高三物理人造卫星专题练习题(含答案)
2019届高三物理人造卫星专题练习题(含答
案)
人造卫星的运动轨道取决于卫星的任务要求,区分为低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道,大椭圆轨道和极轨道。为此查字典物理网整理了人造卫星专题练习题,请考生及时练习。
一、选择题
1.下列关于地球同步卫星的说法中正确的是()
A.为避免通讯卫星在轨道上相撞,应使它们运行在不同的轨道上
B.通讯卫星定点在地球赤道上空某处,所有通讯卫星的周期都是24 h
C.不同国家发射通讯卫星的地点不同,这些卫星的轨道不一定在同一平面上
D.不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的,加速度的大小也是相同的
2.探测器绕月球做匀速圆周运动,变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动,则变轨后与变轨前相比()
A.轨道半径变小
B.向心加速度变小
C.线速度变小
D.角速度变小
3.关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题,下面说法中正确的是()
A.在发射过程中向上加速时产生超重现象
B.在降落过程中向下减速时产生超重现象
C.进入轨道时做匀速圆周运动,产生失重现象
D.失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的
4.假设地球的质量不变,而地球的半径增大到原来的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() A.倍B.倍
C.倍
D.2倍
5.1970年4月24日,我国自行设计、制造的第一颗人造卫星东方红一号发射成功,开创了我国航天事业的新纪元.东方红一号的运行轨道为椭圆轨道,其近地点M和远地点N的高度分别为439 km和2 384 km,则()
图1
A.卫星在M点的势能大于N点的势能
B.卫星在M点的角速度大于N点的角速度
C.卫星在M点的加速度大于N点的加速度
D.卫星在N点的速度大于7.9 km/s
6.2009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,如图2所示.关于航天飞机的运动,下列说法中正确
的有()
图2
A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能
C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
7.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
二、非选择题
8.金星的半径是地球半径的0.95倍,质量为地球质量的0.82倍.g取10 m/s2,问:
(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? 1.BD
2.A [由G=m知T=2,变轨后T减小,则r减小,故选项A 正确;由G=ma,知r减小,a变大,故选项B错误;由G=m 知v=,r减小,v变大,故选项C错误;由=知T减小,变大,故选项D错误.]
3.ABC [超重、失重是一种表象,是从重力和弹力的大小关系
而定义的.当向上加速时超重,向下减速(a方向向上)也超重,故A、B正确.卫星做匀速圆周运动时,万有引力完全提供向心力,卫星及卫星内的物体皆处于完全失重状态,故C正确.失重的原因是重力(或万有引力)使物体产生了加速度,D错.] 4.B [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的认为是地球的半径,且地球对卫星的万有引力充当向心力.
故有公式=成立,所以解得v= .
因此,当M不变,R增加为2R时,v减小为原来的倍,即正确的选项为B.]
5.BC [卫星由M点向N点运动的过程中,万有引力做负功,势能增加即M点的势能小于N点的势能,故选项A错误;由开普勒定律可知地球球心和卫星连线在相等时间内扫过
的面积相等,近地点的角速度要大于远地点的角速度,B正确;由G=ma知a=,所以aMaN,故选项C正确;7.9 km/s 是卫星围绕地球表面转动的第一宇宙速度,是卫星绕地球转动的最大速度,vN7.9 km/s,故选项D错误.]
6.ABC [航天飞机在椭圆轨道上运动,距地球越近,速度越大,A项正确.航天飞机在轨道Ⅰ经A点时减速才能过渡到轨道Ⅱ,所以对于A点在轨道Ⅰ上的速度、动能都大于在轨道Ⅱ上的速度、动能,即B正确.由开普勒第三定律知,航天飞机在轨道Ⅱ上的角速度大于在轨道Ⅰ的,故航天飞机在轨道Ⅱ
上的周期小,即C正确.由万有引力=ma知,加速度仅与间距有关,D不正确.]
7.B [设地球半径为R,密度为1,自转周期为T1,设行星半径为r,密度为2,自转周期为T2,根据万有引力定律得
G=m①
G=②
1=22,T1=24小时③
由①②③得T2=12小时,故选项B正确.]
8.(1)9.09 m/s2 (2)7.34 km/s
解析(1)星球表面的物体所受重力近似等于万有引力,即mg=,g=
因此==0.82()2,得g金=9.09 m/s2.
