宇宙航行并答案

1、6.5宇宙航行 序號：12班級：_ 姓名:_【學習目標】1 了解人造地球衛(wèi)星的最初構想2理解人造衛(wèi)星的幾個運動物理量與軌道半徑r的關系3知道三個宇宙速度的含義和數(shù)值，會推導第一宇宙速度4感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感【課前預習】1.人造地球衛(wèi)星的設想如圖所示，當物體的_足夠大時，它將會圍繞地球旋轉而不再落回地球表面，成為一顆繞地球轉動的_ ，此時它的運動可看做_運動，運動所需要的向心力由_提供。2宇宙速度（1）第一宇宙速度（v1= m/s）： 推導：思考：大家可記得在別的什么地方我們也接觸到了7.9km/s這個速度啊？請推導第一宇宙速度的另一個表達式v=（2）第二宇宙速度（v2= m/

2、s）： （3）第三宇宙速度(v3= m/s)： 3人造地球衛(wèi)星的幾個運動物理量與軌道半徑r的關系：（1）線速度v與軌道半徑r的關系： 由 可得v= （2）角速度與軌道半徑r的關系：由 可得= （3）加速度a與軌道半徑r的關系：由 可得a= （4）周期T與軌道半徑r的關系：由 可得T= 思考： 人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大的速度是多大？【難點突破】1、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和環(huán)繞速度（1）發(fā)射速度：當發(fā)射速度等于第一宇宙速度時，衛(wèi)星只能“貼著”地面做近地飛行，要使人造衛(wèi)星在距地面較高的軌道上運行，就必須滿足發(fā)射速度大于第一宇宙速速。因此，第一宇宙速度就是最小發(fā)射速度。（2）環(huán)繞速度：當衛(wèi)星近地

3、飛行時，環(huán)繞速度等于第一宇宙速度。根據(jù)可知，人造衛(wèi)星軌道半徑r越大，環(huán)繞速度越小。由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，衛(wèi)星的實際運行速度要小于第一宇宙速度。所以，第一宇宙速度就是最大環(huán)繞速度。2、地球同步衛(wèi)星（1）運轉方向與地球的自轉方向相同，均為自西向東；（2）運轉周期與地球自轉周期相同，均為24h，角速度與地球自轉角速度相同；（3）相對于地面靜止，位于赤道上空的某一點，距離地面高度約為3.59×104km；（4）所有同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度大小一定，均為3.08km/s，所有同步衛(wèi)星由于到地心距離相同，所以，它們繞地球運動的向心加速度大小都相同，約為0.23m/s2【典型例題】題型一

4、：宇宙速度例1、金星的半徑是地球的0.95倍，質量為地球的0.82倍。那么，(1)金星表面的自由落體加速度是多大？(2)金星的第一宇宙速度是多大？變式1、已知地球半徑為R，質量為M，自轉角速度為，地面重力加速度為g，萬有引力恒量為G，地球同步衛(wèi)星的運行速度為v，則第一宇宙速度的值可表示為()A BC DR題型二：同步衛(wèi)星例2、據(jù)報道，我國數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號01星”于2008年4月25日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4次變軌控制后，于5月1日成功定點在東經(jīng)77°赤道上空的同步軌道。關于成功定點后的“天鏈一號01星”，下列說法正確的是()A運行速度大于7.9km/sB離地面高度一定

5、，相對地面靜止C繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的角速度大D向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等變式2、地球上兩相距很遠的觀察者，都發(fā)現(xiàn)自己的正上方有一顆人造衛(wèi)星，相對自己靜止不動，則這兩位觀察者的位置以及兩顆人造衛(wèi)星到地球中心的距離可能是()A一人在南極，一人在北極，觀察不到此現(xiàn)象B一人在南極，一人在北極，兩衛(wèi)星到地球中心的距離可以不等，但應成整數(shù)倍C兩人都在赤道上，兩衛(wèi)星到地球中心的距離一定相等D兩人都在赤道上，兩衛(wèi)星到地球中心的距離可以不等，但應成整數(shù)倍題型三：衛(wèi)星的發(fā)射與變軌問題 例3、我國是能夠獨立設計和發(fā)射地球同步衛(wèi)星的國家之一。發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地

