赤道上的物體-近地衛(wèi)星-同步衛(wèi)星

1、輔導(dǎo)課教案提綱教師: 學(xué)生： 年級(jí)： 授課時(shí)間： 年 月 日 一輔導(dǎo)要點(diǎn)：同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的異同二教學(xué)目的：熟練掌握三者的異同點(diǎn)合同課次 三教學(xué)目標(biāo)：a r本講第 次四知識(shí)點(diǎn)和考點(diǎn)分析：三者異同和同步衛(wèi)星特點(diǎn)剩余 次輔 導(dǎo) 過(guò) 程教法設(shè)計(jì)及時(shí)間分配同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的異同一、同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的相同點(diǎn)1.三者都在繞地軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力都與地球的萬(wàn)有引力有關(guān)；2.同步衛(wèi)星與赤道上物體的運(yùn)行周期相同：T=24h;3.近地衛(wèi)星與赤道上物體的運(yùn)行軌道半徑相同：r=R0(R0為地球半徑)。二、同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與赤道物體的不同點(diǎn)1、軌道半徑不同：如圖所示，同步衛(wèi)星的

2、軌道半徑=R0+h，h為同步衛(wèi)星離地面的高度，大約為36000千米，近地衛(wèi)星與赤道物體的軌道半徑近似相同，都是R0，半徑大小關(guān)系為：；2、向心力不同：同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的向心力完全由地球?qū)λ鼈兊娜f(wàn)有引力來(lái)提供，赤道物體的向心力由萬(wàn)有引力的一個(gè)分力來(lái)提供，萬(wàn)有引力的另一個(gè)分力提供赤道物體的重力。3、向心加速度不同：由得：，又，所以：；由得：，又，所以：;向心加速度的大小關(guān)系為：；4、周期不同：近地衛(wèi)星的周期由得：；同步衛(wèi)星和赤道物體的周期都為24h，周期的大小關(guān)系為：；5、線速度不同：由得：，又，所以：；由和得：，故線速度的大小關(guān)系為：；6、角速度不同：由得：，又，所以：；由得：，從而

3、角速度的大小關(guān)系為：；注意：比較三者的向心加速度、線速度、角速度的大小時(shí)一定要區(qū)分清楚赤道物體的，因?yàn)樗南蛐牧Σ皇侨f(wàn)有引力的全部，所以不能由、比較赤道物體的向心加速度、線速度、角速度的大小。7. 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(wàn)有引力提供的，萬(wàn)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

4、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。8.兩種加速度衛(wèi)星的向心加速度和隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度的比較衛(wèi)星的向心加速度物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度產(chǎn)生萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力的一個(gè)分力(另一分力為重力)方向指向地心垂直指向地軸大小a(地面附近a近似為g)，其中r為地面上某點(diǎn)到地軸的距離變化隨物體到地心距離r的增大而減小從赤道到兩極逐漸減小 【典型例題】 1 人造近地衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星，下列幾種說(shuō)法正確的是 A. 近地衛(wèi)星可以在通過(guò)北京地理緯度圈所決定的平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B. 近地衛(wèi)星

5、可以在與地球赤道平面有一定傾角且經(jīng)過(guò)北京上空的平面上運(yùn)行C. 近地衛(wèi)星或地球同步衛(wèi)星上的物體，因“完全失重”，它的重力加速度為零D. 地球同步衛(wèi)星可以在地球赤道平面上的不同高度運(yùn)行2. 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. 3. A、B為兩顆地球衛(wèi)星，已知它們的運(yùn)動(dòng)周期之比為，則A、B兩衛(wèi)星的軌道半徑

6、之比和運(yùn)動(dòng)速率之比分別為 A. ，B. ，C. ，D. ，4. 位于赤道面上的一顆人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，傍晚在赤道上的某人發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星位于自己的正上方相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)，第二天傍晚同一時(shí)刻又發(fā)現(xiàn)此衛(wèi)星出現(xiàn)在自己的正上方，已知地球自轉(zhuǎn)角速度為，地表處重力加速度為，地球半徑為，則對(duì)此衛(wèi)星下列論述正確的是A. 一定是同步衛(wèi)星 C. 此衛(wèi)星距地面的高度可能是 B. 可能是同步衛(wèi)星 D. 此衛(wèi)星距地面的高度可能是5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A6小時(shí) B. 12小時(shí) C. 24小時(shí) D

