人造卫星之基本知识点及例题.
《人造卫星 宇宙速度》 知识清单
《人造卫星宇宙速度》知识清单一、人造卫星（一）什么是人造卫星人造卫星是指环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。
其基本组成部分包括卫星本体、姿态控制系统、电源系统、通信系统、遥感系统等。
人造卫星的用途多种多样，涵盖了通信、导航、气象观测、地球资源勘探、科学研究等多个领域。
（二）人造卫星的分类1、通信卫星用于实现远距离的通信，包括电话、电视、数据传输等。
它们通常位于地球同步轨道上，这样可以保持相对地球表面的固定位置，便于地面接收站的持续跟踪和通信。
2、导航卫星为地球上的用户提供定位、导航和授时服务。
例如我们熟知的GPS、北斗等导航系统，通过多颗卫星组成的星座，能够精确确定用户的位置和时间。
3、气象卫星用于监测地球的气象状况，包括云层分布、大气温度、湿度、风速等。
这些数据对于天气预报、气候研究以及灾害预警等具有重要意义。
4、地球观测卫星主要用于对地球表面进行观测，获取地形、植被、水资源、海洋等方面的信息，为环境保护、农业、地质勘探等领域提供支持。
5、科学卫星旨在进行空间科学研究，如探测宇宙射线、研究太阳活动、观测星系等，推动天文学、物理学等学科的发展。
（三）人造卫星的轨道1、低地球轨道（LEO）高度一般在 160 2000 千米之间。
在这个轨道上运行的卫星环绕地球的周期较短，通常为 90 分钟至 2 小时。
许多通信卫星、遥感卫星和科学实验卫星会选择低地球轨道。
2、中地球轨道（MEO）高度范围大约在 2000 35786 千米之间。
例如，一些导航卫星就工作在中地球轨道。
3、地球同步轨道（GEO）高度约为 35786 千米。
位于此轨道的卫星绕地球运行的周期与地球自转周期相同，从地面上看，卫星好像静止在天空的某个位置，因此常用于通信和气象卫星。
4、太阳同步轨道卫星的轨道平面与太阳始终保持相对固定的取向，使得卫星经过同一地点的当地时间相同，有利于对地球进行重复观测。
二、宇宙速度（一）第一宇宙速度也称为环绕速度，大小约为 79 千米/秒。
高考物理一轮复习 教学案：专题五考点二 人造地球卫星 含解析
考点二 人造地球卫星基础点知识点1 宇宙速度1．第一宇宙速度(环绕速度)(1)第一宇宙速度：人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度，其大小为v 1＝7.9 km/s 。
(2)第一宇宙速度的求法：①GMm R 2＝m v 21R ，所以v 1＝ GM R 。
②mg ＝m v 21R ，所以v 1＝gR 。
(3)第一宇宙速度既是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度。
2．第二宇宙速度(脱离速度)：使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，其大小为v 2＝11.2 km/s 。
3．第三宇宙速度(逃逸速度)：使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，其大小为v 3＝16.7 km/s 。
知识点2 人造地球卫星1．人类发射的绕地球运行的所有航天器均可称为人造地球卫星，它们的轨道平面一定通过地球球心。
2．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，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地球的半径。
3．地球同步卫星 (1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。
(2)周期 一定：与地球自转周期相同，即T ＝24 h ＝86400 s 。
(3)高度一定：离地面高度h ＝r －R ≈6R (R 为地球半径)。
(4)绕行方向一定：与地球自转的方向一致。
知识点3 时空观1．经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随运动状态的改变而改变的。
(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是相同的。
2．相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量是随物体运动速度的增大而增大的，用公式表示为m ＝m 01－v 2c 2。
(2)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是不同的。
3．狭义相对论的两条基本假设(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是不同的。
人 造 卫 星
人造卫星【学习目标】1．初步掌握人造卫星的发射、运行、回收知识。
2．定量描述同布卫星。
3．能辨析赤道上的物体、近地卫星、同步卫星。
【学习重点】卫星的运行、同步卫星【学习难点】辨析赤道上的物体、近地卫星、同步卫星预习案1. 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。
2. 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）。
要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
因此，第一宇宙速度又是最小的发射速度。
卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星（近地卫星）的发射速度最小，就是其运行速度即第一宇宙速度。
（2）运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，根据可知，卫星越高，半径越大，卫星的运行速度（环绕速度）就越小。
3.地球同步卫星相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。
同步卫星有以下几个特点：（1）同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。
（2）同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，且（3）同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
