2015高考物理总复习 4-5宇宙速度 人造卫星课件 新人教版

第第5单元单元 宇宙速度宇宙速度 人造卫星人造卫星【例例1】已已知知地地球球半半径径为为R，地地球球表表面面重重力力加加速速度度为为g，不考虑地球自转的影响不考虑地球自转的影响(1)推导第一宇宙速度推导第一宇宙速度v1的表达式；的表达式；(2)若若卫卫星星绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动，运运行行轨轨道道距距离离地地面面高高度为度为h，求卫星的运行周期，求卫星的运行周期T.2第二宇宙速度第二宇宙速度如如果果人人造造卫卫星星进进入入地地面面附附近近的的轨轨道道速速度度大大于于或或等等于于11.2 km/s时时，卫卫星星就就会会脱脱离离地地球球的的引引力力，不不再再绕绕地地球球运运行行我我们们把这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度把这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度3第三宇宙速度第三宇宙速度当当卫卫星星的的速速度度达达到到16.7 km/s时时卫卫星星将将挣挣脱脱太太阳阳引引力力的的束束缚缚飞飞到到太太阳阳系系以以外外的的宇宇宙宙空空间间去去故故16.7 km/s的的速速度度叫叫第三宇宙速度，又叫逃逸速度第三宇宙速度，又叫逃逸速度【例例2】如如图图是是“嫦嫦娥娥一一号号”奔奔月月示示意意图图，卫卫星星发发射射后后通通过过自自带带的的小小型型火火箭箭多多次次变变轨轨，进进入入地地月月转转移移轨轨道道，最最终终被被月月球球引引力力捕捕获获，成成为为绕绕月月卫卫星星，并并开开展展对对月月球球的的探探测测下下列列说法正确的是说法正确的是()A发射发射“嫦娥一号嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度的速度必须达到第三宇宙速度B在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关C卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比D在在绕绕月月圆圆轨轨道道上上，卫卫星星受受地地球球的的引引力力大大于于受受月月球球的的引引力力【答案答案】C(3)发射速度与宇宙速度：发射速度与宇宙速度：第一宇宙速度第一宇宙速度7.9 km/s为人造地球卫星的最小发射速度为人造地球卫星的最小发射速度第第二二宇宇宙宙速速度度11.2 km/s为为人人造造卫卫星星(即即绕绕太太阳阳运运行行)的的最最小发射速度小发射速度第三宇宙速度第三宇宙速度16.7 km/s为恒星际飞船的最小发射速度为恒星际飞船的最小发射速度(4)发射速度与环绕速度的关系：发射速度与环绕速度的关系：当当发发射射速速度度在在7.9 km/sv011.2 km/s范范围围内内时时，卫卫星星绕绕地地球在不同轨道运行，发射速度决定于卫星运行的轨道球在不同轨道运行，发射速度决定于卫星运行的轨道【例例3】发发射射人人造造卫卫星星是是将将卫卫星星以以一一定定的的速速度度送送入入预预定定轨轨道道发发射射场场一一般般选选择择在在尽尽可可能能靠靠近近赤赤道道的的地地方方，如如图图这这样样选址的优点是，在赤道附近选址的优点是，在赤道附近()A地球的引力较大地球的引力较大B地球自转线速度较大地球自转线速度较大C重力加速度较大重力加速度较大D地球自转角速度较大地球自转角速度较大【解解析析】若若将将地地球球视视为为一一个个球球体体，则则在在地地球球上上各各处处的的引引力力大大小小相相同同，选选项项A错错误误；在在地地球球上上各各处处的的角角速速度度相相同同，选选项项D错错误误；在在赤赤道道上上的的重重力力加加速速度度最最小小，选选项项C错错误误；由由于于发发射射卫卫星星需需要要将将卫卫星星以以一一定定的的速速度度送送入入运运动动轨轨道道，在在靠靠近近赤赤道道处处的的地地面面上上的的物物体体的的线线速速度度最最大大，发发射射时时较较节节能能，因因此此选选项项B正确正确【答案答案】B【例例4】为为什什么么想想发发射射一一颗颗80 min绕绕地地球球一一周周的的卫卫星星是是不可能的，试说明理由不可能的，试说明理由【解解析析】人人造造卫卫星星绕绕地地球球运运转转的的向向心心力力是是由由万万有有引引力力提供提供方法一从卫星的周期角度入手讨论方法一从卫星的周期角度入手讨论设设人人造造地地球球卫卫星星的的质质量量为为m，运运转转周周期期为为T，轨轨道道半半径径为为r，地球的质量为，地球的质量为M，万有引力常量为，万有引力常量为G.