7、. 36小時(shí)6：土星周圍有許多大小不等的巖石顆粒，其繞土星的運(yùn)動(dòng)可視為圓周運(yùn)動(dòng)，其中兩個(gè)巖石顆粒A和B與土星中心的距離分別為和，忽略所有巖石顆粒間的相互作用。（結(jié)果可用根式表示）（1）求巖石顆粒A和B的線速度之比；（2）求巖石顆粒A和B的周期之比；（3）土星探測(cè)器上有一物體，在地球上重力為10N，推算出它在距土星中心處受到土星的引力為0.38N，已知地球半徑為，請(qǐng)估算土星質(zhì)量是地球質(zhì)量的多少倍？7：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(wú)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(lái)的微波，問(wèn)這個(gè)面積S與地球面積之比至少有多大？結(jié)果要求

8、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） 作業(yè)1(單選)北京時(shí)間2012年4月16日天文愛(ài)好者迎來(lái)了土星沖日的美麗天象，觀賞到了美麗的“指環(huán)王”土星是夜空最美麗的星球之一，它是肉眼易見(jiàn)的大行星中離地球最遠(yuǎn)的，在望遠(yuǎn)鏡中，其外形像一頂草帽，被譽(yù)為“指環(huán)王”土星沖日是指土星和太陽(yáng)正好分處地球兩側(cè)，三者幾乎成一條直線，此時(shí)土星與地球距離最近，亮度也最高，是觀測(cè)的最佳時(shí)機(jī)沖日前后，太陽(yáng)剛從西方落下，土星便由東方升起，直到天亮由西方落下，整夜可見(jiàn)，是一年中觀測(cè)土星最好的時(shí)機(jī)該天象大約每378天發(fā)生一次，基本上是一年一度已知土星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的方向相同

9、，則()A土星公轉(zhuǎn)的速率比地球大B土星公轉(zhuǎn)的向心加速度比地球大C土星公轉(zhuǎn)的周期約為1.1×104天D假如土星適度加速，有可能與地球?qū)崿F(xiàn)對(duì)接 圖92(多選)將月球、地球同步衛(wèi)星和靜止在地球赤道上的物體三者進(jìn)行比較，下列說(shuō)法正確的是()A三者都只受萬(wàn)有引力的作用，萬(wàn)有引力都提供向心力B月球的向心加速度小于地球同步衛(wèi)星的向心加速度C地球同步衛(wèi)星的角速度與靜止在地球赤道上的物體的角速度相同D地球同步衛(wèi)星相對(duì)地心的線速度與靜止在地球赤道上的物體相對(duì)地心的線速度大小相等3(多選)如圖3所示，地球赤道上的山丘e、近地資源衛(wèi)星p和同步通信衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)設(shè)e、p、q的圓周運(yùn)動(dòng)

10、速率分別為v1、v2、v3，向心加速度分別為a1、a2、a3，則()Av1>v2>v3Bv1<v3<v2Ca1>a2>a3Da1<a3<a2圖34(多選)同步衛(wèi)星離地心距離為r，運(yùn)行速度為v1，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則以下正確的是()A. B2 C. D5(單選)有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b處于地面附近的近地軌道上正常運(yùn)動(dòng)，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖4所示，則有()Aa的向心加速度等于重力加速度gBb在相

11、同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)Cc在4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角是Dd的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20 小時(shí)練習(xí)題答案1. B 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的必備條件之一是所受的合力必須指向圓心，人造衛(wèi)星只受到地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力作用，力的方向指向地心，并不是指向緯度平面與地軸相交的軸心上，所以A選項(xiàng)錯(cuò)。選項(xiàng)B所述的衛(wèi)星具備上述條件，可以用適當(dāng)?shù)乃俣劝l(fā)射成功此類衛(wèi)星。對(duì)于選項(xiàng)C“完全失重”是一種物理現(xiàn)象，表現(xiàn)為物體對(duì)支持物（如磅秤）的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ榱悖荒馨醋置嬷弊g為失去重力，如果重力僅指物體所受地球吸引的力，由于人造衛(wèi)星仍受地球引力作用，那么其重力加速度，此現(xiàn)象中重力加速度就是做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度，因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤。對(duì)

