高中物理复习三维一体人教版必修2要点讲解6-5

欢迎进入物理课堂 2008年9月27日下午5点中国第三艘载人航天飞船 神舟七号 成功发射 宇航员翟志刚 刘伯明 景海鹏 如图 完成了一系列空间科学实验 并按预定方案翟志刚进行了太空行走 第1次把中国人的足迹留在了茫茫太空 这标志着我国的航天事业又迈出了历史性的一步 1 牛顿在思考万有引力定律时就曾想过 从高山上水平抛出物体 速度一次比一次大 落地点 如果速度足够大 物体就 它将绕地球运动 成为 2 第一宇宙速度大小为 也叫 速度 第二宇宙速度大小为 也叫 速度 第三宇宙速度大小为 也叫 速度 3 世界上第一颗人造卫星是1957年10月4日在 发射成功的 卫星质量为 kg 绕地球飞行一圈需要的时间为 世界第一艘载人飞船是1961年4月12日在 发送成功 飞船绕地球一圈历时 世界上第一艘登月飞船是1969年7月16日9时32分在 发送成功 进入月球轨道 飞船在月球表面着陆 宇航员登上月球 4 中国第一艘载人航天飞船在2003年10月15日9时在 发送成功的 下图1为中国第一位航天员 中国第二艘载人航天飞船在2005年10月12日9时在 发送成功 下图2为宇航员 下图3为宇航员 答案 1 也就一次比一次远不再落回地面人造地球卫星2 7 9km s环绕11 2km s脱离16 7km s逃逸3 苏联83 696min苏联108min美国7月19日7月20日4时17分阿姆斯特朗4 中国杨利伟中国费俊龙聂海胜 地球对周围的物体有引力作用 因而抛出的物体要落回地面 当物体速度足够大时 物体就永远不会落回到地面上来 它将围绕地球旋转 成为一颗绕地球运动的人造地球卫星 1 卫星的运动都近似看作匀速圆周运动 其向心力就是地球对它的万有引力 2 发射速度 将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度 3 绕行速度 卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动所具有的速度 物理意义 第一宇宙速度也叫做地面附近的环绕速度 是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度 也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度 也可理解为紧贴地面的运行速度 2 第二宇宙速度 大小 v2 11 2km s 物理意义 卫星脱离地球引力的束缚 成为绕太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度 3 第三宇宙速度 大小 v3 16 7km s 物理意义 卫星脱离太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度 特别提醒 1 第一宇宙速度是最大运行速度 也是最小发射速度 2 三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最小发射速度 北京育才中学08 09学年高一下学期期中 关于第一宇宙速度 以下说法中正确的是 A 它是人造卫星绕地球飞行的最小速度B 它是地球表面附近发射人造卫星的最大发射速度C 它是人造卫星在圆轨道上绕地球飞行的最大速度D 它是使卫星脱离地球引力束缚的最小发射速度答案 C 1984年4月8日 我国成功地发射了一颗地球同步通讯卫星 8天后定位于东经125 的赤道上空 同步卫星有以下几个特点 1 周期一定 它的运动周期等于地球自转的周期T 24h 2 角速度一定 同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度 3 轨道一定 所有同步卫星的轨道半径都相同 即同步卫星都在同一轨道上随地球做匀速圆周运动 其轨道离地面的高度约为3 59 104km 4 环绕速度大小一定 所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的 约为3 08km s 5 向心加速度大小一定 所有同步卫星由于到地心距离相同 所以 它们绕地球运动的向心加速度大小都相同 约为0 23m s2 特别提醒 1 所有同步卫星的周期T 轨道半径r 环绕速度v 角速度 及向心加速度a的大小均相同 2 所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆 它们都在同一轨道上运动且都相对静止 上海外国语学校08 09学年高一下学期过关测试 对于地球同步卫星的认识 正确的是 A 它们只能在赤道的正上方 