高中物理課件人造衛(wèi)星、宇宙速度

人造衛(wèi)星、宇宙速度一、人造衛(wèi)星：（一）人造衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)問題：將天體或衛(wèi)星的橢圓運(yùn)動(dòng)簡化為一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng).地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力.向心力的方向一定指向地心.衛(wèi)星的軌道平面的圓心一定過地心.這就是衛(wèi)星軌道的特點(diǎn).（二）衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的參量與軌道半徑r的關(guān)系：1.線速度：衛(wèi)星的線速度與軌道半徑r的平方根成反比，軌道半徑r越大，線速度就越小.2.角速度：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度與半徑的二分之三次方成反比.衛(wèi)星的軌道半徑r越大，其角速度就越小.3.周期：開普勒第三定律.開普勒第三定律中的常量與中心天體的質(zhì)量有關(guān)，必須是同一中心天體.衛(wèi)星的周期T與軌道半徑的二分之三次方成正比.軌道半徑r越大，周期T就越大.4.動(dòng)能：同一衛(wèi)星，半徑r越大，動(dòng)能就越小.5.機(jī)械能：衛(wèi)星從低軌道到高軌道，軌道半徑r增大，引力做負(fù)功，引力勢(shì)能增大，動(dòng)能減小，總的機(jī)械能不變.（三）特殊衛(wèi)星：1.同步衛(wèi)星：（1）運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：相對(duì)于地面靜止.同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同,且運(yùn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)的方向相同.（2）軌道特點(diǎn)：A.軌道平面與赤道平行重合.B.同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期T=24h.C.衛(wèi)星離地面的高度h是一個(gè)定值.軌道固定不變.地球半徑R=6400km=6.4×106m.2.近地衛(wèi)星：（1）定義：沿地球表面附近做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星.（2）軌道的特點(diǎn)：衛(wèi)星的軌道半徑r近似等于地球的半徑R.近地衛(wèi)星的軌道半徑是所有衛(wèi)星的最小半徑近地衛(wèi)星的周期是所有衛(wèi)星的最小周期.近地衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度是所有衛(wèi)星的最大的運(yùn)行速度.故人造地球衛(wèi)星的周期T應(yīng)該滿足：故人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度v滿足：例1.火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”的標(biāo)識(shí)如圖1所示．若火星和地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火星公轉(zhuǎn)軌道半徑與地球公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為3∶2，則火星與地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的()A．軌道周長之比為2∶3B．線速度大小之比為∶C．角速度大小之比為2∶3D．向心加速度大小之比為9∶4C例2.如圖2所示，a為放在赤道上相對(duì)地球靜止的物體，隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b為沿地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星(軌道半徑約等于地球半徑)，c為地球的同步衛(wèi)星．下列關(guān)于a、b、c的說法中正確的是()A．b衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)線速度大于7.9km/sB．a(chǎn)、b、c做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小關(guān)系為aa＞ab＞acC．a(chǎn)、b、c做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期關(guān)系為Ta＝Tc<TbD．在b、c中，b的線速度大D1.(衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較)如圖3所示，衛(wèi)星a、b、c沿圓形軌道繞地球運(yùn)行．a(chǎn)是極地軌道衛(wèi)星，在地球兩極上空約1000km處運(yùn)行；b是低軌道衛(wèi)星，距地球表面高度與a相等；c是地球同步衛(wèi)星，則()A．a(chǎn)、b的周期比c大B．a(chǎn)、b的向心力一定相等C．a(chǎn)、b的速度大小相等D．a(chǎn)、b的向心加速度比c小C2．(同步衛(wèi)星)關(guān)于我國發(fā)射的“亞洲一號(hào)”地球同步通信衛(wèi)星的說法，正確的是()A．若其質(zhì)量加倍，則軌道半徑也要加倍B．