（4）要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方，不可能定点在我国某地上空。
（5）同步卫星高度固定不变。
第3章 4.人造卫星 宇宙速度 全部知识点Word版含答案
4.人造卫星 宇宙速度1．人造卫星卫星是太空中绕行星运动的物体．将第一颗人造卫星送入围绕地球运行轨道的国家是前苏联．2．宇宙速度1．第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度．(√) 2．第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行的最小速度．(×) 3．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度．(×) 若要发射火星探测器，试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射？ 【提示】 火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s ＜v ＜16.7 km/s.发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：图341探讨1：不同星球的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？【提示】 不同，根据G Mm R ＝m v 2R ，v ＝GMR，第一宇宙速度决定于星球的质量和半径． 探讨2：把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 【提示】 轨道越高，需要的发射速度越大．1．解决天体运动问题的基本思路：一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体时可建立基本关系式：G Mm R＝ma ，式中a 是向心加速度．2．常用的关系式(1)G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2T2r ，万有引力全部用来提供行星或卫星做圆周运动的向心力．(2)mg ＝G MmR2即gR 2＝GM ，物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力．该公式通常被称为黄金代换式．3．四个重要结论：设质量为m 的天体绕另一质量为M 的中心天体做半径为r 的匀速圆周运动．(1)由GMm r 2＝m v 2r得v ＝GMr，r 越大，天体的v 越小． (2)由G Mm r2＝m ω2r 得ω＝GMr 3，r 越大，天体的ω越小． (3)由G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 得T ＝2πr 2GM，r 越大，天体的T 越大． (4)由G Mm r2＝ma n 得a n ＝GM r2，r 越大，天体的a n 越小．以上结论可总结为“一定四定，越远越慢”．4．地球同步卫星及特点：地球同步卫星及特点：(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星．(2)特点：①确定的转动方向：和地球自转方向一致；②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h；③确定的角速度：等于地球自转的角速度；④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)；⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)．1．下面关于同步通信卫星的说法中不正确的是( )A．各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的B．同步通信卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大；高度降低，速率减小，仍同步C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低D．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小【解析】同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度相同，由ω＝GM r3和h＝r－R知卫星高度确定．由v＝ωr知速率也确定，A正确，B错误；由T＝2πr3GM知第一颗人造地球卫星高度比同步通信卫星的低，C正确；由v＝GMr知同步通信卫星比第一颗人造地球卫星速率小，D正确．故选B.【答案】 B2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( )【导学号：22852074】A．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最大速度C．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度D．不同行星的第一宇宙速度都是相同的【解析】第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飞行的卫星绕地球公转的线速度．卫星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，由GMmR ＋h2＝mv 2R ＋h可得v ＝GMR ＋h.可见卫星的高度越高，则公转的线速度越小，所以靠近地球表面飞行的卫星(h 的值可忽略)的线速度最大，故选项B 正确；地球同步卫星在地球的高空运行，所以它的线速度小于第一宇宙速度，所以选项C 错误；行星的质量和半径不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不相同，所以选项D 错误．【答案】 B3.如图342，若两颗人造卫星a 和b 均绕地球做匀速圆周运动，a 、b 到地心O 的距离分别为r 1、r 2，线速度大小分别为v 1、v 2，则( )【导学号：22852075】图342A.v 1v 2＝ r 2r 1B.v 1v 2＝r 1r 2C.v 1v 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 2r 12D.v 1v 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 1r22【解析】 对人造卫星，根据万有引力提供向心力GMm r 2＝m v 2r，可得v ＝GMr.