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1、高考總復習高考總復習物理物理第一單元第一單元 萬有引力定律及其應用萬有引力定律及其應用第第2課時人造衛(wèi)星宇宙速度課時人造衛(wèi)星宇宙速度 必修2 第五章萬有引力定律及其應用 高考總復習高考總復習物理物理高考總復習高考總復習物理物理基礎回顧基礎回顧考點一人造衛(wèi)星1基本特征：把衛(wèi)星的運動看成是_運動，其所需的向心力由_提供2基本公式：答案：1勻速圓周萬有引力2GMmr2ma_. mv2r m2r m42T2r 高考總復習高考總復習物理物理要點深化要點深化1人造衛(wèi)星“三個近似”(1)近地衛(wèi)星貼近地球表面運行，可近似認為做勻速圓周運動的半徑等于地球的半徑；(2)未發(fā)射前，在地球表面隨地球一起自轉(zhuǎn)的衛(wèi)星可近

2、似認為其重力等于地球?qū)λ娜f有引力；(3)衛(wèi)星運動的軌道可近似看作是圓軌道高考總復習高考總復習物理物理2衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度a、線速度v、角速度、周期T與半徑r的關系注意：(1)a、v、T皆與衛(wèi)星的質(zhì)量無關，只由軌道半徑r和地球的質(zhì)量M決定；(2)所有人造衛(wèi)星的軌道圓心一定與地心重合高考總復習高考總復習物理物理3解決衛(wèi)星運行問題的基本思路( 1 ) 萬 有 引 力 提 供 衛(wèi) 星 運 行 所 需 的 向 心 力 ，有 .應用時要根據(jù)實際情況選用適當?shù)墓竭M行分析和計算(2)在地面或地面附近的物體所受的重力等于地球?qū)λ娜f有引力，有 ，所以gR2GM.在不知地球質(zhì)量的情況下由其半徑和重力加

3、速度來表示此式在天體運動問題中經(jīng)常應用，稱為黃金代換點GMmr2mv2rm2rm42T2r GMmR2mg 高考總復習高考總復習物理物理4關于衛(wèi)星超重和失重的問題衛(wèi)星在進入軌道的加速過程及返回的減速過程，由于有向上的加速度而處于超重；衛(wèi)星進入軌道正常運轉(zhuǎn)過程中，由于萬有引力完全充當向心力，產(chǎn)生指向地心的向心加速度，衛(wèi)星上的物體對支持面和懸繩無彈力作用，處于完全失重狀態(tài)，平常由壓力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象全部消失，水銀氣壓計、天平失效，但彈簧測力計不失效，可測拉力等，但沒有“視重”這里必須強調(diào)：運轉(zhuǎn)衛(wèi)星所受的萬有引力既等于衛(wèi)星在該軌道上的重力，也等于其環(huán)繞地球運行時所需的向心力即F萬mgma向并不是沒有重

4、力，因為只要在地球的范圍內(nèi)，只要有質(zhì)量的物體就一定存在重力，只是因g變小而重力也變小了高考總復習高考總復習物理物理基礎回顧基礎回顧考點二宇宙速度1第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作圓周運動時的環(huán)繞速度，是環(huán)繞地球作圓周運動的最大速度，也是人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度v_.2第二宇宙速度(脫離速度)：v_(物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度)3第三宇宙速度(逃逸速度)：v_(物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度)答案：1. 7.9 km/s 211.2 km/s 316.7 km/sgR 高考總復習高考總復習物理物理要點深化要點深化1區(qū)別運行速度和發(fā)射速度(1)運行速度：運行速度指