但不同卫星的轨道半径可以不同 卫星的加速度为零B 它们运行的角速度与地球自转角速度相同 相对地球静止C 不同卫星的轨道半径都相同 且一定在赤道的正上方 它们以第一宇宙速度运行D 它们可在我国北京上空运行 故用于我国的电视广播 答案 B解析 同步卫星只能在赤道上方 由于周期等于地球自转周期一定 轨道半径一定 因此离地高度一定 其运行速度小于第一宇宙速度 1 超重 发射时加速上升过程 返回大气层时减速降低过程 2 失重 卫星进入轨道后 卫星本身和其中的人 物都处于完全失重状态 3 卫星中失效的物理仪器 凡工作条件或原理与重力有关的仪器都不能使用 浙江平湖中学08 09学年高一下学期月考 如图所示 宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会完全失重 下列说法中正确的是 A 宇航员仍受万有引力的作用B 宇航员受力平衡C 宇航员受的万有引力正好提供向心力D 宇航员不受任何作用力答案 AC 是否可以发射一颗这样的人造卫星 使其圆轨道 A 与地球表面上某一纬度线 非赤道 是共面的同心圆B 与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面的同心圆C 与地球表面上赤道线是共面的同心圆 且卫星相对地球表面是静止的D 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆 但卫星相对地球是运动的 解析 人造卫星飞行时 由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力 而这个力的方向必定指向圆心 即指向地心 故所有无动力的卫星其轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合 不能是地轴上 除地心外 的某一点 故A是不对的 由于地球同时绕着地轴在自转 所以卫星的轨道平面也不可能和经度线所决定的平面共面 所以B也是不对的 相对地球表面静止的就是同步卫星 它必须在赤道线平面内 且距地面有确定的高度 这个高度约为三万六千公里 而低于或高于该高度的人造卫星也是可以在赤道平面内运动的 不过由于它们的周期和地球自转的周期不相同 就会相对于地面运动 答案 CD 点评 1 人造卫星的轨道一般有三种 赤道轨道 极地轨道 一般轨道 共同特点是轨道中心必须和地心重合 2 没有跟某一经度重合的轨道 也没有跟某一纬度重合的轨道 除赤道平面 事实上大约三万六千公里高空的赤道轨道上只有和地球自转方向相同的卫星才能称之为同步卫星 如果转向正好与地球自转方向相反 就不能称其为地球同步卫星了 3 发射到赤道轨道上的同步卫星为了节省动力 发射场所选地点尽可能靠近赤道 且要借助地球自转的线速度 吉林一中08 09学年高一下学期期中 如图所示的三个人造地球卫星 则下列说法正确的是 卫星可能的轨道为a b c 卫星可能的轨道为a c 同步卫星可能的轨道为a c 同步卫星可能的轨道为aA 是对的B 是对的C 是对的D 是对的答案 B 宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动 若飞船想与前面的空间站对接 飞船为了追上轨道空间站 可采取的方法是 A 飞船加速直到追上空间站 完成对接B 飞船从原轨道减速至一个较低轨道 再加速追上空间站完成对接C 飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D 无论飞船如何采取何种措施 均不能与空间站对接 飞船若先减速 它的轨道半径减小 但速度增大了 故在低轨道上飞船可接近或超过空间站 如图所示 当飞船运动到合适的位置后再加速 则其轨道半径增大 同时速度减小 当刚好运动到空间站所在轨道时停止加速 则飞船的速度刚好等于空间站的速度 可完成对接 若飞船先加速到一个较高轨道 其速度小于空间站速度 此时空间站比飞船运动快 当二者相对运动一周后 使飞船减速 轨道半径减小又使飞船速度增大 仍可追上空间站 但这种方法易造成飞船与空间站碰撞 不是最好办法 且空间站追飞船不合题意 综上所述 方法应选B 答案 B 点评 使飞船加速 飞船将远离地球 轨道半径增大 v减小 反之使飞船减速时 飞船轨道半径减小 其环绕速度增大 先减速可使飞船比空间站运动快 故可在适当位置再加速 使速度在飞船轨道半径增大时减小 可追上空间站 先加速再减速时 空间站追飞船 虽也可对接 但不合题意 江西师大附中08 09学年高一下学期月考 2007年10月24日我国从西昌卫星发射中心成功发射了 嫦娥一号 嫦娥一号 飞行的示意图如下图 