由以上數(shù)據(jù)可以求出的，由以上數(shù)據(jù)可以求出的量有量有( )A月球的半徑月球的半徑B月球的質(zhì)量月球的質(zhì)量C月球表面的重力加速度月球表面的重力加速度D月球繞地球做勻速圓周運動的向心加速度月球繞地球做勻速圓周運動的向心加速度ABC 地球同步衛(wèi)星到地心的距離地球同步衛(wèi)星到地心的距離r可由可由 求出已求出已知式中知式中a的單位是的單位是m，b的單位是的單位是s，c的單位是的單位是m/s2，則則( ) Aa是地球半徑，是地球半徑，b是地球自轉(zhuǎn)的周期，是地球自轉(zhuǎn)的周期，c是地球是地球表面處的重力加速度表面處的重力加速度 Ba是地球半徑，是地球半徑，b是同步衛(wèi)星繞地心運動的

11、周期，是同步衛(wèi)星繞地心運動的周期，c是同步衛(wèi)星的加速度是同步衛(wèi)星的加速度 Ca是赤道周長，是赤道周長，b是地球自轉(zhuǎn)周期，是地球自轉(zhuǎn)周期，c是同步衛(wèi)是同步衛(wèi)星的加速度星的加速度 Da是地球半徑，是地球半徑，b是同步衛(wèi)星繞地心運動的周期，是同步衛(wèi)星繞地心運動的周期，c是地球表面處的重力加速度是地球表面處的重力加速度22324a b crAD (2005江蘇江蘇)某人造衛(wèi)星運動的軌道可近似某人造衛(wèi)星運動的軌道可近似看作是以地心為中心的圓由于阻力作用，看作是以地心為中心的圓由于阻力作用，人造衛(wèi)星到地心的距離從人造衛(wèi)星到地心的距離從r1慢慢變到慢慢變到r2，用，用Ek1、Ek2分別表示衛(wèi)星在這兩個軌道上

12、的動分別表示衛(wèi)星在這兩個軌道上的動能，則能，則( )Ar1r2， Ek1Ek2 Br1r2， Ek1Ek2 Cr1r2， Ek1Ek2 Dr1r2， Ek1Ek2 Bn(2005宣武宣武)均勻分布在地球赤道平面上空的三顆均勻分布在地球赤道平面上空的三顆同步通信衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)除地球南北極等少數(shù)地區(qū)同步通信衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)除地球南北極等少數(shù)地區(qū)外的外的“全球通信全球通信”已知地球半徑為已知地球半徑為R，地球表面，地球表面的重力加速度為的重力加速度為g，同步衛(wèi)星所在軌道處的重力加，同步衛(wèi)星所在軌道處的重力加速度為速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為，地球自轉(zhuǎn)周期為T，下面列出的是關于，下面列出的是關于三顆衛(wèi)星中任意兩

13、顆衛(wèi)星間距離三顆衛(wèi)星中任意兩顆衛(wèi)星間距離s的表達式，其中的表達式，其中正確的是正確的是( ) A B C D232243gR T223234gR T3gRg3gRg2 3R Dn有一頻率為有一頻率為的光子，在黑洞表面發(fā)射，的光子，在黑洞表面發(fā)射，恰能沿黑洞表面做勻速圓周運動，其周期恰能沿黑洞表面做勻速圓周運動，其周期為為T。求此黑洞的平均密度。求此黑洞的平均密度黑洞（黑洞（Black hole）是根據(jù)現(xiàn)代的廣義相對論所預言）是根據(jù)現(xiàn)代的廣義相對論所預言的，在宇宙空間中存在的一種質(zhì)量相當大的天體和星的，在宇宙空間中存在的一種質(zhì)量相當大的天體和星體（并非為一個體（并非為一個“洞洞”）。黑洞是由質(zhì)量

14、足夠大的恒）。黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮而形成。黑洞的質(zhì)量是如此之大，它產(chǎn)生的引力場是而形成。黑洞的質(zhì)量是如此之大，它產(chǎn)生的引力場是如此之強，以致于任何物質(zhì)和輻射都無法逃逸，就連如此之強，以致于任何物質(zhì)和輻射都無法逃逸，就連傳播速度最快的光（電磁波）也逃逸不出來。由于類傳播速度最快的光（電磁波）也逃逸不出來。由于類似熱力學上完全不反射光線的黑體，故名為黑洞。在似熱力學上完全不反射光線的黑體，故名為黑洞。在黑洞的周圍，是一個無法偵測的事件視界，標志著無黑洞的周圍，是一個無法偵測的事件視界，標志著無法返回的臨界