(2)绕行星做匀速圆周运动的物体,万有引力提供向心力,=m,v= ,当r为星球半径时,v为第一宇宙速度.
因此= = ,则v金=7.34 km/s.
人造卫星专题练习题及答案的内容就是这些查字典物理网希望考生可以时时有进步。
人造地球卫星问题大盘点
人造地球卫星问题大盘点 由于人造卫星、宇宙飞船、航天飞机的问世,使人们不断地探索宇宙,为开发宇宙新能源而努力,是当今世界先进的科学领域,近几年针对人造卫星问题考查的频率较高,卫星问题与现代科技结合密切,出应用型试题,结合实际,正是今后高考的命题趋势。现就卫星问题盘点如下,供同学们学习参考。 一、卫星的原理 当地球与物体之间的万有引力恰好提供物体围绕地球做匀速圆周运动的向心力时,物体就会围绕地球永远运动下去,就成了地球的人造卫星。 二、卫星轨道 卫星运动时,地球对其万有引力提供向心力,所以卫星的轨道平面必过地球球心。其可能轨道分别如图1、2、3所示.但卫星不可能位于某一纬度平面上,如图4所示,原因是卫星仅受一个万有引力作用,这个万有引力将分解成垂直地轴的向心力和指向赤道面的分力,由牛顿第二定律可知,卫星将会在该方向上加速而脱离纬度平面。由于地球的自转,图2所示卫星轨道平面不可能总和某一经线圈所在平面重合。 三、人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系 1)运动速度:由得,即半径越大,线速度越小。 角速度:由得,即半径越大,角速度越小。 周期:由得,即半径越大,周期越长。 向心加速度:得,即半径越大,向心加速度越小。也为该处的重力加速度。 2)求中心天体的质量或密度(设中心天体的半径) 若已知卫星绕中心天体做匀速圆周运动的周期与半径 若已知卫星绕中心天体做匀速圆周运动的线速度与半径 若已知卫星绕中心天体做匀速圆周运动的线速度与周期 若已知中心天体表面的重力加速度及中心天体的球半径
例1一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行,认为行星是密度均匀的球体,要确定该行星的密度,只需要测量() A.飞船的轨道半径 B.飞船的运行速度 C.飞船的运行周期D.行星的质量 例2“神舟六号”飞行到第5圈时,在地面指挥控制中心的控制下,由近地点250km圆形轨道1经椭圆轨道2转变到远地点350km的圆轨道3。设轨道2与1相切于Q点,与轨道3相切于P点,如图3所示,则飞船分别在1、2、轨道上运行时() A.飞船在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B.飞船在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C.飞船在轨道1上经过Q点时的加速度大于在轨道2上经过Q点的加速度 D.飞船在轨道2上经过P点时的加速度等于在轨道3上经过P点的加速度 例3在地球上(看做质量均匀分布的球体)上空有许多同步卫星,下面说法中正确的是()A.它们的质量可能不同 B.它们的速度可能不同 C.它们的角速度可能不同 D.它们离地心的距离可能不同 四、同步地球卫星(通讯卫星) (1)所谓的同步地球卫星就是相对地球静止的和地球具有相同周期的卫星,T=24小时。 (2)同步地球卫星必位于赤道的上方,相对地面的高度为定值,与地球的自转方向相同。 五、宇宙速度 (1)由知,当卫星绕地球近表上空运行时,半径最小,运行速度最大,称为第一宇宙速度,其大小为。若卫星的发射速度小于第一宇宙速度,则卫星所受万有引 力大于卫星所需向心力而使卫星落回地球。因此,发射卫星的最小速度不能小于第一 宇宙速度,所以说第一宇宙速度是卫星发射的最小速度,是卫星运行的最大环绕速度。 这里的规律同样适用于其它星体。 (2)卫星能挣脱地球引力的速度,称为第二宇宙速度(脱离速度),其大小为 。 (3)卫星能挣脱太阳引力的速度,称为第三宇宙速度(逃逸速度),其大小为。 六、卫星的发射、回收和对接 (1)卫星的发射速度要求大于或等于,小于。 卫星的高度越高,要求发射的速度就要越大,在上升过程机械能守恒,动能转化成势能,速度逐渐减小,到达该轨道的速度都要比低轨道的速度小,同一卫星所在处的轨道越高,机械能越大。 (2)发射同步卫星一般采用变轨发射的方法
2018_2019学年高中物理第三章万有引力定律及其应用微型专题4卫星变轨问题和双星问题学案粤教版必
微型专题4 卫星变轨问题和双 星问题 知识目标核心素养 1.会分析卫星的变轨问题,知道卫星变轨 的原因和变轨前后卫星速度的变化. 2.掌握双星运动的特点,会分析求解双星 运动的周期和角速度. 1.掌握卫星变轨的实质及蕴含的思想方法. 2.掌握“双星”的特点,建立“双星”问题 模型. 一、人造卫星的发射、变轨与对接 1.发射问题 要发射人造卫星,动力装置在地面处要给卫星一很大的发射初速度,且发射速度v>v1=7.9 km/s,人造卫星做离开地球的运动;当人造卫星进入预定轨道区域后,再调整速度,使F引=F向,即G Mm r2 =m v2 r ,从而使卫星进入预定轨道. 2.卫星的变轨问题 卫星变轨时,先是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化,进而使轨道半径r发生变化. (1)当卫星减速时,卫星所需的向心力F向=m v2 r 减小,万有引力大于所需的向心力,卫星将做
