高中物理 第三章 萬有引力定律 第4節(jié) 人造衛(wèi)星 宇宙速度 3 同步衛(wèi)星的特點及發(fā)射學案 教科版

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精同步衛(wèi)星的特點及發(fā)射一、考點突破：考點課程目標備注同步衛(wèi)星的特點及發(fā)射1。 理解并運用萬有引力定律處理地球同步衛(wèi)星問題的思路和方法。2. 了解地球同步衛(wèi)星的運動特點。3. 地球同步衛(wèi)星和其他衛(wèi)星運動的共同點,會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量。高考重點，通常以選擇題的形式考查,考查重點是同步衛(wèi)星的特點及同步衛(wèi)星的動力學特征，同時結(jié)合我國的航天事業(yè)飛速發(fā)展，以我國的航天科技實例為背景進行命題。二、重難點提示：重點：地球同步衛(wèi)星的軌道特點和運行規(guī)律.難點：地球同步衛(wèi)星的軌道位置的確定.一、地球同步衛(wèi)星相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星.1. 同步衛(wèi)星的特點

2、（1)同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)方向一致。（2)同步衛(wèi)星的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度相等?！局匾崾尽客叫l(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期一致，是24h。所以同步衛(wèi)星的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度相等。（3）同步衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面共面。（4）同步衛(wèi)星的高度一定，?！疽c詮釋】由，得：，因為t一定，所以r一定,而（h為同步衛(wèi)星離地面的垂直高度,r為地球半徑)，也就是說,所有的同步衛(wèi)星都位于赤道上方相同高度上。即所有同步衛(wèi)星都在同一個軌道上。因為它們的角速度相等,所以不會發(fā)生“追尾”的問題。這一高度大約為。（5)同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度大小一定相等.二、同步衛(wèi)星的發(fā)射1。 第一步：把衛(wèi)星發(fā)射到近地圓軌道1動力學規(guī)律

3、：(供需平衡）由于近地，故r為地球半徑。2。 第二步:變軌點火加速（供小于求）離心，沿橢圓軌道2運動。點火位置為a,a為近地點,b為遠地點。3. 第三步：在遠地點再次加速進入同步軌道3動力學規(guī)律：（供需平衡）【重要提示】同步衛(wèi)星相對地面靜止,相對地心勻速圓周運動。三、同步衛(wèi)星的回收在三軌道上向前噴氣減速（如圖中b點),供大于需,進入橢圓軌道2運動,在a點再次減速進入圓軌道1運動,在1上再次減速返回地面. 例題1 發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1,然后點火,使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火.將衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于q點,軌道2、3相切于p點(如圖），則當衛(wèi)星分別在

4、1，2，3 軌道上正常運行時，以下說法正確的是（ ）a。 衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1的速率b. 衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度c。 衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過q點時的加速度d。 衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過p點的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過p點的加速度思路分析：由萬有引力等于向心力可得，衛(wèi)星軌道半徑越小，環(huán)繞速度越大，角速度越大，衛(wèi)星在軌道3上的速率小于在軌道1的速率，衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度，選項a錯誤，b正確；衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過q點時和它在軌道2上經(jīng)過q點時所受萬有引力相等，加速度相等，選項c錯誤；衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過p點時和它在軌道3上

5、經(jīng)過p點時所受萬有引力相等，加速度相等，選項d正確。答案：bd例題2 （天津卷）研究表明，地球自轉(zhuǎn)在逐漸變慢，3億年前地球自轉(zhuǎn)的周期約為22小時.假設這種趨勢會持續(xù)下去，地球的其他條件都不變，未來人類發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與現(xiàn)在相比（ )a。 距地球的高度變大 b. 向心加速度變大c。 線速度變大 d。 角速度變大思路分析：同步衛(wèi)星與地球的自轉(zhuǎn)周期相同，若地球的自轉(zhuǎn)周期變大，那么同步衛(wèi)星的角速度將變小，d項錯誤;根據(jù)萬有引力提供向心力，有：，角速度變小，同步衛(wèi)星離地高度將變大，a項正確；由可知，同步衛(wèi)星的向心加速度將減小,b項錯誤；由可知，線速度變小，c項錯誤。答案：a【方法提煉】衛(wèi)星繞地球的運動

6、,萬有引力提供向心力。衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道平面一定過地心，軌道半徑等于衛(wèi)星與地心的距離。地球同步衛(wèi)星的軌道一定與赤道共面，其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期.衛(wèi)星問題是高考熱點,解決地球同步衛(wèi)星問題的方法是,根據(jù)題述條件及物理情景,利用衛(wèi)星周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，應用衛(wèi)星相關(guān)規(guī)律列出相應方程聯(lián)立解得.滿分訓練：已知地球同步衛(wèi)星離地面的高度約為地球半徑的6倍。若某行星的平均密度為地球平均密度的一半,它的同步衛(wèi)星距其表面的高度是其半徑的2。5倍，則該行星的自轉(zhuǎn)周期約為（ )a。 6小時 b. 12小時 c. 24小時 d. 36小時思路分析：設地球半徑為r1，某行星的半徑為r2，則地球的同步衛(wèi)星的周期為t124小時，軌道半徑為r17r1，密度1。某行星的同步衛(wèi)星周期為