高考物理人造衛(wèi)星系列問(wèn)題-文庫(kù)吧
2024-10-20 01:03 本頁(yè)面
【正文】 ） 解 （ 2）地球同步衛(wèi)星的重力加速度為 /2000Rg = ( ) gR + h地球?qū)λ娜f(wàn)有引力大小可認(rèn)為等于同步衛(wèi)星的重力來(lái)提供向心力 ,即 200 20Rmg(R + h )=mω 02（ R0+h） 所以 2003020Rgh = RωF向 =mω 02（ R0+h） = 2430004 π 16 π GMm (R + h ) = mTT(ABCD) 專(zhuān)題聚焦 （ 3）地球同步通信衛(wèi)星離地面的高度 h為 ，則衛(wèi)星離地面的高度就被確定 200320Rgω202G M T4πB. － R0 C. － R0 ，但衛(wèi)星離地面的高度可以選擇 .高度增加，環(huán)繞速度增大，高度降低，環(huán)繞速度減小，仍能同步 解： （ 3）因?yàn)? 2003020Rgh = Rω式中 R0、 g0、 ω 0都是確定的， 故 h被確定 002πω =T220 0 002R g T∴ h = R4 π(ABC) 三、衛(wèi)星的變軌 v1 v2 v3 v4 專(zhuān)題聚焦 由于技術(shù)上的原因，衛(wèi)星的發(fā)射往往要分幾個(gè)階段，經(jīng)過(guò)多次變軌后才能定點(diǎn)于預(yù)定的位置。 例 1. 如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道，然后在 P點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道（該橢圓軌道的近地點(diǎn)為近地圓軌道上的 P，遠(yuǎn)地點(diǎn)為同步軌道上的 Q），到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的速率為 v1，在 P點(diǎn)短時(shí)間加速后的速率為 v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn) Q時(shí)的速率為 v3，在 Q點(diǎn)短時(shí)間加速后 進(jìn)入同步軌道后的速率為 v4。試比較 v v v v4的大小，并用小于號(hào)將它們排列起來(lái) ______。 v1 v2 v3 v4 專(zhuān)題聚焦 P Q 解答 :根據(jù)題意有 v2v1,v4v3 而 v v4是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的線速度，由下式 知 v1v4 ?G M 1v=r r故結(jié)論為 v2v1v4v3 衛(wèi)星沿橢圓軌道由 P→ Q運(yùn)行 時(shí)，由 機(jī)械能守恒 可知，其重 力勢(shì)能逐漸增大，動(dòng)能逐漸減小，因此有 v2v3 衛(wèi)星的回收實(shí)際上是衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程的逆過(guò)程 四、不同高度的衛(wèi)星 ?G M 1v=r r ?33rT = 2 π rGM 可知 ,在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中， 離地面越高的衛(wèi)星，軌道 半徑越大、線速度越小、周期越大 。 衛(wèi)星由低軌道運(yùn)行變到高軌道運(yùn)行 : 專(zhuān)題聚焦 由式 速度減小 ,動(dòng)能減小 ， 衛(wèi)星的動(dòng)能可計(jì)算得到 KG M mE=2r重力加速度 g隨高度增大而減小，重力勢(shì)能不能再用Ek=mgh計(jì)算，而用公式 計(jì)算 ,重力勢(shì)能增大 . PG M mE = r總機(jī)械能為 G M mE = 2r所以 ,同樣質(zhì)量的衛(wèi)星 ,軌道 半徑越大 ,即離地面越高 ,衛(wèi)星具有的 機(jī)械能越大 ， 發(fā)射需要的 總能量越多 ,就 越困難。 專(zhuān)題聚焦 例 2.“神舟六號(hào)”順利發(fā)射升空后，在離地面 345km的圓軌道上運(yùn)行了 108圈。運(yùn)行中需要進(jìn)行多次“軌道維持”。所謂“軌道維持”就是通過(guò)控制飛船上發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力的大小方向，使飛船能保持在預(yù)定軌道上穩(wěn)定運(yùn)行。如果不進(jìn)行軌道維持，由于飛船受軌道上稀薄空氣的摩擦阻力，軌道高度會(huì)逐漸降低，在這種情況下飛船的動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能變化情況將會(huì)是 Ａ .動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能都逐漸減小 Ｂ .重力勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，機(jī)械能不變 Ｃ .重力勢(shì)能逐漸增大，動(dòng)能逐漸減小，機(jī)械能不變 Ｄ .重力勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，機(jī)械能逐漸減小 解答 :由于阻力很小，軌道高度的變化很慢， 衛(wèi)星運(yùn)行的每一圈仍可認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 由于摩擦阻力做負(fù)功所以衛(wèi)星的 機(jī)械能減小 ；由于重力做正功所以 重力勢(shì)能減小 ；由上述規(guī)律可知衛(wèi)星 動(dòng)能將增大 (說(shuō)明重力做的功大于克服阻力做的功，外力做的總功為正 )。 D a 五、航天器的動(dòng)力 ⑴ 采用離子發(fā)動(dòng)機(jī) 專(zhuān)題聚焦 航天器的發(fā)射一般都由化學(xué)燃料火箭完成。航天器的姿態(tài)控制、軌道維持以及遠(yuǎn)程探測(cè)器的運(yùn)行動(dòng)力，就不能完全靠化學(xué)燃料了。已經(jīng)實(shí)驗(yàn)成功的和正在開(kāi)展研究的一些方法和途徑是： 原理 是利用 電場(chǎng)加速離子 ，將離子高速向后 噴出 ， 利用反沖 使航天器得到加速。 根據(jù)類(lèi)似的思路，還有人設(shè)計(jì)出 “ 微波爐 發(fā)動(dòng)機(jī) ” ，即使微波的頻率和所用 “ 燃料 ” 分 子的固有頻率相等，使其發(fā)生 共振 ，分子動(dòng)能迅速增大，再將它定向噴出，利用反沖使航天器得到加速。 專(zhuān)題聚焦 13154Xe 例 3. 美國(guó) 1998年發(fā)射的“深空一號(hào)”探測(cè)器使用了“離子發(fā)動(dòng)機(jī)”技術(shù)。其原理是設(shè)法使探測(cè)器內(nèi)攜帶的惰性氣體氙 ( )的中性原子變?yōu)橐粌r(jià)離子，然后用電場(chǎng)加速這些氙離子使其高速?gòu)奶綔y(cè)器尾部噴出，利用反沖使探測(cè)器得到推動(dòng)力。
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