5、衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度由 ，其大小隨軌道半徑的增大而減小(2)發(fā)射速度：發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再沒有能量補充雖然軌道越高的衛(wèi)星運行速度越小，但由于軌道越高的衛(wèi)星總機械能越大，發(fā)射過程中克服引力做功越多，需要的發(fā)射速度越大，同時發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度注意：(1)三個宇宙速度指的是發(fā)射速度，不能理解成運行速度(2)第一宇宙速度既是最小發(fā)射速度，又是最大運行速度. GMmr2mv2r得 v GMr 高考總復習高考總復習物理物理2衛(wèi)星變軌問題在衛(wèi)星發(fā)射和回收的過程中衛(wèi)星軌道發(fā)生變化那么，衛(wèi)星在變軌的過程中，在關鍵點上其線速度是怎樣變化

6、的呢？如下圖所示，在發(fā)射神舟七號的過程中，衛(wèi)星從地面的P發(fā)射，首先進入橢圓軌道，然后在Q點通過瞬間增大衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進入圓周軌道(這種情況叫做軌道維持，即維持其不再被萬有引力拉回，因為按原來在Q的速度，其向心力將小于萬有引力)高考總復習高考總復習物理物理在“返回艙”返回的過程中，“返回艙”在Q點瞬間減小運行速度，使其向心力將小于萬有引力，就進入橢圓軌道返回地球當然，如果在第軌道運行時，當衛(wèi)星通過Q點時能瞬間增速，衛(wèi)星又因其向心力大于萬有引力而做離心運動，衛(wèi)星將進入新的橢圓軌道運行，如果在經(jīng)過R點時瞬間增速進行軌道維持，衛(wèi)星又能在軌道上運行目前，我國發(fā)射的“嫦娥一號”探月衛(wèi)星就是通過不斷變軌而

7、發(fā)射往月球附近的高考總復習高考總復習物理物理基礎回顧基礎回顧考點三宇宙速度1定義：所謂地球同步衛(wèi)星，即是相對于地面_的衛(wèi)星2地球同步衛(wèi)星有“三定”(1)所有同步衛(wèi)星的軌道平面一定和地球的_平面重合(2)所有同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)動的周期一定與地球的_相同(3)所有同步衛(wèi)星離地面的高度h一定，速度v一定答案：1靜止 2(1)赤道(2)自轉(zhuǎn)周期高考總復習高考總復習物理物理要點深化要點深化1地球同步衛(wèi)星高度的推導根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律設地球表面小物體的質(zhì)量為m0.式解得GMm0R2m0g 高考總復習高考總復習物理物理2地球同步衛(wèi)星空間管理通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、預警衛(wèi)星等采用地球同步衛(wèi)星軌道極為有

8、利一顆同步衛(wèi)星可以覆蓋地球大約40%的面積，若在此軌道上均勻分布3顆衛(wèi)星，即可實現(xiàn)全球通信或預警為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3左右才能放置1顆，這樣，地球的同步衛(wèi)星只能有120顆可見，空間位置也是一種資源高考總復習高考總復習物理物理3識記幾個數(shù)據(jù)，提升完成試題的運算速度地球公轉(zhuǎn)周期1年(365天)，自轉(zhuǎn)周期1天(86400 s)；月球公轉(zhuǎn)周期1月(約27天)，月地距離約38萬公里同步衛(wèi)星距地面約3.6萬公里，運行速度約3 km/s；人造衛(wèi)星最大運行速度7.9 km/s，最小運行周期為84.8 min.高考總復習高考總復習物理物理高考總復習高考總復習物理物理題型一人造地球衛(wèi)星的運動參量與軌道半徑

9、的關系問題 根據(jù)人造衛(wèi)星的動力學關系： 可得由此可得線速度v與軌道半徑的平方根成反比；角速度與軌道半徑的立方的平方根成反比；周期T與軌道半徑的立方的平方根成正比；加速度a與軌道半徑的平方成反比GMmr2mamv2rm2rm42T2r v GMr、 GMr3、T 42r3GM、aGMr2， 高考總復習高考總復習物理物理 如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的3顆衛(wèi)星，下列說法正確的是()Ab、c的線速度大小相等，且大于a的線速度Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Cc加速可追上同一軌道上的b，b減速可等候同一軌道上的cDa衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑緩慢 減小，其線速度將