由万有引力定律和圆周运动知识，可得由万有引力定律和圆周运动知识，可得由由此此可可见见，vvmax，显显然然不不可可能能发发射射一一颗颗周周期期为为80 min的地球卫星的地球卫星(2)轨道平面与地球赤道平面共面同心：轨道平面与地球赤道平面共面同心：由由于于要要做做到到同同步步，其其轨轨道道平平面面必必定定与与赤赤道道共共面面又又因因为为其其向向心心力力由由万万有有引引力力提提供供，所所以以其其圆圆心心必必定定在在地地心心处处，即即同同步步卫卫星星必必在在赤赤道道上上空空若若轨轨道道平平面面不不在在赤赤道道平平面面，则则同同步步卫卫星不可能稳定运行星不可能稳定运行(后面专门从受力分析的角度说明后面专门从受力分析的角度说明)【例例5】可可以以发发射射一一颗颗这这样样的的人人造造地地球球卫卫星星，使使其其圆圆轨轨道道()A与地球表面上某一纬度线与地球表面上某一纬度线(非赤道非赤道)是共面同心圆是共面同心圆B与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C与与地地球球表表面面上上的的赤赤道道线线是是共共面面同同心心圆圆，且且相相对对地地球球表表面是静止的面是静止的D与与地地球球表表面面上上的的赤赤道道线线是是共共面面同同心心圆圆，但但卫卫星星相相对对地地球表面是运动的球表面是运动的【解解析析】利利用用万万有有引引力力提提供供向向心心力力的的特特征征进进行行分分析析地地球球人人造造卫卫星星只只受受地地球球对对它它的的万万有有引引力力，因因此此万万有有引引力力完完全全提提供供卫卫星星所所需需要要的的向向心心力力，所所以以卫卫星星运运动动的的圆圆心心一一定定要要在在地地心心上上，因因此此选选项项A不不正正确确，选选项项C、D正正确确，其其中中选选项项C为为同同步步卫卫星星若若地地球球不不自自转转，选选项项B也也是是可可能能的的，但但由由于于地地球球自自转转，其其经经度度线线也也随随着着自自转转，若若要要选选项项B可可行行，则则要要求求卫卫星星在在每每时时每每刻刻都都保保持持和和地地球球自自转转相相同同的的角角速速度度，这这是是不不可可能能的的，故故B项项不不正确正确【答案答案】CD【名名师师点点拨拨】有有些些考考生生将将地地球球卫卫星星与与地地面面上上物物体体混混淆淆而而错错选选A、B项项，也也有有的的只只记记住住了了同同步步卫卫星星的的特特点点，而而漏漏选选D项项【学学法法指指导导】地地球球半半径径R6 400 km，h5.6R.比比“神神舟舟”卫星高的太多，神舟卫星高度大约为卫星高的太多，神舟卫星高度大约为200 300 km.【例例6】据据报报道道，我我国国数数据据中中继继卫卫星星“天天链链一一号号01星星”于于2008年年4月月25日日在在西西昌昌卫卫星星发发射射中中心心发发射射升升空空，经经过过4次次变变轨轨控控制制后后，于于5月月1日日成成功功定定点点在在东东经经77赤赤道道上上空空的的同同步步轨轨道道关关于于成成功功定定点点后后的的“天天链链一一号号01星星”，下下列列说说法法正正确确的的是是()A运行速度大于运行速度大于7.9 km/sB离地面高度一定，相对地面静止离地面高度一定，相对地面静止C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D向向心心加加速速度度与与静静止止在在赤赤道道上上物物体体的的向向心心加加速速度度大大小小相相等等【答案答案】BC从受力角度认识同步卫星的定位问题从受力角度认识同步卫星的定位问题【例例】关于地球通讯卫星，下列说法正确的是关于地球通讯卫星，下列说法正确的是()A它一定位于赤道上方，且高度一定它一定位于赤道上方，且高度一定B因为它相对于地面是静止的，所以处于平衡状态因为它相对于地面是静止的，所以处于平衡状态C它它绕绕地地球球转转动动的的角角速速度度与与地地球球自自转转角角速速度度相相等等，周周期期为为24小时小时D它的线速度等于它的线速度等于7.9 