近心运动,向低轨道变迁. (2)当卫星加速时,卫星所需的向心力F 向=m v 2 r 增大,万有引力不足以提供卫星所需的向心力, 卫星将做离心运动,向高轨道变迁. 以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度的依据. 3.飞船对接问题 (1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图1甲所示,低轨道飞船通过合理地加速,沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接. 图1 (2)同一轨道飞船与空间站对接 如图乙所示,后面的飞船先减速降低高度,再加速提升高度,通过适当控制,使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度. 例1 如图2所示为卫星发射过程的示意图,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,最后再一次点火,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,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法中正确的是( ) 图2 A .卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B .卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期 C .卫星在轨道1上经过Q 点时的速率大于它在轨道2上经过Q 点时的速率 D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度 答案 B 解析 卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时有: G Mm r 2=m v 2 r ,v =GM r 因为r 1<r 3,所以v 1>v 3,A 项错误. 由开普勒第三定律知T 3>T 2,B 项正确. 在Q 点从轨道1到轨道2需要做离心运动,故需要加速. 所以在Q 点v 2Q >v 1Q ,C 项错误.
第七章 卫星变轨问题和双星问题—人教版(2019)高中物理必修第二册检测
卫星变轨问题和双星问题 课后练习题 一、选择题 1. 1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动.如图1所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2,近地点到地心的距离为r ,地球质量为M ,引力常量为G .则( ) 图1 A.v 1>v 2,v 1=GM r B.v 1>v 2,v 1> GM r C.v 1<v 2,v 1=GM r D.v 1<v 2,v 1> GM r 答案 B 解析 根据开普勒第二定律知,v 1>v 2,在近地点画出近地圆轨道,由GMm r 2=m v 2 r 可知,过近地点做 匀速圆周运动的速度为v =GM r ,由于“东方红一号”在椭圆轨道上运动,所以v 1>GM r ,故B 正确. 2.(2019·北京市石景山区一模)两个质量不同的天体构成双星系统,它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,下列说法正确的是( ) A.质量大的天体线速度较大
B.质量小的天体角速度较大 C.两个天体的向心力大小一定相等 D.两个天体的向心加速度大小一定相等 答案 C 解析 双星系统的结构是稳定的,故它们的角速度相等,故B 项错误;两个星球间的万有引力提供向心力,根据牛顿第三定律可知,两个天体的向心力大小相等,而天体质量不一定相等,故两个天体的向心加速度大小不一定相等,故C 项正确,D 错误;根据牛顿第二定律有: G m 1m 2L 2=m 1ω2r 1,Gm 1m 2L 2 =m 2ω2r 2,其中r 1+r 2=L 故r 1=m 2m 1+m 2L ,r 2=m 1m 1+m 2L ,故v 1v 2=r 1r 2=m 2m 1 故质量大的天体线速度较小,故A 错误. 3.(2019·定州中学期末)如图2,“嫦娥三号”探测器经轨道 Ⅰ 到达P 点后经过调整速度进入圆轨道 Ⅱ,再经过调整速度变轨进入椭圆轨道Ⅲ,最后降落到月球表面上.下列说法正确的是( ) 图2 A.“嫦娥三号”在地球上的发射速度大于11.2 km/s B.“嫦娥三号”由轨道Ⅰ经过P 点进入轨道Ⅱ时要加速 C.“嫦娥三号”在轨道Ⅲ上经过P 点的速度大于在轨道Ⅱ上经过P 点的速度 D.“嫦娥三号”稳定运行时,在轨道Ⅱ上经过P 点的加速度与在轨道Ⅲ上经过P 点的加速度相等 答案 D 4. 如图3所示,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,则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时,下列说法中不正确的是( )