所以对于a 、b 两颗人造卫星有v 1v 2＝r 2r 1，故选项A 正确． 【答案】 A4．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【解析】 探测器做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则：G Mm r 2＝m 4π2T2r ，整理得T ＝2πr 3GM ，可知周期T 较小的轨道，其半径r 也小，A 正确；由G Mm r 2＝ma n ＝m v 2r ＝m ω2r ，整理得：a n ＝G M r2，v ＝G Mr，ω＝GMr 3，可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B 、C 、D 错误．【答案】 A5．如图343所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )图343A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大 【解析】 根据G Mm r 2＝ma 得a ＝GM r 2.故甲卫星的向心加速度小，选项A 正确；根据G Mmr2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ，得T ＝2πr 3GM ，故甲的运行周期大，选项B 错误；根据G Mm r2＝m ω2r ，得ω＝GMr 3，故甲运行的角速度小，选项C 错误；根据G Mm r 2＝mv 2r，得v ＝GMr，故甲运行的线速度小，选项D 错误．【答案】 A6．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的相比( )A ．距地面的高度变大B ．向心加速度变大C ．线速度变大D ．角速度变大【解析】 地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大．由GMmR ＋h2＝m4π2T 2(R ＋h )，得h ＝3GMT 24π2－R ，T 变大，h 变大，A 正确．由GMm r 2＝ma ，得a ＝GMr2，r 增大，a 减小，B 错误．由GMm r 2＝mv 2r ，得v ＝GM r ，r 增大，v 减小，C 错误．由ω＝2πT可知，角速度减小，D 错误．【答案】 A天体运动问题解答技巧(1)比较围绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的v 、ω、T 、a n 等物理量的大小时，可考虑口诀“越远越慢”(v 、ω、T )、“越远越小”(a n )．(2)涉及绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的计算问题时，若已知量或待求量中涉及重力加速度g ，则应考虑黄金代换式gR 2＝GM ⎝⎛⎭⎪⎫mg ＝G Mm R2的应用．(3)若已知量或待求量中涉及v 或ω或T ，则应考虑从G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2T2r 中选择相应公式应用．1．经典力学的成就与局限性 2．了解相对论(选学) 3．初识量子论(选学)1．经典力学的成就英国物理学家牛顿在《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系．他的理论只用几个基本的概念和原理，不但可以解决人们日常看到的种种物体的运动问题，也可以说明天体运动规律．经典力学的思想方法的影响远远超出了物理学与天文学的研究领域，对其他自然科学、社会科学领域都产生了巨大影响．2．经典力学的局限性(1)经典力学是从日常的机械运动中总结出来的，超出宏观的、日常生活经验的领域常常就不适用了．(2)绝对时空观：把时间、空间、物质及其运动之间的联系割裂开来，不能解释高速运动领域的许多现象．(3)经典力学认为一切自然现象都服从、遵守力学原理，严格按力学规律发生、演化，并且变化是连续的，这种观点与微观世界的很多现象都不相符．3．经典力学的适用范围(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动．(2)只适用于宏观物体的运动，不适用于微观粒子的运动．(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境．1．经典力学的基础是牛顿运动定律．(√)2．经典力学中时间、空间与物质及其运动完全无关．(√)3．经典力学可以研究质子、中子等微观粒子的运动规律．(×)洲际导弹的速度可达6 000 m/s，此速度属于低速还是高速？【提示】属于低速.6 000 m/s远小于光速，因此属于低速．地球绕太阳公转的速度是3×104m/s；设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987 倍光速的速度．请思考：图511探讨：地球的公转和电子的运动情况都能用经典力学(牛顿力学)来研究吗？【提示】地球的公转属于宏观、低速运动，能用经典力学来研究；而电子的运动属于微观、高速运动，经典力学就不能适用了．1．以牛顿运动定律为基础的经典力学的成就(1)牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃．(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就．(3)18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命．(4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例．2．经典力学的局限性(1)经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．(2)经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象．3．经典力学的适用范围相对论和量子力学的出现，使人们认识到经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．1．经典力学不能适用于下列哪些运动( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器在火星着陆D．微观粒子的波动性【解析】经典力学适用于宏观物体的低速运动，故经典力学对A、B、C都能适用，对D不适用．