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《人造衛(wèi)星問題專題》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、人造衛(wèi)星問題專題一.教學(xué)內(nèi)容:人造衛(wèi)星問題專題二.學(xué)習(xí)目標(biāo):1、掌握人造衛(wèi)星的力學(xué)及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。2、掌握地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)及相關(guān)的題目類型。3、強(qiáng)化對(duì)于人造衛(wèi)星問題中典型題型的相關(guān)解法??键c(diǎn)地位:人造衛(wèi)星問題是萬有引力定律應(yīng)用部分的難點(diǎn)問題,是近幾年高考命題的熱點(diǎn),這部分內(nèi)容綜合性很強(qiáng),從高考出題形式上分析,突出了對(duì)于衛(wèi)星的發(fā)射、運(yùn)轉(zhuǎn)、回收等多方面的考查,人造衛(wèi)星問題中涉及到的同步衛(wèi)星的定位,人造衛(wèi)星問題中的超重失重問題,人造衛(wèi)星與地理知識(shí)與現(xiàn)代科技知識(shí)的綜合問題,都是近幾年高考考查的熱點(diǎn)問題,2007年全國(guó)各地的高考題目中,2007年廣東單科卷第16題是以大型計(jì)算題目形式出
2、現(xiàn)的,2007年天津理綜卷的第17題四川理綜卷的第17題均以繞月探測(cè)工程為物理背景以選擇題形式出現(xiàn)。三.重難點(diǎn)解析:1.人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度對(duì)于人造地球衛(wèi)星,由,得,這一速度是人造地球衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行速度,其大小隨軌道半徑的增大而減小,但是,由于在人造地球衛(wèi)星發(fā)射過程中火箭要克服地球引力做功,所以將衛(wèi)星發(fā)射到距地球越遠(yuǎn)的軌道,在地面上所需的發(fā)射速度就越大。2.人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度、角速度、周期與半徑的關(guān)系根據(jù)萬有引力提供向心力,則有(1)由,得,即人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度與軌道半徑的平方根成反比,所以半徑越大(即衛(wèi)星離地面越高),線速度越小。(2)由,得,即,故半徑越大,角速度
3、越小。(3)由,得,即,所以半徑越大,周期越長(zhǎng),發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小周期約為85分鐘。3.人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度(環(huán)繞速度)(1)發(fā)射速度是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時(shí)的速度,并且一旦發(fā)射后就再也沒有補(bǔ)充能量,被發(fā)射物僅依靠自身的初動(dòng)能克服地球引力做功上升一定高度,進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道(注意:發(fā)射速度不是應(yīng)用多級(jí)運(yùn)載火箭發(fā)射時(shí),被發(fā)射物離開地面發(fā)射裝置的初速度)。要發(fā)射一顆人造衛(wèi)星,發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。因此,第一宇宙速度又是最小的發(fā)射速度。衛(wèi)星離地面越高,衛(wèi)星的發(fā)射速度越大,貼近地球表面的衛(wèi)星(近地衛(wèi)星)的發(fā)射速度最小,就是其運(yùn)行速度即第一宇宙速度。(2)運(yùn)
4、行速度是指衛(wèi)星在進(jìn)入軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度,根據(jù)可知,衛(wèi)星越高,半徑越大,衛(wèi)星的運(yùn)行速度(環(huán)繞速度)就越小,近地衛(wèi)星可認(rèn)為,其他較高衛(wèi)星的。4.人造衛(wèi)星的超重與失重(1)人造衛(wèi)星在發(fā)射升空時(shí),有一段加速運(yùn)動(dòng):在返回地面時(shí),有一段減速運(yùn)動(dòng),這兩個(gè)過程加速度方向均向上,因而都是超重狀態(tài)。(2)人造衛(wèi)星在沿圓軌道運(yùn)行時(shí),由于萬有引力提供向心力,所以處于完全失重狀態(tài),在這種情況下凡是與重力有關(guān)的力學(xué)現(xiàn)象都會(huì)停止發(fā)生。因此,在衛(wèi)星上的儀器,凡是制造原理與重力有關(guān)的均不能使用,同理,與重力有關(guān)的實(shí)驗(yàn)也將無法進(jìn)行。5.人造衛(wèi)星的加速度(1)引力加速度。(2)重力加速度。(3)
5、向心加速度。(4)衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度和物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度的比較。衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力完全是由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供的,而放在地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力是由萬有引力的一個(gè)分力提供的,兩個(gè)向心力的數(shù)值相差很多,如質(zhì)量為的物體在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力只有,而它所受地球引力約為。衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度,其中M為地球質(zhì)量,r為衛(wèi)星與地心間的距離;物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度,其中T為地球自轉(zhuǎn)周期,R為地球半徑。6.地球同步衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星,又叫通訊衛(wèi)星。同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與
6、地球自轉(zhuǎn)方向一致。(2)同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,且(3)同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。(4)要與地球同步,衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行,又由于向心力是萬有引力提供的,萬有引力必須在軌道平面上,所以同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上,即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方,不可能定點(diǎn)在我國(guó)某地上空。(5)同步衛(wèi)星高度固定不變。所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑r、環(huán)繞速度v、角速度及向心加速度a的大小均相同。【典型例題】問題1、同步衛(wèi)星問題:例1.地球赤道上有一物體隨地球的自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動(dòng),所受的向心力為,向心加速度為,線速度為,角速度為,繞地球表面附近做圓
7、周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星(高度忽略)所受的向心力為,向心加速度為,線速度為,角速度為;地球同步衛(wèi)星所受的向心力為,向心加速度為,線速度為,角速度為;地球表面重力加速度為,第一宇宙速度為,假設(shè)三者質(zhì)量相等,則A.B.C.D.答案:D變式:考題:如圖(1)所示,地球上空有人造地球同步通信衛(wèi)星,它們向地球發(fā)射微波,但無論同步衛(wèi)星數(shù)目增到多少個(gè),地球表面上總有一部分面積不能直接收到它們發(fā)射來的微波,問這個(gè)面積S與地球面積之比至少有多大?結(jié)果要求保留兩位有效數(shù)字,已知地球半徑,半徑為R,高為h的球缺的表面積為,球面積為。(1)(2)