高中物理 第三章 万有引力定律 第4节 人造卫星 宇宙速度 3 同步卫星的特点及发射学案 教科版必修2.doc

同步卫星的特点及发射一、考点突破：考点课程目标备注同步卫星的特点及发射1. 理解并运用万有引力定律处理地球同步卫星问题的思路和方法。2. 了解地球同步卫星的运动特点。3. 地球同步卫星和其他卫星运动的共同点，会用万有引力定律计算天体的质量。高考重点，通常以选择题的形式考查，考查重点是同步卫星的特点及同步卫星的动力学特征，同时结合我国的航天事业飞速发展，以我国的航天科技实例为背景进行命题。二、重难点提示：重点：地球同步卫星的轨道特点和运行规律。难点：地球同步卫星的轨道位置的确定。一、地球同步卫星相对于地面静止且与地球自转周期相同的卫星叫地球同步卫星。1. 同步卫星的特点（1）同步卫星与地球自转方向一致。（2）同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等。【重要提示】同步卫星的运转周期与地球自转周期一致，是24h。所以同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等。（3）同步卫星的轨道平面与赤道平面共面。（4）同步卫星的高度一定，。【要点诠释】由，得：，因为T一定，所以r一定，而（h为同步卫星离地面的垂直高度，R为地球半径），也就是说，所有的同步卫星都位于赤道上方相同高度上。即所有同步卫星都在同一个轨道上。因为它们的角速度相等，所以不会发生“追尾”的问题。这一高度大约为。（5）同步卫星的环绕速度大小一定相等。二、同步卫星的发射1. 第一步：把卫星发射到近地圆轨道1动力学规律：（供需平衡）由于近地，故R为地球半径。2. 第二步：变轨点火加速（供小于求）离心，沿椭圆轨道2运动。点火位置为A，A为近地点，B为远地点。3. 第三步：在远地点再次加速进入同步轨道3动力学规律：（供需平衡）【重要提示】同步卫星相对地面静止，相对地心匀速圆周运动。三、同步卫星的回收在三轨道上向前喷气减速（如图中B点），供大于需，进入椭圆轨道2运动，在A点再次减速进入圆轨道1运动，在1上再次减速返回地面。 例题1 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，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），则当卫星分别在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上的速率大于在轨道1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点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度思路分析：由万有引力等于向心力可得，卫星轨道半径越小，环绕速度越大，角速度越大，卫星在轨道3上的速率小于在轨道1的速率，卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，选项A错误，B正确；卫星在轨道1上经过Q点时和它在轨道2上经过Q点时所受万有引力相等，加速度相等，选项C错误；卫星在轨道2上经过P点时和它在轨道3上经过P点时所受万有引力相等，加速度相等，选项D正确。答案：BD例题2 （天津卷）研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在相比（ ）A. 距地球的高度变大 B. 向心加速度变大C. 线速度变大 D. 角速度变大思路分析：同步卫星与地球的自转周期相同，若地球的自转周期变大，那么同步卫星的角速度将变小，D项错误；根据万有引力提供向心力，有：，角速度变小，同步卫星离地高度将变大，A项正确；由可知，同步卫星的向心加速度将减小，B项错误；由可知，线速度变小，C项错误。答案：A【方法提炼】卫星绕地球的运动，万有引力提供向心力。卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道平面一定过地心，轨道半径等于卫星与地心的距离。地球同步卫星的轨道一定与赤道共面，其周期等于地球自转周期。卫星问题是高考热点，解决地球同步卫星问题的方法是，根据题述条件及物理情景，利用卫星周期等于地球自转周期，应用卫星相关规律列出相应方程联立解得。满分训练：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小时思路分析：设地球半径为R1，某行星的半径为R2，则地球的同步卫星的周期为T124小时，轨道半径为r17R1，密度1。某行星的同步卫星周期为T2，轨道半径为r23.5R2，密度21/2。地球质量M11R13，某行星的质量M22R23，根据牛顿第二定律和万有引力定律分别有：，。两式化简得T2 T1/212小时，选项B正确。答案：B