【答案】 D2．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( )A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域B．地球表面上的物质世界C．人眼能看到的物质世界D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.【答案】 D3.(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( )A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律【解析】人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．所以A错，B、C、D对．【答案】BCD科学是不断发展和完善的一切科学的发展都是人们主动认识世界的过程，而每个人的研究又都是建立在前人的基础上，通过自己的努力去发展和提高．科学的成就总是在某些条件下的局部形成，在新的科学成就形成后，它将被包括在其中．爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形．1．狭义相对论爱因斯坦针对经典力学的运动规律在处理微观高速时所遇到的困难，创立了狭义相对论．狭义相对论的主要效应有：(1)长度收缩：在观测运动的物体时，物体沿运动方向上的长度会收缩．(2)时钟变慢：在观测运动的时钟时，时钟显示的时间变慢．(3)质量变化：物体的质量随速度的增大而增大．(4)质能关系：物体的质量和能量之间存在着相互联系的关系，关系式为：E＝mc2.(5)速度上限：任何物体的速度都不能超过光速．一般情况下，由于物体的速度v≪c，相对论效应消失，其结果还原为经典力学．因此认为经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．2．广义相对论(1)爱因斯坦于1916年创立了广义相对论．根据该理论推得一些结果，例：(a)当光线通过强引力场时，光线会发生偏折，即时空会发生“弯曲”．(b)引力场存在引力波．(2)广义相对论把数学与物理学紧密地联系在了一起．3．量子论的基本内容(1)量子假设最早是在1900年由德国物理学家普朗克提出来的．(2)量子论认为，微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子．(3)微观粒子有时显示出波动性，有时又显示出粒子性，这种在不同条件下分别表现出经典力学中的波动性和粒子性的性质称为波粒二象性，在粒子的质量或能量越大时，波动性变得越不显著，所以我们日常所见的宏观物体，实际上可以看做只具有粒子性．(4)由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能(填“不可能”或“一定”)同时具有确定的数值．例如粒子的位置和动量，其中的一个量愈确定，另一个量就愈不确定，粒子的运动不遵守确定性规律而遵守统计规律．1．物体高速运动时，沿运动方向上的长度会变短．(√)2．质量是物体的固有属性，任何时候都不会变．(×)3．对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大．(√)如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？【提示】不能．因为物体的质量随速度的增大而增大，假若物体的速度趋近于光速，这时物体的质量会趋近于无穷大，故不可能把物体的速度增大到等于光速，当然更不可能大于光速，因为光速是速度的最大值．探讨：在狭义相对论中，长度收缩是不是指物体的长度变短了？时钟变慢是不是指时钟走得慢了？【提示】 不是．长度收缩和时钟变慢是由于时空条件不同而引起的观测效应，不是物体的长度真的变短或时钟真的变慢了．1．尺缩效应运动长度l 会收缩，l ＝l 01－v 2c2，l 为沿运动方向观测到的物体长度，l 0为物体静止时观测到的长度，在垂直于运动方向上，物体的长度没有变化．2．钟慢效应 运动时钟会变慢，τ＝τ1－v 2c2，即运动时钟显示的时间τ比静止的时钟显示的时间τ延缓了，而时钟的结构并没有改变． 3．质速关系物体的质量m 随速度v 的增大而变大，m ＝m 01－v 2c2，m 0为静止时的质量，m 为运动时的质量．4．质能关系质量m 和能量E 之间存在着一个相互联系的关系式：E ＝mc 2，式中c 为光速．5．任何物体的速度不能超过光速．6．当v ≪c 时，相对论效应消失，其结果还原为经典力学，因此经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．4．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )【导学号：22852123】A ．这个人是一个矮胖子B ．这个人是一个瘦高个子C ．这个人矮但不胖D ．这个人瘦但不高 【解析】 由公式l ＝l 01－v 2c2可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变．【答案】 D5．A 、B 两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，v A ＞v B .在火箭A 上的人观察到的结果正确的是( )A ．火箭A 上的时钟走得最快B ．地面上的时钟走得最快C ．火箭B 上的时钟走得最快D ．火箭B 上的时钟走得最慢【解析】 在火箭A 看来，地面和火箭B 都高速远离自已，由t ＝t 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2知，在火箭A 上的人观察到的结果是地面和火箭B 的时钟都变慢了，且vA ＞v B ，故地面的时钟最慢，因此A 正确，B 、C 、D 错误．【答案】 A6．把电子从v 1＝0.9c 加速到v 2＝0.97c 时电子的质量增加多少？(已知电子静止质量m 0＝9.1×10－31 kg)【解析】 电子速度为v 1时电子质量为m 1＝m 01－v 1c2＝m 01－0.92电子速度为v 2时电子质量为m 2＝m 01－v 2c2＝m 01－0.972电子质量增量为Δm ＝m 2－m 1＝1.66×10－30kg.【答案】 1.66×10－30kg时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法1．(1)“钟慢效应”或“动钟变慢”是在两个不同惯性系中进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化，而是在不同参考系中对时间的观测效应．(2)运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了．2．(1)长度收缩效应是狭义相对论时空观的一种体现，即在不同惯性系中的观测者对同一物体的同一个空间广延性进行观测，测得的结果不同．(2)这种沿着运动方向的长度的变化是相对的；另外垂直于速度方向的长度不变．。