6、圓軌道1，然后經(jīng)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，如圖所示，則當衛(wèi)星分別在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上的速率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點時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度變式3、2007年10月24日我國從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了“嫦娥一號”，“嫦娥一號”飛行的路線示意圖如下圖，關于嫦娥一號相關的說法中，正確的是()A在P點由a軌道轉變到b軌道

7、時，速度必須變小B在Q點由d軌道轉變到c軌道時，速度必須變小(不計嫦娥一號的質量變化)C在b軌道上，P點速度比R點速度大D嫦娥一號在a、b軌道上正常運行時，通過同一點P時，加速度相等【隨堂鞏固】1、假定宇宙空間站繞地球做勻速圓周運動，則在空間站上，下列實驗不能做成的是：（）A、天平稱物體的質量B、用彈簧秤測物體的重量C、用測力計測力D、用水銀氣壓計測飛船上密閉倉內的氣體壓強2、土星的外層有一個環(huán)，為了判斷它是土星的一部分，即土星的“連續(xù)群”，還是土星的“衛(wèi)星群”，可以通過測量環(huán)中各層的線速度v與該層到土星中心的距離R之間的關系來判斷：（）A. 若vR，則該層是土星的連續(xù)群B. 若v2R，則該層

8、是土星的衛(wèi)星群C. 若，則該層是土星的連續(xù)群D. 若，則該層是土星的衛(wèi)星群3、月球的質量約為地球的1/81，半徑約為地球半徑的1/4，地球上第一宇宙速度約為7.9km/s,則月球上第一宇宙速度為多少？4、人造地球衛(wèi)星與地面的距離為地球半徑的1.5倍，衛(wèi)星正以角速度做勻速圓周運動，地面的重力加速度為，、 、這三個物理量之間的關系是（ ）： ： ： ：5、下列關于地球同步衛(wèi)星的說法中正確的是：（ ）A、為避免通訊衛(wèi)星在軌道上相撞，應使它們運行在不同的軌道上B、通訊衛(wèi)星定點在地球赤道上空某處，所有通訊衛(wèi)星的周期都是24hC、不同國家發(fā)射通訊衛(wèi)星的地點不同，這些衛(wèi)星的軌道不一定在同一平面上D、不同通訊

9、衛(wèi)星運行的線速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的。6、地球同步衛(wèi)星到地心的距離r可由求出，已知式中a的單位是m，b的單位是s，c的單位是m/s2，則： （ ）Aa是地球半徑，b是地球自轉的周期，C是地球表面處的重力加速度；Ba是地球半徑。b是同步衛(wèi)星繞地心運動的周期，C是同步衛(wèi)星的加速度；Ca是赤道周長，b是地球自轉周期，C是同步衛(wèi)星的加速度Da是地球半徑，b是同步衛(wèi)星繞地心運動的周期，C是地球表面處的重力加速度。7、偵察衛(wèi)星在通過地球兩極上的圓軌道上運行，它的運行軌道距地面高度為h，要使衛(wèi)星在一天的時間內將地面上赤道各處在日照條件的情況下全都拍攝下來，衛(wèi)星在通過赤道上空時，衛(wèi)星上的攝像機

10、至少應拍攝地面上赤道圓周的弧長是多少？設地球半徑為R，地面處的重力加速度為g，地球自轉的周期為T。地球8、如圖是在同一平面不同軌道上運行的兩顆人造地球衛(wèi)星。設它們運行的周期分別是T1、T2，(T1T2)，且某時刻兩衛(wèi)星相距最近。問：兩衛(wèi)星再次相距最近的時間是多少？兩衛(wèi)星相距最遠的時間是多少？地球PQv2v1v2/v31239、發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓形軌道1運行，然后點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步圓形軌道3運行。設軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，則衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，比較衛(wèi)星經(jīng)過軌道1、2上的Q點的加速度的大小；以及衛(wèi)星經(jīng)