km/s【解解析析】应应用用通通讯讯卫卫星星可可以以实实现现全全地地球球的的电电视视转转播播，这这种种卫卫星星位位于于赤赤道道上上方方相相对对于于地地面面静静止止不不动动，是是同同步步卫卫星星它它与与其其他他卫卫星星一一样样，绕绕地地心心做做圆圆周周运运动动，万万有有引引力力提提供供向向心心力力，处处于于完完全全失失重重状状态态，不不可可能能是是平平衡衡状状态态故故B选选项项错错误误同同步步卫卫星星相相对对地地面面静静止止，和和地地球球自自转转周周期期相相同同，即即T24小时小时【答案答案】AC【名名师师点点拨拨】对对于于同同步步卫卫星星要要掌掌握握以以下下四四个个一一定定：位位置置一一定定，位位于于赤赤道道上上方方高高度度一一定定，h3.6104 m/s.速速度一定，度一定，v3.1103 m/s.周期一定，周期一定，T24小时小时一、人造卫星与地理知识的综合考查一、人造卫星与地理知识的综合考查【例例1】2000年年1月月20日日我我国国发发射射了了一一颗颗同同步步卫卫星星，其其定定点点位位置置与与东东经经98的的经经线线在在同同一一平平面面内内，若若把把甘甘肃肃省省嘉嘉峪峪关关处处的的经经度度和和纬纬度度近近似似采采取取东东经经98和和北北纬纬40，已已知知地地球球半半径径R，地地球球自自转转周周期期T，地地球球表表面面重重力力加加速速度度g(视视为为常常量量)和和光光速速c，试试求求该该同同步步卫卫星星发发出出的的微微波波信信号号传传到到嘉嘉峪峪关关处处的的接接收收站站所所需的时间需的时间(要求用题中所给已知量的符号表示要求用题中所给已知量的符号表示)【名名师师点点拨拨】理理解解题题意意、熟熟练练利利用用物物理理和和地地理理、数数学学等学科知识是解决问题的关键等学科知识是解决问题的关键【学学法法指指导导】本本题题与与地地理理知知识识相相结结合合考考查查物物理理知知识识，综综合合性性较较强强解解此此题题必必须须明明确确同同步步卫卫星星的的角角速速度度与与地地球球自自转转角角速速度度相相同同，其其轨轨道道在在赤赤道道平平面面内内，并并能能画画出出嘉嘉峪峪关关、地地心心、卫卫星星三三个个位位置置之之间间的的位位置置关关系系图图，再再由由几几何何知知识识求求解解由由此此题题看看出出，即即使使是是与与其其他他学学科科相相结结合合的的题题目目，主主要要考考查查的的仍仍是是物物理理知知识识，只只不不过过是是与与其其他他学学科科知知识识构构成成的的情情景景下下推推陈陈出出新新而已，不可能本末倒置而已，不可能本末倒置【触触类类旁旁通通】(2009天天津津)2008年年12月月，天天文文学学家家们们通通过过观观测测的的数数据据确确认认了了银银河河系系中中央央的的黑黑洞洞“人人马马座座A*”的的质质量量与与太太阳阳质质量量的的倍倍数数关关系系研研究究发发现现，有有一一星星体体S2绕绕人人马马座座A*做做椭椭圆圆运运动动，其其轨轨道道半半长长轴轴为为9.50102天天文文单单位位(地地球球公公转转轨轨道道的的半半径径为为一一个个天天文文单单位位)，人人马马座座A*就就处处在在该该椭椭圆圆的的一一个个焦焦点上观测得到点上观测得到S2星的运行周期为星的运行周期为15.2年年(1)若若将将S2星星的的运运行行轨轨道道视视为为半半径径r9.50102天天文文单单位位的的圆圆轨轨道道，试试估估算算人人马马座座A*的的质质量量MA是是太太阳阳质质量量Ms的的多多少少倍倍(结果保留一位有效数字结果保留一位有效数字)；【答案答案】(1)4106(2)17【名名师师点点拨拨】本本题题考考查查天天体体运运动动的的知知识识其其中中第第2小小题题为为信信息息题题，如如“黑黑洞洞”“引引力力势势能能”等等陌陌生生的的知知识识都都在在题题目目中中给给出出，考考查查学学生生提提取取信信息息，处处理理信信息息的的能能力力，体体现现了了能能力力立意立意