高中物理人造卫星变轨问题专题
高中物理人造卫星变轨 问题专题 集团文件版本号:(M928-T898-M248-WU2669-I2896-
人造卫星变轨问题专题 (一) 人造卫星基本原理 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。 轨道半径r 确定后,与之对应的卫星线速度 r GM v = 、周期 GM r T 3 2π =、向心加速度2r GM a =也都是唯一确定的。如果卫星的质 量是确定的,那么与轨道半径r 对应的卫星的动能E k 、重力势能E p 和总机械能E 机也是唯一确定的。一旦卫星发生了变轨,即轨道半径 r 发生变化,上述所有物理量都将随之变化(E k 由线速度变化决定、E p 由卫星高度变化决定、E 机不守恒,其增减由该过程的能量转换情 况决定)。同理,只要上述七个物理量之一发生变化,另外六个也必将随之变化。 (二) 常涉及的人造卫星的两种变轨问题 1. 渐变 由于某个因素的影响使原来做匀速圆周运动的卫星的轨道半径发生缓慢的变化(逐渐增大或逐渐减小),由于半径变化缓慢,卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。
解决此类问题,首先要判断这种变轨是离心还是向心,即轨道半径r 是增大还是减小,然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。 1) 人造卫星绕地球做匀速圆周运动,无论轨道多高,都会受到稀薄 大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持(即通过启动星上小型发动机,将化学能转化为机械能,保持卫星应具有的状态),卫星就会自动变轨,偏离原来的圆周轨道,从而引起各个物理量的变化。这种变轨的起因是阻力。阻力对卫星做负功,使卫星速 度减小,卫星所需要的向心力r mv 2减小了,而万有引力2 r GMm 的 大小没有变,因此卫星将做向心运动,即轨道半径r 将减小。 由基本原理中的结论可知:卫星线速度v 将增大,周期T 将减小,向心加速度a 将增大,动能E k 将增大,势能E p 将减小,有部分机械能转化为内能(摩擦生热),卫星机械能E 机将减小。 为什么卫星克服阻力做功,动能反而增加了呢?这是因为一旦轨道半径减小,在卫星克服阻力做功的同时,万有引力(即重力)将对卫星做正功。而且万有引力做的正功远大于克服空气阻力做的功,外力对卫星做的总功是正的,因此卫星动能增加。根据E 机=E k +E p ,该过程重力势能的减少总是大于动能的增加。
人造卫星专题练习有答案
人造卫星专题练习 1.有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球表面一起转动,b处于地面附近的近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,各卫星排列位置如图所示,则有( ) A.a的向心加速度等于重力加速度g B.b在相同时间内转过的弧长最长 C.c在4小时内转过的圆心角是π/6 D.d的运动周期有可能是20小时 2.据报道,我国自主研制的“嫦娥二号”卫星在奔月的旅途中,先后完成了一系列高难度的技术动作,在其环月飞行的高度距离月球表面100 km时开始全面工作。国际上还没有分辨率优于10米的全月球立体图像,而“嫦娥二号”立体相机具有的这种高精度拍摄能力,有助于人们对月球表面了解得更清楚,所探测到的有关月球的数据比环月飞行高度约为200 km的“嫦娥一号”更加翔实。若两颗卫星环月运行均可视为匀速圆周运动,运行轨道如图所示,则( ) A.“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”更长 B.“嫦娥二号”环月运行的速度比“嫦娥一号”更大 C.“嫦娥二号”环月运行时向心加速度比“嫦娥一号”更大 D.“嫦娥二号”环月运行时角速度比“嫦娥一号”更小 3.一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如该卫星变轨后仍做匀速圆周 运动,动能减小为原来的1 4 ,不考虑卫星质量的变化,则变轨前后卫星的( ) A.向心加速度大小之比为4∶1 B.角速度大小之比为2∶1 C.周期之比为1∶8 D.轨道半径之比为1∶2 4 . 2011年8月,“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图2所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,则此飞行器的( ) A.线速度大于地球的线速度 B.向心加速度大于地球的向心加速度C.向心力仅由太阳的引力提供 D.向心力仅由地球的引力提供 5.如图所示,飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动,不考虑质量变化,相对于在轨道1上,飞船在轨道2上的( )
2021年卫星变轨问题错解分析(典型例题详细解析)