12、于選項(xiàng)D，因?yàn)榈厍蛲叫l(wèi)星的運(yùn)行周期需和地球自轉(zhuǎn)周期相同，地球質(zhì)量是確定值，其軌道半徑r、周期T和地球質(zhì)量M有定量的關(guān)系：，因此軌道半徑r是確定值，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.答案：D3. D衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供，由萬(wàn)有引力定律和牛頓定律，有，所以。由題給條件得。根據(jù)衛(wèi)星軌道是圓周，萬(wàn)有引力全部提供向心力，衛(wèi)星必須是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。故有，所以，得。4. C此衛(wèi)星一定不是同步衛(wèi)星，它的角速度設(shè)為，則有，由和，得，故高度（n=2,3）。5【解析】設(shè)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T1=24小時(shí)，軌道半徑為r1=7R1，密度1。某行星的同步衛(wèi)星周期

13、為T2，軌道半徑為r2=3.5R2，密度2=1/2。地球質(zhì)量M1=1·R13，某行星的質(zhì)量M2=2·R23，根據(jù)牛頓第二定律和萬(wàn)有引力定律分別有 ， 兩式化簡(jiǎn)得T2= T1/2=12小時(shí)，選項(xiàng)B正確。6解析：（1）設(shè)土星質(zhì)量為，顆粒質(zhì)量為m，顆粒距土星中心距離為r，線速度為v。由，得，對(duì)于A、B兩顆粒分別有和，得。（2）設(shè)顆粒繞土星做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，則，對(duì)A、B兩顆粒有和，得。（3）設(shè)地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，地球上物體的重力可視為萬(wàn)有引力，探測(cè)器上物體質(zhì)量為，在地球表面重力為，距土星中心處的引力為，則由萬(wàn)有引力定律有與，代入數(shù)值得（倍）。答案：（1）（2）（3）95

14、。7.解析：如圖（2）所示，因?yàn)橥叫l(wèi)星總是在赤道的上空，其高度也是一定的，由它畫一條到地球表面的切線，可見(jiàn)兩極周圍的區(qū)域內(nèi)就收不到微波通訊，以m、M分別表示衛(wèi)星和地球的質(zhì)量，r表示衛(wèi)星到地心的距離，T表示地球的自轉(zhuǎn)周期，則有，g。得以S表示某個(gè)極周圍接收不到微波區(qū)域的面積，則，地球面積。而地球有兩個(gè)極，因而接收不到微波的面積與地球表面積之比為：代入數(shù)值得。答案：0.011 作業(yè)答案1.解析根據(jù)Gm可得，半徑r越大，線速度越小，A錯(cuò)誤；由maG可得，半徑r越大，向心加速度越小，B錯(cuò)誤；若土星加速，則半徑變大，不可能與地球?qū)崿F(xiàn)對(duì)接，D錯(cuò)誤；由t2，其中T1365天，t378天，分析可知只有C正確2 解析靜止在地球赤道上的物體不僅受萬(wàn)有引力作用，還受地面的支持力作用，A錯(cuò)誤；由ma可得a，因月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑大于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑，故月球的向心加速度小于地球同步衛(wèi)星的向心加速度，B正確；地球同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期與靜止在地球赤道上物體的周期相同，所以角速度相同，C正確；由vR可知，D錯(cuò)誤3 解析由題意可知：山丘與同步衛(wèi)星角速度、周期相同，由vr，a2r可知v1<v3、a1<a3；對(duì)同步衛(wèi)星和近地資源衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，滿足v 、a，可知v3<v2、a3<a2，對(duì)比各選項(xiàng)可知B、D正確4 解析設(shè)地球質(zhì)量為M，同步