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1、物理北京版第2讲 人造卫星与宇宙航行一、三种宇宙速度1.第一宇宙速度(环绕速度):v1=①7.9km/s,是人造地球卫星的最小发射速度。知识梳理2.第二宇宙速度(脱离速度):v2=②11.2km/s,是物体挣脱地球的引力束缚需要的最小发射速度。3.第三宇宙速度(逃逸速度):v3=③16.7km/s,是物体挣脱太阳的引力束缚需要的最小发射速度。二、人造卫星的运转规律圆周轨道人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系:1.由G=m得v=①,r越大,v②越小;2.由G=mω2r得ω=③,r越大,ω
2、④越小;3.由G=mr得T=⑤2π,r越大,T⑥越大;4.由G=ma得a=⑦,r越大,a⑧越小。三、地球同步轨道卫星1.地球同步轨道卫星相对于地面上的观察者静止(1)定方向:与地球自转方向相同,即自西向东运动;(2)定周期:与地球自转周期相同,即①24h;(3)定位置:位于②赤道的正上方,即轨道在③赤道平面内;(4)定高度:由G=mr,得r=,离地面高度为h=r-R=3.6×107m。2.极地卫星和近地卫星(1)极地卫星运行时每圈都经过④南北两极,由于地球自转,极地卫星可以实现全球覆盖。(2)近地卫星是
3、在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为等于⑤地球的半径,其运行线速度约为⑥7.9km/s。(3)两种卫星的轨道平面一定通过⑦地球的球心。1.关于地球的第一宇宙速度,下列表述正确的是( )A.第一宇宙速度又叫环绕速度B.第一宇宙速度又叫脱离速度C.第一宇宙速度跟地球的质量无关D.第一宇宙速度跟地球的半径无关答案A 第一宇宙速度又叫环绕速度,A对,B错。根据定义有G=m得v=,可知其与地球的质量和半径有关。C、D错。2.质量为m的人造地球卫星,做匀速圆周运动。它离地面的高度
4、等于地球半径R,地面上的重力加速度为g。则卫星的( )A.周期为4πB.加速度为gC.动能为mgRD.速度为答案A 设卫星的轨道半径为r,则由题意知r=2R。在地面附近:G=mg,所以有GM=gR2。由于万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,故有G=m=mr=ma。所以v===,故D错误。T===4π,故A正确。a===g,故B错误。又Ek=mv2=m·gR=mgR,故C错误。3.关于地球同步卫星,下列说法中不正确的是( )A.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间B.它一定在赤道上空运行C.它运行
5、的线速度一定小于第一宇宙速度D.各国发射的这种卫星轨道半径都是一样的答案A 同步卫星的轨道只有一条,在赤道上空,其轨道半径远大于近地卫星的轨道半径,故其速度小于第一宇宙速度。考点一 卫星运转规律的特征1.人造卫星的动力学特征万有引力提供向心力,即G=m=mrω2=m()2r深化拓展2.人造卫星的运动学特征由G=m=mrω2=mr=ma可推导出:⇒当r增大时【情景素材】1-1如图,若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动,a、b到地心O的距离分别为r1、r2,线速度大小分别为v1、v2,则( )A.=
6、B.=C.=()2D.=()2=m,所以v=,=,A项正确。答案A 万有引力提供卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力,有G1-2(2013北京海淀二模)甲、乙两颗人造卫星绕地球做圆周运动,周期之比为T1∶T2=1∶8,则它们的轨道半径之比和运动速率之比分别为( )A.R1∶R2=1∶4,v1∶v2=2∶1B.R1∶R2=4∶1,v1∶v2=2∶1C.R1∶R2=1∶4,v1∶v2=1∶2D.R1∶R2=4∶1,v1∶v2=1∶2答案A 由=mR,可知=,则R1∶R2=1∶4,又由v=,可知v1∶v2=2∶
7、1。1.赤道上随地球自转的物体:周期为地球自转周期T=24h,运动半径为地球半径R,万有引力与地面对其支持力的合力提供向心力,即G-FN=ma=mR。考点二 地球同步轨道、近地圆轨道、地球赤道上物体的运动比较2.近地圆轨道卫星:轨道半径略大于地球半径R,近似等于R,万有引力提供向心力,即G=mg=m。运行速度为第一宇宙速度v===7.9km/s,周期T0=2π=2π=84min。3.同步轨道卫星:周期为地球自转周期T=24h,万有引力提供向心力,即G=ma=mr。轨道半径为r==4.2×107m。【情景
8、素材】2-1赤道上随地球自转一起运动的物体加速度为a1,近地圆轨道卫星的加速度为a2,地球同步轨道卫星的加速度为a3,则a1、a2、a3的大小关系为( )A.a1>a2>a3B.a1