第二讲人造卫星与宇宙航行(原卷版+解析)
第二讲 人造卫星与宇宙航行➢ 知识梳理1．天体(卫星)运行问题分析将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供． 2．物理量随轨道半径变化的规律G Mmr 2＝⎩⎪⎨⎪⎧ma →a ＝GM r 2→a ∝1r2m v 2r →v ＝GM r →v ∝1r mω2r →ω＝GM r 3→ω∝1r3m 4π2T 2r →T ＝4π2r3GM→T ∝r 3即r 越大，v 、ω、a 越小，T 越大．(越高越慢) 3．人造卫星卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星的轨道是赤道轨道．(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)同步卫星①轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同． ②周期与地球自转周期相等，T ＝24 h. ③高度固定不变，h ＝3.6×107 m. ④运行速率均为v ＝3.1 km/s.(3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r ＝R (地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v ＝7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度)，T ＝85 min(人造地球卫星的最小周期)． 注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星． 4．宇宙速度 (1)第一宇宙速度①第一宇宙速度又叫环绕速度，其数值为7.9 km/s 。
②第一宇宙速度是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动时的速度。
③第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星的最大环绕速度。
④第一宇宙速度的计算方法 由G Mm R 2＝m v 2R得v ＝GMR； 由mg ＝m v 2R得v ＝gR ．(2)第二宇宙速度：使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，其数值为11.2 km/s ． (3)第三宇宙速度：使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，其数值为16.7 km/s ． 考点一、卫星运行参量的分析1．公式中r 指轨道半径，是卫星到中心天体球心的距离，R 通常指中心天体的半径，有r ＝R ＋h . 2．同一中心天体，各行星v 、ω、a 、T 等物理量只与r 有关；不同中心天体，各行星v 、ω、a 、T 等物理量与中心天体质量M 和r 有关． 3．地球同步卫星的特点4．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律例1、如图所示，a 为地球赤道上的物体，b 为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c 为地球同步卫星。
人造卫星之基本知识点和例题教育课件
物理
高考总复习人教版·新课标
26．. 天体的质量M、密度ρ的估算 《绿色通道》P54 测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r和周期
第二模块 必修2
物理
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《绿色通道》P54
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做笔记啊！
1．若已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期为 T，半
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第4章 曲线运动 万有引力
③线速度(v)一定
由公式v＝rω知，线速度v＝(R0＋h)ω为定值， 代入数据得：v＝3.1×103 m/s.小于第一宇宙速度
④角速度(ω)一定 由公式ω＝φt ，地球同步卫星的角速度ω＝2Tπ，因为T恒 定，2π为常数，故ω也一定，ω≈7.27×10－5 rad/s.
• C.飞船的运行周期
• D.行星的质量
C
• 1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752
号小行星命名为吴健雄星，该小行星的半径为
16km。若将此小行星和地球均看成质量分布均
匀的球体，小行星密度与地球相同。已知地球半
径R=6400km,地球表面重力加速度为g。这个小
行星表面的重力加速度为
()
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3．若已知地球的半径 R 和地球表面的重力加速度 g， 根据物体的重力近似等于地球对物体的引力，得
mg＝GMR地2m. 解得地球质量为 M 地＝RG2g.
做笔记啊！
该天体的密度为 M地 3g V 4GR
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• 已知万有引力恒量G，根据下列哪组数据可以计 算出地球的质量
美国的“铱－33”卫星在西伯利亚上空约805 km处发生
人造卫星之基本知识点及例题
径为 r，根据万有引力等于向心力，即GMr地2·m月＝m 月 r(2Tπ)2， 可求得地球质量 M 地＝4GπT2r23.
2．若已知月球绕地球做匀速圆周运动的半径 r 和月球
运行的线速度 v，由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆
周运动的向心力，根据牛顿第二定律，得
GM地r2m月＝m
v2 月r.