10、增大高考總復習高考總復習物理物理解析：因為b、c在同一軌道上運行，故其線速度大小、加速度大小均相等又b、c軌道半徑大于a的軌道半徑，由v 知，VbVcVa，故A選項錯；由加速度aGM/r2可知abacaa，故B選項錯當c加速時，c受到的萬有引力Fmv2/r, 故它將偏離原軌道做向心運動所以無論如何c也追不上b，b也等不到c，故C選項錯對這一選項，不能用v 來分析b、c軌道半徑的變化情況對a衛(wèi)星，當它的軌道半徑緩慢減小時，在轉(zhuǎn)動一段較短時間內(nèi)，可近似認為它的軌道半徑未變，視為穩(wěn)定運行，由v 知，r減小時v逐漸增大，故D選項正確答案：DGMr GMr GMr 高考總復習高考總復習物理物理題型訓練題

11、型訓練1A(2011年廣州一模）年廣州一模） 某一時刻，所有的地球同步衛(wèi)星 （ ）A向心力相同 B線速度相同C向心加速度相同 D離地心的距離相同D高考總復習高考總復習物理物理1B在地球(看作質(zhì)量均勻分布的球體)上空有許多同步衛(wèi)星，下面說法中正確的是()A它們的質(zhì)量可能不同B它們的速度可能不同C它們的向心加速度可能不同D它們離地心的距離可能不同高考總復習高考總復習物理物理解析：設地球的質(zhì)量為M，同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球半徑為R，同步衛(wèi)星距離地面的高度為h.由可見同步衛(wèi)星離地心的距離是一定的由 ，所以同步衛(wèi)星的速度相同由即同步衛(wèi)星的向心加速度相同由以上各式均可看出地球同步衛(wèi)星的除質(zhì)量可以不同外，其

12、它物理量值都應是固定的所以正確選項為A.答案：AGmMRh2m42T2()Rh 得：h 3GMT242R， GmMRh2mv2Rh得：v GMRh GmMRh2ma 得：aGMRh2 高考總復習高考總復習物理物理人造地球衛(wèi)星的線速度可用 ，可得線速度與軌道半徑的平方根成反比，當rR時，線速度為最大值，最大值為7.9 km/s，(實際上人造衛(wèi)星的軌道半徑總是大于地球的半徑，所以線速度的最大值總是小于7.9 km/s)這個線速度是地球人造衛(wèi)星的最大線速度，也叫第一宇宙速度發(fā)射人造衛(wèi)星時，衛(wèi)星發(fā)射的越高，克服地球的引力做功越大，發(fā)射越困難所以人造地球衛(wèi)星發(fā)射時，一般都發(fā)射到離地很近的軌道上，發(fā)射人造

13、衛(wèi)星的最小發(fā)射速度為7.9 km/s.題型二求天體的第一宇宙速度問題 GMmr2mv2r得 v GMr 高考總復習高考總復習物理物理 若取地球的第一宇宙速度為8 km/s，某行星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的6倍，半徑是地球的1.5倍，這顆行星的第一宇宙速度約為()A2 km/sB4 km/sC16 km/s D32 km/s解析：由某行星的第一宇宙速度為答案：CGMmR2mv2R得 v GMR8 km/s， 高考總復習高考總復習物理物理 題型訓練題型訓練2我國已經(jīng)發(fā)射一顆繞月運行的探月衛(wèi)星“嫦娥1號”設該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第