卫星变轨问题易错题分析 欧阳光明(2021.03.07) 一、不清楚变轨原因导致错解 分析变轨问题时,首先要让学生弄明白两个问题:一是物体做圆周运动需要的向心力,二是提供的向心力。只有当提供的力能满足它需要的向心力时,即“供”与“需”平衡时,物体才能在稳定的轨道上做圆周运动,否则物体将发生变轨现象——物体远离圆心或靠近圆心。当卫星受到的万有引力不够提供卫星做圆周运动所需的向心力时,卫星将做离心运动,当卫星受到的万有引力大于做圆周运动所需的向心力时卫星将在较低的椭圆轨道上运动,做近心运动。导致变轨的原因是卫星或飞船在引力之外的外力,如阻力、发动机的推力等作用下,使运行速率发生变化,从而导致“供”与“需”不平衡而导致变轨。这是卫星或飞船的不稳定运行阶段,不能用公式分析速度变化和轨道变化的关系。 例一: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.无论飞船采取何种措施,均不能与空间站对接
错解:选A 。错误原因分析:不清楚飞船速度变化导致"供"与"需"不平衡而导致出现变轨。 答案:选B 。分析:先开动飞船上的发动机使飞船减速,此时万有引力大于所需要的向心力,飞船做近心运动,到达较低轨 道时,由222()Mm G m r r T π=得2T =小于空间站的周期,飞船运行得要比空间站快。当将要追上空间站时,再开动飞船上的发动机让飞船加速,使万有引力小于所需要的向心力而做离心运动,到达空间站轨道而追上空间站,故B 正确。如果飞船先加速,它受到的万有引力将不足以提供向心力而做离心运动,到达更高的轨道,这使它的周期变长。这样它再减速回到空间站所在的轨道时,会看到它离空间站更远了,因此C 错。 二、不会分析能量转化导致错解 例二:人造地球卫星在轨道半径较小的轨道A 上运行时机械能为E A ,它若进入轨道半径较大的轨道B 运行时机械能为E B ,在轨道变化后这颗卫星() A .动能减小,势能增加,E B >E A B .动能减小,势能增加,E B =E A C .动能减小,势能增加,E B <E A D .动能增加,势能增加, E B >E A
高考冲刺专题系列15:人造卫星专题
高考冲刺专题系列15:人造卫星专题 一、同步卫星 1、同步卫星A 的运行速率为1υ,向心加速度为1a ,运转周期为T 1;放置在地球赤道上的物体B 随地球自转的线速度为2υ,向心加速度为2a ,运转周期为T 2;在赤道平面上空做匀速圆周运动的近地卫星C 的速率为3υ,向心加速度为3a ,动转周期为T 3。比较上述各量的大小可得:〔AD 〕 A .T 1=T 2>T 3 B .3υ>2υ>1υ C .1a <2a =3a D .3a >1a >2a 2、气象卫星是用来拍照云层照片,观测气象资料和测量气象数据的。我国先后自行成功研制和发射了"风云一号"和"风云二号"两颗气象卫星,"风云一号"卫星轨道与赤道平面垂直,通过两极,每12小时巡视一周,称为"极地圆轨道","风云二号"气象卫星轨道平面在赤道平面内,称为"地球同步轨道",那么:〔BD 〕 A.〝风云一号〞比"风云二号"的发射速度大 B.〝风云一号〞比"风云二号"的线速度大 C.〝风云一号〞比"风云二号"的运动周期大 D .〝风云一号〞比"风云二号" 的向心加速度大 3、1984年4月8日,我国第一颗地球静止轨道试验通信卫星发射成功,16日,卫星成功地定点于东经125度赤道上空。2003年10月15日9时整,〝神舟〞五号载人飞船进入预定轨道,将中国第一名航天员送上太空,飞船绕地球14圈,即飞行21小时后,于16日6时23分在内蒙古阿木古郎草原安全着陆,由以上材料可知:(AB) A .〝通信卫星〞运行周期较〝神舟〞五号的大 B .〝通信卫星〞运行轨道半径较〝神舟〞五号的大 C .〝通信卫星〞运行的线速度较〝神舟〞五号的大 D .〝神舟〞五号通过赤道上空时,也能够实现定点,与地球自转同步 4、万有引力常量G ,地球半径R ,月球和地球之间的距离r ,同步卫星距地面的高度h ,月球绕地球的运转周期T 1,地球的自转周期T 2,地球表面的重力加速度g 。某同学依照以上条件,提出一种估算地球质量M 的方法: 同步卫星绕地球作圆周运动,由h T m h Mm G 2 22??? ??=π得2324GT h M π= ⑴请判定上面的结果是否正确,并讲明理由。如不正确,请给出正确的解法和结果。 ⑵请依照条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果。 (1)上面结果是错误的,地球的半径R 在运算过程中不能忽略。 正确的解法和结果是:222()()()Mm G m R h R h T π=++ ①
2020高考物理卫星变轨与航天器对接问题(解析版)
