高三一轮复习宇宙航行

1高碑店一中高三物理复习必修22013-10-9编号：23第5讲宇宙航行一、宇宙速度宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度7.9卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度．若7.9km/s≤v11.2km/s，物体绕运行(环绕速度)第二宇宙速度11.2物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度．若11.2km/s≤v16.7km/s，物体绕运行(脱离速度)第三宇宙速度16.7物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．或v≥16.7km/s，物体将脱离在宇宙空间运行(逃逸速度)思考1三种宇宙速度是环绕速度还是发射速度？发射卫星的最小速度是多大？卫星绕地球在圆形轨道上运行的最大速度为多大？思考2不同星球的第一宇宙速度由什么决定？二、人造卫星1．人造卫星的参量：(1)人造卫星的动力学特征万有引力提供向心力，即GMmr2＝mv2r＝mrω2＝m(2πT)2r.(2)人造卫星的运动学特征①线速度v：v＝，随着轨道半径的增大，卫星的线速度减小。②角速度ω∶ω＝，随着轨道半径的增大，卫星的角速度减小．③周期T∶T＝2π，随着轨道半径的增大，卫星的周期增大．2．地球同步卫星的特点(1)轨道平面一定：．(2)周期一定：与地球，即T＝24h＝86400s.(3)角速度一定：与地球自转的．(4)高度一定：据GMmr2＝m4π2T2r得r＝3GMT24π2＝4.24×104km，卫星离地面高度h＝r－R≈6R(为恒量)．2忍别人所不能忍的痛，吃别人所不能吃的苦，方能收获别人所得不到的收获(5)速率一定：运动速度v＝2πr/T＝3.07km/s(为恒量)．(6)绕行方向一定：与地球自转的．3．极地卫星和近地卫星(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖．(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于，其运行线速度约为7.9km/s.(3)两种卫星的轨道平面一定通过．名师指津：(1)卫星绕地球运行的最小周期约为85分钟．(2)人造地球卫星绕地球运行时，处于失重状态，并不是不受重力作用，是因为重力完全用来提供卫星做圆周运动的向心力．考点一：天体运动过程中基本参量的计算【例1】如图4－4－1所示，a、b是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，它们距地面的高度分别是R和2R(R为地球半径)．下列说法中正确的是()A．a、b的线速度大小之比是2:1B．a、b的周期之比是1:22C．a、b的角速度大小之比是36:4D．a、b的向心加速度大小之比是9:4【变式训练1】质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动．已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的()A．线速度v＝GMRB．角速度ω＝gRC．运行周期T＝2πRgD．向心加速度a＝GmR2考点二:卫星的变轨运动分析【例2】(2012·德州模拟)2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如右图所示．关于航天3高碑店一中高三物理复习必修2编订：徐国花审定;杨晓燕2013-10-9编号：23飞机的运动，下列说法中正确的是()()A．在轨道Ⅱ上经过A点的速度大于经过B点的速度B．在轨道Ⅱ上经过A点的动能小于在轨道Ⅰ上经过A点的动能C．在轨道Ⅱ上经过A点的速度大于7.9km/sD．在轨道Ⅱ上经过A点的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A点的加速度【变式训练2】发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图4－4－3所示．则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是()A．卫星在轨道3上的速率大于轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度考点三：物理思想方法——估算法在航天问题上的应用【例3】(2011·新课标全国卷)卫星电话信号需要通过地球同步卫星传送．如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于(可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8×105km，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为3×108m/s)（）()A．0.1sB．0.25sC．0.5sD．1s【变式训练3】已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍．若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为()A．6小时B．12小时C．24小时D．36小时易错盘点易错点1不理解发射速度与运行速度关系【典例1】人造地球卫星可以绕地球做匀速圆周运动，也可以沿椭圆轨道绕地球运动．对4忍别人所不能忍的痛，吃别人所不能吃的苦，方能收获别人所得不到的收获于沿椭圆轨道绕地球运动的卫星，以下列说法正确的是（）A．近地点速度一定等于7.9km/sB．