关于嫦娥一号相关的说法中 正确的是 A 在P点由a轨道转变到b轨道时 速度必须变小B 在Q点由d轨道转变到c轨道时 速度变小 不计嫦娥一号的质量变化 C 在b轨道上 P点速度比R点速度大D 嫦娥一号在a b轨道上正常运行时 通过同一点P时 加速度相等答案 BCD 假设地球的质量不变 而地球的半径增大到原来的半径的2倍 那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的 倍 解析 因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度 此时卫星的轨道半径近似地认为是地球的半径 且地球对卫星的万有引力充当向心力 点评 第一宇宙速度是卫星近地飞行的速度 其轨道半径与地球的半径相同 万有引力提供其做圆周运动的向心力 金星的半径是地球的0 95倍 质量为地球的0 82倍 那么 1 金星表面的自由落体加速度是多大 2 金星的第一宇宙速度是多大 答案 1 8 9m s2 2 7 3km s解析 1 由于万有引力产生重力 设金星和地球的半径 质量及星球表面的自由落体的加速度分别为r1 m1 g1 r2 m2 g2 分别对金星和地球列两个方程 Gmm1 r mg1 Gmm2 r mg2 2009 玉溪模拟 据报道 我国数据中继卫星 天链一号01星 于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空 经过4次变轨控制后 于5月1日成功定点在东经77 赤道上空的同步轨道 关于成功定点后的 天链一号01星 下列说法正确的是 A 运行速度大于7 9km sB 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D 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 答案 BC 已知地球同步卫星离地心的距离为r 运行速度为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 地球的半径为R 则下列比值正确的是 答案 AD解析 解决本题的关键是要明确研究对象 设地球质量为M 同步卫星的质量为m1 为研究对象1 地球赤道上的物体质量为m2 为研究对象2 在地球表面附近的物体质量为m3 为研究对象3 根据向心加速度和角速度的关系 有 2008年9月25日21时10分 神舟 七号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空 飞船搭载了翟志刚 刘伯明 景海鹏三名宇航员 飞行时间约为3天 航天员首次出航并放飞小卫星 为下一步建立空间站奠定了基础 飞船发射后先在轨道倾角为42 4度的椭圆轨道上运行6圈 实施变轨后 进入圆轨道 绕地球飞行一圈约需要90分钟 9月27日16时44分左右 翟志刚成功出舱并挥动手中的五星红旗向全国人民问好 地球半径R取6 37 103km 地面重力加速度g取10m s2 计算结果保留两位有效数字 1 翟志刚出舱后会 飘浮起来 如图 此时他是否还受万有引力作用 解释现象产生的原因 2 翟志刚是否担心会被太空舱 抛弃 说明原因 3 估算飞船运行轨道距离地面的高度 解析 1 翟志刚仍受万有引力作用 只不过万有引力充当了其做圆周运动的向心力 翟志刚处于完全失重状态 故会 飘浮起来 2 翟志刚和太空舱处于同一卫星轨道上 具有相同的环绕速度 所以翟志刚不必担心会被太空舱 抛弃 3 飞船绕地球做匀速圆周运动 万有引力提供向心力 即 神七 升空 举国振奋 在神七实现 太空行走 后 中国的空间站距离我们越来越近了 在2009年的中央电视台春节联欢晚会上 天宫一号 空间试验站模型的出现一度掀起了晚会的高潮 根据规划 中国将在2010 2011年发射 天宫 一号目标飞行器 天宫 一号实际上是空间实验室的实验版 采用两舱构型 分别为实验舱和资源舱 之后 再发射 神舟八号 神八 是一艘无人神舟飞船 将与 天宫 一号进行无人自动对接试验 那么 神八 与 天宫 系列空间站在实现对接的最后阶段 二者哪些物理量必然接近相同 答出两个即可 答案 速度轨道高度周期角速度解析 航天活动中的轨道对接通常大致需要经由3个阶段 远程导引阶段 近程导引阶段 停靠阶段 在最后阶段 停靠阶段采用小推力的发动机进行停靠控制 两对接航天器的相对速度应接近或等于零 要实现轨道对接 必须保证两航天器同轨 也就是轨道高度相同 同理 周期 角速度也必然接近相同 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全