20xx教科版高中物理必修二34人造衛(wèi)星宇宙速度(完整版)
【正文】 1． 越大 向心 課堂活動區(qū) 核心知識探究 一、 [問題情境 ] 1. 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力 ， 地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心 ． 而做勻速圓周運動的物體的向心力時刻指向它做圓周運動的圓心 ． 因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合 ， 而這樣的軌道有多種 ， 其中比較特殊的有與赤道 共面的赤道軌道和通過兩極上空的極地軌道 ． 當(dāng)然也應(yīng) 存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道 ， 只要圓心在地心 ， 就可能是衛(wèi)星繞地球運行的軌道 ． 如圖所示 ． [要點提煉 ] (1) GMr 越小 (2)越小 (3)2π r3GM 越大 (4)GMr2 2． (1)由 GMmr2 ＝ m(2πT )2r 知 r＝ 3 GMT24π2 ， 由于 T 一定 ， 故 r 不變 ， 而 r＝ R＋ h， h 為離地面的高度 ， h＝ 3 GMT24π2 － 因 GM＝ gR2， 代入數(shù)據(jù) T＝ 24 h＝ 86 400 s， g取 m/s2，R＝ 6 400 km， 得 h＝ 104 km. 也就是說 ， 同步衛(wèi)星必須定位于赤道的正上方 ， 離地面的高度約為 104 km. (2)同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度大小一定 ： 設(shè)其運行速度為 v， 由于 G Mm?R＋ h?2＝ m v2R＋ h， 所以 v＝ GMR＋ h＝ gR2R＋ h ＝ ? 106?2 106＋ 107 m/s＝ 103 m/s. [問題延伸 ] 在人造衛(wèi)星的發(fā)射過程中 ， 整個衛(wèi)星以加速度 a向上加速運動 ， 這時衛(wèi)星中的人和其他物體的動力學(xué)方程為 N－ mg＝ ma， N＝ mg＋ ma 即 Nmg， 這是超重狀態(tài) ． 當(dāng)衛(wèi)星進入軌道以后 ， 圍繞地球做勻速圓周運動 ， 這時衛(wèi)星中的人和其他物體均以本身
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