15、點法返回的臨界點 n (2006大連大連)某顆同步衛(wèi)星正下方的地球表某顆同步衛(wèi)星正下方的地球表面上有一觀察者，用天文望遠鏡觀察到太面上有一觀察者，用天文望遠鏡觀察到太陽光照射的該同步衛(wèi)星試問秋分這一天陽光照射的該同步衛(wèi)星試問秋分這一天(太陽光直射赤道太陽光直射赤道)從日落時起有多長時間觀從日落時起有多長時間觀察者看不見該衛(wèi)星已知地球半徑為察者看不見該衛(wèi)星已知地球半徑為R，地，地球表面處重力加速度為球表面處重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為，地球自轉(zhuǎn)周期為T。不考慮大氣對光的折射。不考慮大氣對光的折射 321224T R gR 同步軌道半徑設為同步軌道半徑設為R1同步衛(wèi)星軌道在影區(qū)的弧所對圓心角同步

16、衛(wèi)星軌道在影區(qū)的弧所對圓心角2，有有11sinRR 因衛(wèi)星在影區(qū)、不反射陽光而看不到的時間為因衛(wèi)星在影區(qū)、不反射陽光而看不到的時間為tT 2RR132124sinRgTT 22GM mvmLL 黑黑(1)由(1)由353.6 10M 黑黑可可得得kgkg(2)(2)天文學家根據(jù)觀察宣布了下列研究成果，銀河系中可能存天文學家根據(jù)觀察宣布了下列研究成果，銀河系中可能存在一個大在一個大“黑洞黑洞”，距黑洞，距黑洞60億千米的星體以億千米的星體以2000km/s的的速度繞其旋轉(zhuǎn)，接近速度繞其旋轉(zhuǎn)，接近“黑洞黑洞”的所有物質(zhì)即使速度等于光的所有物質(zhì)即使速度等于光速也被速也被“黑洞黑洞”吸入，試計算吸入，

17、試計算“黑洞黑洞”的質(zhì)量和最大半的質(zhì)量和最大半徑徑 2GMvcR黑黑逃逃max22GMRC 黑黑11351626.67 103.6 109 10 85.3 10 m m n歐洲開發(fā)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)歐洲開發(fā)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)“伽利略計劃伽利略計劃”有有 30顆衛(wèi)星，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)采用的是顆衛(wèi)星，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)采用的是“移動衛(wèi)移動衛(wèi)星星”，它與電視轉(zhuǎn)播用的，它與電視轉(zhuǎn)播用的“地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星”不不同同步衛(wèi)星的軌道平面與地球赤道平面重合，同同步衛(wèi)星的軌道平面與地球赤道平面重合，離地面的高度只能為一確定的值，移動衛(wèi)星的軌離地面的高度只能為一確定的值，移動衛(wèi)星的軌道平面離地面的高度可以改變

18、，相應轉(zhuǎn)動周期也道平面離地面的高度可以改變，相應轉(zhuǎn)動周期也可以不同設某移動衛(wèi)星通過地球的南、北兩極可以不同設某移動衛(wèi)星通過地球的南、北兩極的圓形軌道運行，離地面的高度為的圓形軌道運行，離地面的高度為h。已知地球半。已知地球半徑為徑為R，地球表面的重力加速度為，地球表面的重力加速度為g，求該移動衛(wèi)，求該移動衛(wèi)星連續(xù)兩次通過地球赤道上空的時間間隔星連續(xù)兩次通過地球赤道上空的時間間隔n兩顆靠得很近的天體稱為雙星，它們都繞兩顆靠得很近的天體稱為雙星，它們都繞兩者連線上某點做勻速圓周運動，因而不兩者連線上某點做勻速圓周運動，因而不至于由于萬有引力而吸引到一起，以下說至于由于萬有引力而吸引到一起，以下說法

19、中正確的是（法中正確的是（ ） A.它們做圓周運動的角速度之比與其質(zhì)量它們做圓周運動的角速度之比與其質(zhì)量成反比成反比 B.它們做圓周運動的線速度之比與其質(zhì)量成它們做圓周運動的線速度之比與其質(zhì)量成反比反比 C.它們做圓周運動的半徑與其質(zhì)量成正比它們做圓周運動的半徑與其質(zhì)量成正比 D.它們做圓周運動的半徑與其質(zhì)量成反比它們做圓周運動的半徑與其質(zhì)量成反比 B Dn人造地球衛(wèi)星沿橢圓形軌道繞地球運人造地球衛(wèi)星沿橢圓形軌道繞地球運行，近地點行，近地點A到地球中心到地球中心C的距離為的距離為a，遠地點遠地點B 到地球中心的距離為到地球中心的距離為b，衛(wèi)，衛(wèi)星在近地點星在近地點A處的速率為處的速率為vA，衛(wèi)

