第二輪能力專題復(fù)習(xí)：人造衛(wèi)星系列問題

內(nèi)容預(yù)覽：[p3.](一)命題趨向與考點(diǎn)
萬(wàn)有引力定律與牛頓運(yùn)動(dòng)三定律，并稱經(jīng)典力學(xué)四大定律；人造衛(wèi)星問題綜合運(yùn)動(dòng)定律與圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，與地球知識(shí)密切相關(guān)，與航天技術(shù)緊密聯(lián)系，是理論性、實(shí)用性、思維性均很強(qiáng)的知識(shí)難點(diǎn)。高考命題主要是要求會(huì)用運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)分析解決實(shí)際問題，有時(shí)要結(jié)合地理知識(shí)確定情景后再討論，還易與其它知識(shí)綜合。
衛(wèi)星問題貼近科技前沿，且與物理知識(shí)（如萬(wàn)有引力定律、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等）及地理知識(shí)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(qiáng)，對(duì)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(diǎn)，亦是考生備考應(yīng)試的難點(diǎn).
考生應(yīng)試失誤的原因主要表現(xiàn)在：
（1）對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行的過程及遵循的規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，理解不透，難以建立清晰的物理情景.
（2）對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行中力與運(yùn)動(dòng)量間，能量轉(zhuǎn)化間的關(guān)系難以明晰，對(duì)諸多公式含義模糊不清.
[p5.]（二）復(fù)習(xí)精要
一般情況下運(yùn)行的衛(wèi)星，其所受萬(wàn)有引力不是剛好提供向心力，此時(shí)，衛(wèi)星的運(yùn)行速率及軌道半徑就要發(fā)生變化，萬(wàn)有引力做功，我們將其稱為不穩(wěn)定運(yùn)行即變軌運(yùn)動(dòng)；
當(dāng)衛(wèi)星所受萬(wàn)有引力剛好提供向心力時(shí)，它的運(yùn)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(yùn)動(dòng)，我們稱為穩(wěn)定運(yùn)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： 
由此得出三個(gè)重要的結(jié)論：       
               即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越小。
     即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的周期越長(zhǎng)。
         即衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的角速度越小。
即對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的衛(wèi)星:①運(yùn)行速率不變；②軌道半徑不變；
其軌道半徑r、線速度大小v和周期t是一一對(duì)應(yīng)的，其中一個(gè)量確定后，另外兩個(gè)量也就唯一確定了。
而不穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星則不具備上述關(guān)系，其運(yùn)行速率和軌道半徑都在發(fā)生著變化.
在地球表面上的物體所受的萬(wàn)有引力大小可以認(rèn)為和重力大小相等（萬(wàn)有引力的另一個(gè)分力是使物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力，最多只占萬(wàn)有引力的0.3%，計(jì)算中可以忽略）。因此有
            
[p8.]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(yùn)動(dòng)所必須具有的最小發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。
前提是在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)的速度是唯一的
當(dāng)v<v1時(shí)，物體落回地面；
當(dāng)v>v1時(shí)，成為衛(wèi)星,軌道不再是圓。
[p9.]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=7.9km/s，周期t=85min。在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星中是線速度最大，周期最短。
神舟六號(hào)飛船的運(yùn)行軌道離地面的高度為345 km，線速度約7.6km/s，周期約90min。
?同步衛(wèi)星   地球同步衛(wèi)星是相對(duì)地球表面靜止的穩(wěn)定運(yùn)行衛(wèi)星.(1)同步衛(wèi)星一定位于赤道的正上方，非同步人造地球衛(wèi)星其軌道平面可與地軸有任意夾角.
(2)同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同. 即t=24h;
(3)軌道半徑為r=4.24×104 km.其離地面高度h=5.6r=3.6×104km一定的.
(4)線速度大小為v=ω0r=3.08×103m/s為定值，繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同即由西向東.
[p10.]地球的衛(wèi)星：
近地衛(wèi)星：離地高度h≈0   軌道半徑 r=6.4×106m   運(yùn)行速度v=7.9km/s   周期t=84.6min=5000s
同步衛(wèi)星：離地高度h=3.6×107m 軌道半徑r=4.2×107m 運(yùn)行速度v=3.1km/s 周期t=1d
月球： 離地高度h=3.8×108m 軌道半徑r≈3.8×108m 運(yùn)行速度v=1km/s  周期t=27.5d
[p12.] 例1. 用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    (abcd)
 
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=ω0r=ω0（r0+h ）
同步衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)由萬(wàn)有引力提供向心力：即
      得       又有
則       
（2）地球同步通信衛(wèi)星所受的地球?qū)λ�的萬(wàn)有引力f的大小為(abcd)

　　(責(zé)任編輯：盧雁明)

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