解得地球的质量为 M 地＝rv2/G.
地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，即T＝
24 h. ②距离地球表面的高度(h)一定 由于万有引力提供向心力，则有：
RG0M＋mh2＝m(R0＋h)4Tπ22，
3 所以h＝
G4MπT2 2－R0为定值，
代入数据得：h＝3.6×107 m.
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第4章 曲线运动 万有引力
地球
1、研究人造卫星的基本方法
把卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需的向心力由
万__有__引__力__提供．GMr2m＝mvr2＝mrω2＝mr4Tπ22＝ma 向．
2、卫星的线速度、角速度、周期与半径的关系
⑴由
GMr2m＝mvr2，得
GM
v＝____r __，故
r
越大，v
越__小____．
⑵由
GMr2m＝mrω2，得
GM
ω＝___r_3__，故
r
越大，ω
越__小____．
⑶由 GMr2m＝mr4Tπ22，得 T＝2___G_r_M3_，故 r 越大，T 越__大____．
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3、三颗“星”参数的比较方法做笔记啊！
(1)人造卫星在近地轨道与同步轨道的比较：
根据稳定运行(匀速圆周运动)的参数方程来比较．
人造卫星专题
▪ 2）与地球自转方向相同
▪ 3）高度一定
Have a good time!
1、下列说法正确的是：( D ）
A.人造地球卫星由于大气阻力的作用，运行轨道半径 将逐渐减小，它的线速度将逐渐减小，而周期逐渐 增大。
B.因为高轨道卫星的运行速度小，所以高轨道卫星需 要的发射速度也较小。
C.我们能够发射一颗周期为50min的人造卫星。 D.以上说法都不对。
故该说法是错误的。
4、因为高轨道卫星的运行速度小，所以高轨道卫星需 要的发射速度也较小。
解：虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地面的卫星运 行速度小，但是，向高轨道发射卫星却比向低轨道 发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要 克服地球对它的引力做更多的功，所以高轨道卫星 需要的发射速度比低轨道卫星的发射速度大。 故该说法是错误的。
人造卫星专题
▪ 1、人造地球卫星的轨道要求：
▪ 轨道圆心必须与地心重合。
▪ 2、描述卫星运动的物理量：
由GMm r2
m v2 r
m r
2
T
2
解得：
⑴线速度：v GM
r
⑵角速度： v
r
GM r3
⑶周期： T 2 2 r 3
GM
⑷向心加速度：
a
GM r2
可见：v 、ω、T、
a 与 r 为 一 一对 应关系。
▪ 地球同步卫星：
▪ 是相对于地面静止的人造卫星。
▪ 显然，同步卫星的周期T与地球的自传周期T0相同，即 ：
▪ 1、同步卫星的周期： T=24h=86400s。
▪ 对应的角速度为：
▪
2、0 同 2T步0 卫7.星27的10高5度radh/：s
▪ 设地球的质量为M，卫星
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轨道3
轨道1 (2) 变轨运行时： Q E P 2 通过改变卫星的速度，使F引和 m v 不再相等，来实现 r 地球 变轨运行．
1、2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙 －2251”卫星和 美国的“铱－33”卫星在西伯利亚上空约805 km处发 生碰撞．这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事 件．碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环 境．假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是 圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是 A．甲的运行周期一定比乙的长 D B．甲距地面的高度一定比乙的高 C．甲的向心力一定比乙的小 D．甲的加速度一定比乙的大
地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，即T＝ 24 h. ②距离地球表面的高度(h)一定 由于万有引力提供向心力，则有：
GMm 4π2 ＝m(R0＋h) 2 ， T R0＋h2 3 GMT2 所以h＝ －R0为定值， 4π2 代入数据得：h＝3.6×107 m.