2020年高考物理备考微专题精准突破 专题2.8 卫星变轨与航天器对接问题 【专题诠释】 人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨,如图所示,我们从以下几个方面讨论. 1.变轨原理及过程 (1)为了节省能量,在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上. (2)在A点点火加速,由于速度变大,万有引力不足以提供在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力,卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ. (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ. 2.物理量的定性分析 (1)速度:设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3,在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为v A、v B.因在A点加速,则v A>v1,因在B点加速,则v3>v B,又因v1>v3,故有v A>v1>v3>v B. (2)加速度:因为在A点,卫星只受到万有引力作用,故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点,卫星的加速度都相同.同理,从轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点时加速度也相同. (3)周期:设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3,轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3,由 开普勒第三定律a3 T2=k可知T1<T2<T3. (4)机械能:在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒.若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3,则E1<E2<E3. 【高考领航】 【2019·江苏高考】1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2,近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G。则()
A .v 1>v 2,v 1= GM r B .v 1>v 2,v 1> GM r C .v 1
人教版高中物理必修二人造卫星变轨问题专题
人造卫星变轨问题专题 一、人造卫星基本原理 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r 确定后,与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GM r T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。如果卫星的质量也确定,那么与轨道半径r 对应的卫星的动能E k (由线速度大小决定)、重力势能E p (由卫星高度决定)和总机械能E 机(由能量转换情况决定)也是确定的。一旦卫星发生变轨,即轨道半径r 发生变化,上述物理量都将随之变化。同理,只要上述七个物理量之一发生变化,另外六个也必将随之变化。 在高中物理中,会涉及到人造卫星的两种变轨问题。 二、渐变 由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化(逐渐增大或逐渐减小),由于半径变化缓慢,卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。 解决此类问题,首先要判断这种变轨是离心还是向心,即轨道半径是增大还是减小,然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。 如:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,无论轨道多高,都会受到稀薄大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持(即通过启动星上小型火箭,将化学能转化为机械能,保持卫星应具有的速度),卫星就会自动变轨,偏离原来的圆周轨道,从而引起各个物理量的变化。 由于这种变轨的起因是阻力,阻力对卫星做负功,使卫星速度减小,所需要的向心力r m v 2 减小了,而万有引力大小2 r GMm 没有变,因此卫星将做向心运动,即半径r 将减小。 由㈠中结论可知:卫星线速度v 将增大,周期T 将减小,向心加速度a 将增大,动能E k 将增大,势能E p 将减小,该过程有部分机械能转化为内能(摩擦生热),因此卫星机械能E 机将减小。 为什么卫星克服阻力做功,动能反而增加了呢?这是因为一旦轨道半径减小,在卫星克服阻力做功的同时,万有引力(即重力)将对卫星做正功。而且万有引力做的正功远大于克服大气阻力做的功,外力对卫星做的总功是正的,因此卫星动能增加。 根据E 机=E k +E p ,该过程重力势能的减少总是大于动能的增加。 再如:有一种宇宙学的理论认为在漫长的宇宙演化过程中,引力常量G 是逐渐减小的。如果这个结论正确,那么恒星、行星将发生离心现象,即恒星到星系中心的距离、行星到恒星间的距离都将逐渐增大,宇宙将膨胀。 三、突变 由于技术上的需要,有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机,使飞行器轨道发生突变,使其到达预定的目标。 如:发射同步卫星时,通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ,使其绕地球做匀速圆周运动,速率为v 1,第一次在P 点点火加速,在短时间 内将速率由v 1增加到v 2,使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ;卫星运行 到远地点Q 时的速率为v 3,此时进行第二次点火加速,在短时间内将 速率由v 3增加到v 4,使卫星进入同步轨道Ⅲ,绕地球做匀速圆周运动。 v 2 v 3 v 4 v 1 Q P Ⅰ Ⅲ Ⅱ