14、一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運行的速度約為()A0.4 km/s B1.8 km/sC11 km/s D36 km/s高考總復習高考總復習物理物理解析：近地衛(wèi)星的線速度就等于第一宇宙速度，此時衛(wèi)星的向心力由萬有引力提供， 第一宇宙速度v ，根據(jù)題意可知地球上與月球上“第一宇宙速度”之比 又v17.9 km/s，所以月球上的“第一宇宙速度”v2約為1.8 km/s.答案：BGMmR2mv2R， GMR v1v2M1R2M2R192， 高考總復習高考總復習物理物理衛(wèi)星做變軌運行，分析這類問題必須按照這樣的思路：首先分析需要的向心力和提供的向心力的變化，從而確定是做離心運動還是做

15、近心運動然后再利用 分析在新的軌道上的速度的變化題型三衛(wèi)星變軌問題v GMr 高考總復習高考總復習物理物理 如右圖所示，是某次發(fā)射人造衛(wèi)星的示意圖人造衛(wèi)星先在近地的圓周軌道1上運動，然后改在橢圓軌道2上運動，最后在圓周軌道3上運動a點是軌道1、2的交點，b點是軌道2、3的交點人造衛(wèi)星在軌道1上的速度為v1，在軌道2上a點的速度為v2a，在軌道2上b點的速度為v2b，在軌道3上的速度為v3，則以上各速度的大小關系是()Av1v2av2bv3 Bv1v2av2b v3Cv2av1v3v2b Dv2av1v2bv3高考總復習高考總復習物理物理解析：在a、b兩點點火加速過程中，衛(wèi)星速度將增大，所以有v

16、2av1、v3v2b，而v1、v3是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的線速度，由于它們對應的軌道半徑r1 r3，所以v1v3.把以上不等式連接起來，可得到結論：v2av1v3v2b，C正確(這里還可介紹：衛(wèi)星沿橢圓軌道由ab運行時，由于只有重力做負功，衛(wèi)星機械能守恒，其重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，因此有v2av2b.)答案：C高考總復習高考總復習物理物理 題型訓練題型訓練3關于航天飛機與空間站對接問題，下列說法正確的是()A先讓航天飛機與空間站在同一軌道上，然后讓航天飛機加速，即可實現(xiàn)對接B先讓航天飛機與空間站在同一軌道上，然后讓航天飛機減速，即可實現(xiàn)對接C先讓航天飛機進入較低的軌道，然后再

17、對其進行加速，即可實現(xiàn)對接D先讓航天飛機進入較高的軌道，然后再對其進行加速，即可實現(xiàn)對接高考總復習高考總復習物理物理解析：m2不能像在地面上行駛的汽車一樣加大速度去追趕m1，而應先通過反向制動火箭把速度變小，這樣萬有引力就大于m2做勻速圓周運動所需要的向心力，從而軌道半徑變小，在較低軌道上做勻速圓周運動由于在較低軌道上m2的運行速度要大些，大于m1的運行速度，就會慢慢趕上前上方的m1，再在恰當位置m2通過助推火箭把速度變大，這時萬有引力又小于所需要的向心力，m2將做離心運動，軌道半徑將變大到與m1相同，這時就追上答案：C高考總復習高考總復習物理物理高考總復習高考總復習物理物理警示錯誤認為衛(wèi)星克服阻力做功后，衛(wèi)星軌道半徑將變大 一顆正在繞地球轉(zhuǎn)動的人造衛(wèi)星，由于受到空氣阻力作用在以后的運動過程中，將會出現(xiàn)()A速度變小B動能增大C角速度變小 D半徑變大高考總復習高考總復習物理物理錯解：當衛(wèi)星受到阻力作用時，由于衛(wèi)星克服阻力做功動能減小，速度變小，為了繼續(xù)環(huán)繞地球，由v 可知，v減小則半徑r必增大，又因 ，故變小，可見應該選A、C、D.分析糾錯：當衛(wèi)星受到空氣阻力作用后，其向心力大于萬有引力，衛(wèi)星將做向心運動，半徑減小，由v 可知，r減小v增大，動能、角速度也要增大，可見B選項正確答案：BGMr GMr vr 高考總復習高考總復習物理物理祝祝您您