远地点速度一定小于7.9km/sC．发射此卫星的速度一定大于7.9km/sD．近地点速度一定小于7.9km/s易错点2混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体的运动特点【典例2】同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则下列比值正确的是()A.a1a2＝rRB.a1a2＝Rr2C.v1v2＝rRD.v1v2＝Rr易错点3对变轨过程中的能量变化认识不清导致出错【典例3】近地人造地球卫星沿圆轨道运行时，由于受到大气的摩擦作用，卫星的运动状况发生了变化，关于这颗卫星的运动，下列说法正确的是()A．线速度逐渐减小B．环绕周期逐渐增大C．向心加速度逐渐增大D．角速度逐渐减小课时作业：1.我国未来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站．如练图4－4－1所示，关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近，并将与空间站在B处对接，已知空间站绕月轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，下列说法中不正确的是()A．图中航天飞机正加速飞向B处B．航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道必须点火减速C．根据题中条件可以算出月球质量D．根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小2．(2013·重庆市月考)由于某种原因，人造地球卫星的轨道半径减小了，那么，卫星的()A．速率变大，周期变大B．速率变小，周期变大C．速率变大，周期变小D．速率变小，周期变小3.(2013·河南偃师月考)2012年3月31日18时27分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，将法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司制造的亚太7号通信卫星成功送入预5高碑店一中高三物理复习必修2编订：徐国花审定;杨晓燕2013-10-9编号：23定轨道．亚太7号卫星将接替在轨运行的亚太2R卫星，定点于东经76.5度赤道上空，可为亚洲、中东、非洲、澳大利亚、欧洲等提供电视传输和卫星通信服务，并为中国、中东、中亚、非洲等提供电视直播和跨洲际通信广播服务．则下列有关亚太2R卫星与亚太7号通信卫星的说法正确的是()A．相对于地面静止，轨道半径为确定值B．亚太2R卫星被替代后，如果要想返回地球必须对其进行加速C．角速度小于静止在地球赤道上物体的角速度D．向心加速度大于静止在地球赤道上物体的向心加速度4.(2013·黑龙江省大庆实验中学期中考试)“神舟九号”绕地球做匀速圆周运动的过程中，下列事件不可能发生的是()A．航天员在轨道舱内能利用弹簧拉力器进行体能锻炼B．悬浮在轨道舱内的水呈现圆球状C．航天员出舱后，手中举起的五星红旗迎风飘扬D．从飞船舱外自由释放的伴飞小卫星与飞船的线速度相等5.如练图4－4－3所示，A为静止于地球赤道上的物体，B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，C为绕地球做圆周运动的卫星，P为B、C两卫星轨道的交点．已知A、B、C绕地心运动的周期相同，相对于地心，下列说法中正确的是()A．物体A和卫星C具有相同大小的线速度B．物体A和卫星C具有相同大小的加速度C．卫星B在P点的加速度与卫星C在该点的加速度一定相同D．卫星B在P点的线速度与卫星C在该点的线速度一定相同6．(2013·广西南宁二中、柳州高中、玉林高中联考)绕地球做匀速圆周运动的地球同步卫星，距离地面高度约为地球半径的5.6倍，线速度大小为v1，周期为T1；绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，距离地球表面高度为地球半径的2倍，线速度大小为v2，周期为T2；地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为v3，周期为T3，则下列关系正确的是()A．v2v1v3B．v1v2v3C．T1＝T3T2D．T1T2T37．(2013·陕西省西安八校联考)地球赤道上有一物体随地球的自转，所受的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)，所受的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为ω2；地球的同步卫6忍别人所不能忍的痛，吃别人所不能吃的苦，方能收获别人所得不到的收获星所受的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3；地球表面的重力加速度为g，第一宇宙速度为v，假设三者质量相等，则()A．F1＝F2F3B．a1＝a2＝ga3C．v1＝v2＝vv3D．ω1＝ω3ω28.(2013·云南省昆明一中月考)“嫦娥一号”探月卫星绕地运行一段时间后，离开地球飞向月球．如练图4－4－4所示是绕地飞行的三条轨道，轨道1是近地圆形轨道，2和3是变轨后的椭圆轨道．A点是2轨道的近地点，B点是2轨道的远地点，卫星在轨道1的运行速率为7.7km/s，则下列说法中正确的是()A．卫星在2轨道经过A点时的速率一定大于7.7km/sB．卫星在2轨道经过B点时的速率一定小于7.7km/sC．卫星在3轨道所具有的机械能小于2轨道所具有的机械能D．卫星在3轨道所具有的最大速率小于2轨道所具有的最大速率(