人造卫星基本原理
人造卫星的基本原理 参考、摘录自——王冈 曹振国《人造卫星原理》 一、关于椭圆轨道 在地球引力的作用下,要使物体环绕地球作圆周运动,那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等,则它将作圆周运动。若其所需向心力大于地球引力,这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。物体的速度比环绕速度(作圆周运动时的速度)大得越多,椭圆轨道就越“扁长”,直到达到第二宇宙速度,物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之外。 因为发射卫星和飞船时,入轨点的速度控制不可能绝对精确,速度大小的微小偏离,和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差,都会使航天器的轨道不是圆形二是椭圆形,椭圆扁率取决于入轨点的速度大小和方向。 二、卫星运动轨道的几何描述 尽管开普勒定律阐明的是行星绕太阳的轨道运动,它们可以用于任意二体系统的运动,如地球和月亮,地球和人造卫星等。 假定地球中心O 在椭圆的一个焦点上 a ——椭圆的半长轴 b ——椭圆的半短轴 >11.2km/s-抛物线 >16.7km/s-双曲线
c e ——偏心率 a c e = P e ——近地点 A p ——远地点 P ——半通径)1(2 2 e a a b P -== Y w ——轴与椭圆交点的坐标 f ——真近点角,近地点和远地点之间连线与卫星向径之间的夹角 E ——偏近点角 只要知道了卫星运行的椭圆轨道的几个主要参数:a ,e 等,卫星在椭圆轨道上任一点(r )处的速度就可以计算出来: )12( a r v - = μ 其中2μ=GM (地心万有引力常数) 椭圆轨道上任一点处的向径r 为:)cos 1(E e a r -= 近地点向径:)1(e a r p -= 远地点向径:)1(e a r A += 所以,近地点r 最小,卫星速度最大e e a v -+? = 112 μ 远地点r 最大,卫星速度最小e e a v +-? = 112 μ 卫星或飞船入轨点处的速度,通常就是近地点的速度,这个速度一般要比当地的环绕速度要大;而椭圆轨道上远地点速度则比当地的环绕速度要小。 圆形轨道可以看成椭圆轨道的特殊情况。即a=b=r ,所以 r GM r v = = 2 μ A
人造卫星问题专题
人造卫星问题专题 一. 教学容: 人造卫星问题专题 二. 学习目标: 1、掌握人造卫星的力学及运动特点。 2、掌握地球同步卫星的特点及相关的题目类型。 3、强化对于人造卫星问题中典型题型的相关解法。 考点地位: 人造卫星问题是万有引力定律应用部分的难点问题,是近几年高考命题的热点,这部分容综合性很强,从高考出题形式上分析,突出了对于卫星的发射、运转、回收等多方面的考查,人造卫星问题中涉及到的同步卫星的定位,人造卫星问题中的超重失重问题,人造卫星与地理知识与现代科技知识的综合问题,都是近几年高考考查的热点问题,2007年全国各地的高考题目中,2007年单科卷第16题是以大型计算题目形式出现的,2007年天津理综卷的第17题理综卷的第17题均以绕月探测工程为物理背景以选择题形式出现。 三. 重难点解析: 1. 人造地球卫星的发射速度 对于人造地球卫星,由,得,这一速度是人造地球卫星在轨道上的运行速度,其大小随轨道半径的增大而减小,但是,由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功,所以将卫星发射到距地球越远的轨道,在地面上所需的发射速度就越大。 2. 人造卫星的运行速度、角速度、周期与半径的关系 根据万有引力提供向心力,则有 (1)由,得,即人造卫星的运行速度与轨道半径的平方根成反比,所以半径越大(即卫星离地面越高),线速度越小。 (2)由,得,即,故半径越大,角速度越小。 (3)由,得,即,所以半径越大,周期越长,发射人造地球卫星的最小周期约为85分钟。 3. 人造卫星的发射速度和运行速度(环绕速度) (1)发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度,并且一旦发射后就再也没有补充能量,被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力做功上升一定高度,进入运动轨道(注意:发射速度不是应用多级运载火箭发射时,被发射物离开地面发射装置的初速度)。