11、過軌道2、3上的P點的加速度的大小設衛(wèi)星在軌道1、3上的速度大小為v1、v3 ，在橢圓軌道上Q、P點的速度大小分別是v2、v2/，比較四個速度的大小10、“黑洞”問題是愛因斯坦廣義相對論中預言的一種特殊的天體。它的密度很大，對周圍的物質（包括光子）有極強的吸引力。根據(jù)愛因斯坦理論，光子是有質量的，光子到達黑洞表面時，也將被吸入，最多恰能繞黑洞表面做圓周運動。根據(jù)天文觀察，銀河系中心可能有一個黑洞，距離可能黑洞為6.0×1012m遠的星體正以2.0×106m/s的速度繞它旋轉，據(jù)此估算該可能黑洞的最大半徑是多少？（保留一位有效數(shù)字）11、科學探測表明，月球上至少存在氧、硅、鋁

12、、鐵等豐富的礦產(chǎn)資源。設想人類開發(fā)月球，不斷地月球上的礦藏搬運到地球上，假定經(jīng)過長時間開采以后，月球和地球仍看做均勻球體，月球仍然在開采前的軌道運動，請問：地球與月球的引力怎么變化？月球繞地球運動的周期怎么變化？月球繞地球運動的速率怎么變化？參考答案典型例題例1、解析：(1)由于萬有引力產(chǎn)生重力，設金星和地球的半徑、質量及星球表面的自由落體的加速度分別為r1、m1、g1、r2、m2、g2。分別對金星和地球列兩個方程：Gmm1/rmg1Gmm2/rmg2÷式得：g1××g28.9m/s2。(2)重力提供星體做圓周運動的向心力。設星體的質量為m，分別對金星和地球列兩個

13、方程：mg1mv/r1，mg2mv/r2由上兩式得：v1v27.3km/s答案：(1)8.9m/s2(2)7.3km/s變式1、答案：ABC解析：第一宇宙速度等于近地衛(wèi)星運行的速度，由mg，解得第一宇宙速度v1，A、C項正確；對同步衛(wèi)星，設運行半徑為r，由vr，結合m得v1，B項正確。例2、解析：由萬有引力提供向心力得：，v，即線速度v隨軌道半徑r的增大而減小，7.9km/s為第一宇宙速度即圍繞地球表面運行的速度，因同步衛(wèi)星軌道半徑比地球半徑大很多，因此其線速度應小于7.9km/s，故A錯；因同步衛(wèi)星與地球自轉同步，即T、相同，因此其相對地面靜止，由公式m(Rh)2得：hR，因G、M、R均為定

14、值，因此h一定為定值，故B對；變式2、C例3、解析：本題主要考查人造衛(wèi)星的運動，尤其是考查了同步衛(wèi)星的發(fā)射過程，對考生理解物理模型有很高的要求。由Gm得v因為r3r1所以v3v1由Gm2r得因為r3r1，所以31衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)Q點時的加速度為地球引力產(chǎn)生的加速度，而在軌道2上經(jīng)過Q點時，也只有地球引力產(chǎn)生加速度，故應相等，同理，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)P點時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度。答案：BD變式3、答案：BCD隨堂鞏固1、【答案】:ABD【解析】：本題考察了宇宙空間站上的“完全失重”現(xiàn)象。2、【答案】:AD【解析】：本題考察連續(xù)物與分離物的特點與規(guī)律該環(huán)若是土星的連續(xù)群，則它與土