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r3 2 Mm 4π 大 ． GM ， ⑶由 G 2 ＝mr 2 ， 得 T＝______ 故 r 越大， T 越______
2
GM
GM
r
T
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做笔记啊！ 3、三颗“星”参数的比较方法
(1)人造卫星在近地轨道与同步轨道的比较： 根据稳定运行(匀速圆周运动)的参数方程来比较． (2)地面上的物体与同步卫星的比较： 根据同轴转动的规律来比较． 4、两类运行——稳定运行和变轨运行的比较
第4章 曲线运动
万有引力
③线速度(v)一定
由公式v＝rω知，线速度v＝(R0＋h)ω为定值，
代入数据得：v＝3.1×103 m/s. 小于第一宇宙速度 ④角速度(ω)一定 φ 2π 由公式ω＝ t ，地球同步卫星的角速度ω＝ T ，因为T恒
定，2π为常数，故ω也一定，ω≈7.27×10－5 rad/s. ⑤向心加速度(a)一定 地球同步卫星的向心加速度为a，则由牛顿第二定律和 GMm 万有引力定律得： ＝ma，代入数据得：a＝0.228 R＋h2 m/s2.
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3 ．若已知地球的半径 R 和地球表面的重力加速度 g ， 根据物体的重力近似等于地球对物体的引力，得 M 地m mg ＝G 2 . R R2g 做笔记啊！ 解得地球质量为 M 地＝ . G
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做笔记啊！
1．若已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期为 T，半 GM地· m月 2π 2 径为 r，根据万有引力等于向心力，即 ＝m 月 r( T ) ， r2 4π2r3 可求得地球质量 M 地＝ . GT2 2．若已知月球绕地球做匀速圆周运动的半径 r 和月球 运行的线速度 v，由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆 周运动的向心力，根据牛顿第二定律，得 M地m月 v2 G 2 ＝m 月 r . r 解得地球的质量为 M 地＝rv2/G.
③第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7 km/s 太阳 引力束缚的最小发射速度．若 这是物体挣脱________ v≥16.7 km/s，物体将脱离太阳系在宇宙空间运行．
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2 ．天体的质量M、密度ρ的估算 《绿色通道》P54 6.
测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r和周期
Q 地球
E
轨道1
P
3. 卫星如何由轨道 2 进入轨道 3 ？比较卫星在轨道 2 和轨 道3上经过P点时的加速度大小关系. 答案:在P点变轨加速； a2P=a3P 4.E为停放在赤道地面上尚未发射的卫星，比较此时E与 卫星在轨道3上的速率和加速度大小关系. 答案:vE<v3，aE<a3 5.比较此时E与卫星在轨道1上的速率和加速度大小关系 . 答案:vE<v1，aE<a1
5、三种宇宙速度
①第一宇宙速度(环绕速度)：v1＝7.9 km/s. 这是卫星绕地球做圆周运动的________ 最大 速度，也是卫星 最小 发射速度．若7.9 km/s≤v<11.2 km/s，物体绕 的________ 地球运行． ②第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝11.2 km/s.
这是物体挣脱________ 地球 引力束缚的最小发射速度．若 11.2 km/s≤v<16.7 km/s，物体绕太阳运行．
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【典型例题】 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道 l ，然 后经变轨，使其沿椭圆轨道 2运行，最后再次变轨，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(如图所示)．则当卫星分别在1、2、3轨道上正常 运行时，请思考下列问题： 1.比较卫星在轨道l上和轨道3上的速率和加速度大小关系. 答案:v1>v3，a1>a3 2.比较卫星在轨道l上经过Q点时和在轨道2上经过Q点时的 速率和加速度大小关系. 轨道2 轨道3 答案:v1Q<v2Q，a1Q=a2Q
人
造
卫
星
3 2
1
第4章 曲线运动
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地球同步卫星的五个“一定”
同步卫星是指在赤道平面内，以和地球自转角速度相同 的角速度绕地球运动的卫星，同步卫星又叫通讯卫星．同步 卫星有以下几个特点：
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第4章 曲线运动
万有引力
①周期一定
同步卫星在赤道上空相对地球静止，它绕地球的运动与
轨道2 Q 地球 E 轨道3 P
轨道1
1、研究人造卫星的基本方法 把卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需的向心力由
2 Mm v2 4π 万有引力 ________提供．G 2 ＝m r ＝mrω2＝mr 2 ＝ma 向． r T
2、卫星的线速度、角速度、周期与半径的关系 Mm v2 小 ． ⑴由 G 2 ＝m r ，得 v＝______ r ，故 r 越大，v 越______ r Mm 小 ． r3 ， ⑵由 G 2 ＝mrω2， 得 ω＝______ 故 r 越大， ω 越______ r