高考物理人造衛(wèi)星系列問題-展示頁
2024-11-21 01:03本頁面
【正文】 r、線速度大小 v和周期 T是一一對應(yīng)的，其中一個量確定后，另外兩個量也就唯一確定了。 ? ??33G M 1v = … … … … 4r r即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運行的角速度越小 。 第二輪能力專題： 人造衛(wèi)星系列問題 專題解說 一 .命題趨向與考點 衛(wèi)星問題貼近科技前沿，且與物理知識（如萬有引力定律、勻速圓周運動、牛頓運動定律等）及地理知識有十分密切的相關(guān)性，以此為背景的高考命題立意高、情景新、綜合性強，對考生的理解能力、綜合分析能力、信息提煉處理能力及空間想象能力提出了極高的要求，是新高考突出學(xué)科內(nèi)及跨學(xué)科間綜合創(chuàng)新能力考查的命題熱點，亦是考生備考應(yīng)試的難點 . 考生應(yīng)試失誤的原因主要表現(xiàn)在： （ 1）對衛(wèi)星運行的過程及遵循的規(guī)律認(rèn)識不清，理解不透，難以建立清晰的物理情景 . （ 2）對衛(wèi)星運行中力與運動量間，能量轉(zhuǎn)化間的關(guān)系難以明晰，對諸多公式含義模糊不清 . 專題解說 二 .知識概要與方法 一般情況下運行的衛(wèi)星，其所受萬有引力 不是剛好 提供向心力，此時，衛(wèi)星的 運行速率及軌道半徑 就要發(fā)生 變化 ，萬有引力 做功 ，我們將其稱為 不穩(wěn)定運行 即變軌運動； 當(dāng)衛(wèi)星所受萬有引力 剛好 提供向心力時，它的運行速率 就 不再 發(fā)生 變化 ，軌道 半徑確定 不變從而做勻速圓周運動，我們稱為 穩(wěn)定運行 . 用 M、 m分別表示地球和衛(wèi)星的質(zhì)量，用 R表示地球半徑， r表示人造衛(wèi)星的軌道半徑，可以得到： ? ?? ??????2222G M m m v 2 π= = m r = m r … … … … 1rTr 專題解說 由此得出三個重要的結(jié)論： ? ??G M 1v = … … … … 2r r? ??33rT = 2 π r… … … … 3GM即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運行的速度越小 。 即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運行的周期越長 。 2G M mm g =R2G M = g R 而 不穩(wěn)定運行 的衛(wèi)星則不具備上述關(guān)系，其運行速率和軌道半徑都在發(fā)生著變化 . 專題解說 在地球表面上的物體所受的萬有引力大小可以認(rèn)為和重力大小相等（ 萬有引力的另一個分力是使物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力，最多只占萬有引力的 %，計算中可以忽略） 。 一、第一宇宙速度 人造衛(wèi)星在 地面附近 繞地球做 勻速圓周運動所 必須 具有的 最小發(fā)射 速度，叫做 第一宇宙速度。 專題聚焦 前提是在 地面附近 繞地球做 勻速圓周 運動，對應(yīng)的速度是唯一的 二、兩種最常見的衛(wèi)星 ?近地衛(wèi)星 軌道半徑近似地可認(rèn)為等于地球半徑，速率 v=，周期 T=85min。 ?同步衛(wèi)星 地球同步衛(wèi)星是 相對地球表面靜止 的 穩(wěn)定運行 衛(wèi)星 . 專題聚焦 神舟六號飛船的運行軌道離地面的高度為 345 km，線速度約 ，周期約 90min。 (3)軌道半徑為 r= 104 h== 104km一定的 . (4)線速度大小為 v=ω 0r= 103m/s為定值，繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同 即由西向東 . 專題聚焦 專題聚焦 三顆同步衛(wèi)星反射信號可以覆蓋整個赤道 為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約 30左右才能放置 1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有 120顆。 專題聚焦 例 m表示地球同步通信衛(wèi)星的質(zhì)量、h表示衛(wèi)星離地面的高度、 M表示地球的質(zhì)量、 R0表示地球的半徑、 g0表示地球表面處的重力加速度、 T0表示地球自轉(zhuǎn)的周期、 ω0表示地球自轉(zhuǎn)的角速度，則： （ 1）地球同步通信衛(wèi)星的環(huán)繞速度 v為 （ R0+h） B. 0GMR + h3 0GM ωC. D. 302 π GMT解： （ 1）設(shè)地球同步衛(wèi)星離地心的高度為 r,則 r=R0+h則環(huán)繞速度 v=ω 0r=ω 0（ R0+h） 同步衛(wèi)星圓周運動由萬有引力提供向心力：即 22M m vG = mrr得 0G M G Mv = =r R + h又有 202MmG = m ω rr則 3 20GMr=ω 3330 0 0200G M 2 π GMv= ω r= ω = G M ω =ω T(ABCD) 專題聚焦 （ 2）地球同步通信衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f有引力 F的大小為 20020Rg(R + h )243 0 0 0Rg ω43 4016 π GMT （ R0+h） 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有引力大小可認(rèn)為等于同步衛(wèi)星的重力來提供向心力 ,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) 專題聚焦 （ 3）地
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