它在北京上空運(yùn)行，故可用于我國的電視廣播C．它以第一宇宙速度運(yùn)行D．它運(yùn)行的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同D3.在科幻電影《流浪地球》中，流浪了2500年的地球終于圍繞質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的比鄰星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入了“新太陽時(shí)代”.若“新太陽時(shí)代”地球公轉(zhuǎn)周期與現(xiàn)在繞太陽的公轉(zhuǎn)周期相同，將“新太陽時(shí)代”的地球與現(xiàn)在相比較，下列說法正確的是：（）A.所受的引力之比為1:8.B.公轉(zhuǎn)半徑之比為1:4.C.公轉(zhuǎn)加速度之比為1:2.D.公轉(zhuǎn)速率之比為1:4.C二、宇宙速度：（一）第一宇宙速度：1.定義：物體沿地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度.2.大小：3.第一宇宙速度是所有衛(wèi)星最大的運(yùn)行速度.是所有衛(wèi)星最小的發(fā)射速度.（二）第二宇宙速度（脫離速度）：1.定義：使物體脫離地球，在地面上的最小的發(fā)射速度.2.大?。海ㄈ┑谌钪嫠俣龋ㄌ右菟俣龋?.定義：使物體掙脫太陽束縛，在地面上的最小發(fā)射速度.2.大?。河钪嫠俣扰c運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系：（1）v發(fā)=7.9km/s，衛(wèi)星繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng).（2）7.9km/s＜v發(fā)＜11.2km/s,衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng).(3)11.2km/s≤v發(fā)＜16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓．(4)v發(fā)≥16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間．例3.我國首次火星探測(cè)任務(wù)被命名為“天問一號(hào)”．已知火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的10%，半徑約為地球半徑的50%，下列說法正確的是()A．火星探測(cè)器的發(fā)射速度應(yīng)大于地球的第二宇宙速度B．火星探測(cè)器的發(fā)射速度應(yīng)介于地球的第一和第二宇宙速度之間C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度A4．(第一宇宙速度的計(jì)算)地球的近地衛(wèi)星線速度大小約為8km/s，已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，地球半徑約為月球半徑的4倍，下列說法正確的是()A．在月球上發(fā)射衛(wèi)星的最小速度約為8km/sB．月球衛(wèi)星的環(huán)繞速度可能達(dá)到4km/sC．月球的第一宇宙速度約為1.8km/sD．“近月衛(wèi)星”的速度比“近地衛(wèi)星”的速度大C5．(宇宙速度的理解和計(jì)算)宇航員在一行星上以速度v0豎直上拋一質(zhì)量為m的物體，不計(jì)空氣阻力，經(jīng)2t后落回手中，已知該星球半徑為R.求：(1)該星球的第一宇宙速度的大?。?2)該星球的第二宇宙速度的大?。阎o窮遠(yuǎn)處引力勢(shì)能為零，物體距星球球心距離為r時(shí)的引力勢(shì)能.(G為萬有引力常量)三、天體的“追及”問題：（一）相距最近：兩衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同，且位于和中心天體連線的半徑上同側(cè)時(shí)，兩衛(wèi)星相距最近.從運(yùn)動(dòng)關(guān)系上，兩衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)關(guān)系應(yīng)滿足：（二）相距最遠(yuǎn)：當(dāng)兩衛(wèi)星位于和中心連線的半徑上兩側(cè)時(shí)，兩衛(wèi)星相距最遠(yuǎn).從運(yùn)動(dòng)關(guān)系上，兩衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)關(guān)系應(yīng)滿足：(ωA－ωB)t′＝(2n－1)π(n＝1,2,3…)．(ωA－ωB)t＝2nπ(n＝1,2,3…)．例4當(dāng)?shù)厍蛭挥谔柡湍拘侵g且三者幾乎排成一條直線時(shí)，稱之為“木星沖日”，2016年3月8日出現(xiàn)了一次“木星沖日”．已知木星與地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，木星到太陽的距離大約是地球到太陽距離的5倍．則下列說法正確的是()A．下一次的“木星沖日”時(shí)間肯定在2018年B．下一次的“木星沖日”時(shí)間肯定在2017年C．木星運(yùn)行的加速度比地球的大D．木星運(yùn)行的周期比地球的小B6．(天體的“追及”問題)(多選)如圖4，在萬有引力作用下，a、b兩衛(wèi)星在同一平面內(nèi)繞某一行星c沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知軌道半徑之比為ra∶rb＝1∶4，則下列說法