20、星在，衛(wèi)星在遠地點遠地點B處的速度處的速度vB 多大？多大？n宇宙中存在一些離其它恒星較遠的、由質(zhì)宇宙中存在一些離其它恒星較遠的、由質(zhì)量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng)，通常可量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng)，通?？珊雎云渌求w對它們的引力作用，已知某忽略其它星體對它們的引力作用，已知某一穩(wěn)定的三星系統(tǒng)中的三顆星分別位于等一穩(wěn)定的三星系統(tǒng)中的三顆星分別位于等邊三角形的三個頂點上，并沿該三角形外邊三角形的三個頂點上，并沿該三角形外接圓作勻速圓周運動，如圖所示。每個星接圓作勻速圓周運動，如圖所示。每個星體的質(zhì)量均為體的質(zhì)量均為m，兩星體之間的距離皆為，兩星體之間的距離皆為r，試求星體運動的線速度和周期，試求

21、星體運動的線速度和周期 n2003年年8月月29日，火星、地球和太陽處于三點一線上，上日，火星、地球和太陽處于三點一線上，上演演“火星沖日火星沖日”的天象奇觀這是的天象奇觀這是6萬年來火星距地球最萬年來火星距地球最近的一次，與地球之間的距離只有近的一次，與地球之間的距離只有5576萬公里，為人類研萬公里，為人類研究火星提供了最佳時機如圖所示為美國宇航局最新公布究火星提供了最佳時機如圖所示為美國宇航局最新公布的的“火星大沖火星大沖”虛擬圖，則虛擬圖，則( )A2003年年8月月29日，火星的線速度大于地球的線速度日，火星的線速度大于地球的線速度B2003年年8月月29日，火星的加速度大于地球的加

22、速度日，火星的加速度大于地球的加速度C2004年年8月月29日，必將產(chǎn)生日，必將產(chǎn)生下一個下一個“火星大沖日火星大沖日”D下一個下一個“火星大沖日火星大沖日”必在必在2004年年8月月29日之后的某天發(fā)生日之后的某天發(fā)生 D 2005年年10月月17日凌晨日凌晨4點點33分，在太空遨游分，在太空遨游77圈的圈的“神舟神舟”六號飛船的返回艙按預定計劃，安全降六號飛船的返回艙按預定計劃，安全降落在內(nèi)蒙古中部草原落在內(nèi)蒙古中部草原 飛船圍繞地球做圓周運動離地高約為飛船圍繞地球做圓周運動離地高約為h=340km，地，地球半徑約為球半徑約為R=6400km，地球表面的重力加速度取，地球表面的重力加速度取

23、g=10m/s2，估算飛船的繞行速度，估算飛船的繞行速度(結(jié)果保留兩位有結(jié)果保留兩位有效數(shù)字效數(shù)字) 求在飛船繞地球做圓周運動時宇航員在求在飛船繞地球做圓周運動時宇航員在24h內(nèi)可以內(nèi)可以見到日出的次數(shù)見到日出的次數(shù)(取取=3.1)7.8103 m/s 16 g0Bn衛(wèi)星電話信號需要通地球同步衛(wèi)星傳送。如果你衛(wèi)星電話信號需要通地球同步衛(wèi)星傳送。如果你與同學在地面上用衛(wèi)星電話通話，則從你發(fā)出信與同學在地面上用衛(wèi)星電話通話，則從你發(fā)出信號至對方接收到信號所需最短時間最接近于（可號至對方接收到信號所需最短時間最接近于（可能用到的數(shù)據(jù)：月球繞地球運動的軌道半徑約為能用到的數(shù)據(jù)：月球繞地球運動的軌道半徑

24、約為38105Km，運行周期約為，運行周期約為27天，地球半徑約天，地球半徑約為為6400km，無線電信號的傳播速度為，無線電信號的傳播速度為）A01s B0 025s C05s D1sBn假設地球是一半徑為假設地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的、質(zhì)量分布均勻的球體。一礦井深度為球體。一礦井深度為d。已知質(zhì)量分布均。已知質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零。礦井勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零。礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為底部和地面處的重力加速度大小之比為A. B. C. D. Rd1Rd12)(RdR 2)(dRRAn 2012年年6曰曰18日，神州九號飛船與天宮一號目日，神州九號飛船與天宮一號目標飛行器在離地面標飛行器在離地面343km的近圓軌道上成功進的近圓軌道上成功進行了我國首次載人空