15、星有共同的自轉角速度， ，因此vR該環(huán)若是土星的衛(wèi)星群，由萬有引力定律得： 故A、D正確土星也在自轉，能分清環(huán)是土星上的連帶物，還是土星的衛(wèi)星，搞清運用的物理規(guī)律，是解題的關鍵。同時也要注意，衛(wèi)星不一定都是同步衛(wèi)星。3、【答案】: 【解析】：設月球質量為M，地球質量81M；月球半徑為R，地球半徑為4R。則有 則速度之比為，月球第一宇宙速度為4、【答案】:A【解析】：首先要注意的是衛(wèi)星軌道半徑為1.5+1=2.5R，利用有，又因為，有A5、【答案】:BD【解析】：本題考察地球同步衛(wèi)星的特點及其規(guī)律。同步衛(wèi)星運動的周期與地球自轉周期相同，T=24h，角速度一定根據(jù)萬有引力定律得知通訊衛(wèi)星的運行軌道

16、是一定的，離開地面的高度也是一定的。地球對衛(wèi)星的引力提供了衛(wèi)星做圓周運動的向心力，因此同步衛(wèi)星只能以地心為為圓心做圓周運動，它只能與赤道同平面且定點在赤道平面的正上方。故B正確，C錯誤。不同通訊衛(wèi)星因軌道半徑相同，速度大小相等，故無相對運動，不會相撞，A錯誤。由知：通訊衛(wèi)星運行的線速度、向心加速度大小一定。故正確答案是：B、D6、【答案】:AD【解析】：由G，及mgG得r3AD正確。 7、【答案】: 【解析】：如果周期是12小時，每天能對同一地區(qū)進行兩次觀測。如果周期是6小時，每天能對同一緯度的地方進行四次觀測。如果周期是小時，每天能對同一緯度的地方進行n次觀測。設衛(wèi)星運行周期為T1，則有物體

17、處在地面上時有 解得：在一天內衛(wèi)星繞地球轉過的圈數(shù)為，即在日照條件下有次經(jīng)過赤道上空，所以每次攝像機拍攝的赤道弧長為，將T1結果代入得 8、【答案】: k=0.1.2【解析】：本題考察同一平面不同軌道上運行的兩顆人造地球衛(wèi)星的位置特點及其衛(wèi)星的運動規(guī)律依題意，T1T2，周期大的軌道半徑大，故外層軌道運動的衛(wèi)星運行一周的時間長。設經(jīng)過t兩星再次相距最近 則它們運行的角度之差 解得：兩衛(wèi)星相距最遠時，它們運行的角度之差 k=0.1.2 解得：k=0.1.29、【解析】：同步衛(wèi)星的發(fā)射有兩種方法，本題提供了同步衛(wèi)星的一種發(fā)射方法，并考察了衛(wèi)星在不同軌道上運動的特點。根據(jù)牛頓第二定律，衛(wèi)星的加速度是由

18、于地球吸引衛(wèi)星的引力產(chǎn)生的。即：可見衛(wèi)星在軌道2、3上經(jīng)過P點的加速度大小相等；衛(wèi)星在軌道1、2上經(jīng)過Q點的加速度大小也相等；但P點的加速度小于Q點的加速度。1、3軌道為衛(wèi)星運行的圓軌道，衛(wèi)星只受地球引力做勻速圓周運動由得：可見：v1v3由開普勒第二定律知，衛(wèi)星在橢圓軌道上的運動速度大小不同，近地點Q速度大，遠地點速度小，即：v2v2/衛(wèi)星由近地軌道向橢圓軌道運動以及由橢圓軌道向同步軌道運動的過程中，引力小于向心力， ，衛(wèi)星做離心運動，因此隨著軌道半徑r增大，衛(wèi)星運動速度增大，它做加速運動，可見：v2v1，v3v2/因此：v2v1v3v2/10、【答案】: 【解析】：本題考察“黑洞”的基本知識，這是一道信息題。黑洞做為一種特殊的天體，一