2017年物理必修二第3章第4节人造卫星、宇宙速度(教科版)

我以为，我已经把您藏好了，藏在那样深，那样蜿蜒的，曾经的心底。我以为，只要绝口不提，只要让日子静静地过去，那样我就不会悲伤，所以我努力地告诉自己，这个六月，我微笑着面对天国--您生活的地方：我很好，您好吗？ 鬓角的白发，脸上的皱纹，山样的身影，仿若昨天。我知道，那不单单的是一道背影，而是一种恒久的爱。窗台上，滴落的雨滴，轻轻敲击着我的心，可以不再有雨吗？
图3-4-1
探讨1：卫星定轨高度越高，速度越大还是越小？ 【提示】 卫星轨道越高，速度越小． 探讨2：如何比较两颗卫星的周期大小和角速度大小？ 【提示】 卫星的轨道半径越大，周期越大，角速度越小．
[核心点击]
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，
阳光满天时，母亲喜欢看云，喜欢看落在阳台上的麻雀，喜欢看楼下忙碌的人影；下雨天，阳台上的母亲叨唠更多了，我想母亲此时更落寞，一定在回想着她青春的往事。 每次上班，当我落锁的那一刻，母亲便走向了阳台，她会准时地守候在阳台边。她目送着我的离去，搜寻着我渐行渐远的轨迹。 我狠心地，有时是快速地逃离楼外那块平地。当我走入石楠树下时，我闭着眼，静静地站一会，我轻轻地说： “母亲，我会很快回来的” 有一种记忆可以很久，有一种思念可以很长，有一双手那手心的舒适和温暖，让我一生无法忘怀。 --题记
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】 B
3．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
2．宇宙速度 (1)第一宇宙速度v1 ①大小：v1＝ 7.9 km/s . ②意义：从地球表面发射的人造地球卫星，使它能围绕地球运行所需的 最小发射速度 ．
(2)第二宇宙速度v2
①大小：v2＝ 11.2 km/s
.
②意义：如果要使人造卫星脱离地球的引力，不再绕地球运行，从地面发射
所需的 最小发射速度 ．
【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＝2π
r3 GM
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＝ GrM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】 B
4．地球同步卫星及特点：同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的 卫星，因此可用来作为通讯卫星．同步卫星有以下几个特点：
(1)周期一定：同步卫星在赤道正上方相对地球静止，它绕地球的运动与地球 自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，T＝24 h.
(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．
Mm r2
＝
m
4π2 T2
r，整理得T＝2π
r3 GM
，可知周期T较小的轨道，其半径r也小，A正确；由
G
Mm r2
＝man＝m
v2 r
＝mω2r，整理得：an＝G
M r2
，v＝
GMr ，ω＝
GM r3
，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】 A
4．(2013·广东高考)如图3-4-2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( )
都是3.08 km/s，运行方向与地球自转方向相同．
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
[后思考] 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.
[合作探讨] 2014年3月31日“长征二号丙”运载卫星发射“实践十一号06星”成功； 2014年8月9日，“长征四号丙”发射“遥感卫星二十号”成功(如图3-4-1所 示)．若两颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，请思考：
可是有一回，我下班回家，母亲不见了。我找遍了整个校园，不见她的拐杖，也没听见那熟悉的叨唠声。我走出校门，看见母亲了。她坐在路边，正在揉着那条萎缩的腿脚。我很生气，大声地凶她：“谁叫你出来的？再摔一次怎么办？碰着车了怎么办？走丢了怎么办？” 母亲怯怯地看着我，像个做错事的孩子：“唉，再不出来了。我就想看看这条路能走到哪里。”我没听她细说，我一把驮起母亲。我直起身的一瞬，心里微微一疼。母亲是那么轻，好像我背着的是一片叶子，又像是我背着的小时候的女儿。 我背着她，轻轻地，走过一片艳阳，走过学生的目光。 这以后，母亲不出去而我上班时，我便锁着母亲了。
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、an等 物理量的大小时，可考虑口诀“越远越慢”(v、ω、T)、“越远越小”(an)． (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gR2＝GM mg＝GMRm2 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GMr2m＝mvr2＝mω2r＝m4Tπ22r 中选择相应公式应用．
(3)轨道一定． ①因提供向心力的万有引力指向圆心，所有同步卫星的轨道必在赤道平面 内．
3 ②由于所有同步卫星的周期相同，由r＝
GMT2 4π2
知，所有同步卫星的轨道半
径都相同，即在同一轨道上运动，其确定的高度约为3.6×104 km.
(4)运行速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，
所以研究天体时可建立基本关系式：G
Mm R2
＝ma，式中a是向心加速
度．
2．常用的关系式：
(1)G
Mm r2
＝m
v2 r
＝mω2r＝m
4π2 T2
r，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
Mm R2
即gR2＝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．
2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( ) 【导学号：67120053】
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
学
知 识
4．人造卫星 宇宙速度
业 分
点
层
测
评
学习目标
1.知道三个宇宙速度的含义，会推 导第一宇宙速度．
2．理解掌握人造卫星的线速度、 角速度、周期与轨道半径的关系．
3．了解人造卫星的相关知识及我 国卫星发射的情况，激发学生的爱 国热情.
知识脉络
人造卫星与 宇宙速度
[先填空] 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 ．
我锁着母亲，锁着她半年了。我把她的白发和叨唠锁在了四楼。她趴在阳台边，像一棵半枯的藤蔓，在阳光里呼吸，在风雨里憔悴。她，在淡然地承接着岁月的眷顾。 最让母亲不堪的，这座灰旧的小楼还不是我的家。在这个陌生的地方，母亲常独自诉说。那时的母亲是孤独而忧郁的，她的叨唠里，最大的心结是走不回月下的故乡了。
这是我工作的学校，现在也是母亲没有预计的旅店了。母亲常说，无事莫如三堂。三堂，就是学堂、庙堂、祠堂。年初，我连哄带骗、好说歹说，让母亲离开了她空巢的老家。短短几天，母亲便意兴萧索了。我知道，离巢的老人比老人空巢更加无助、冷清和落寞了。 锁着母亲，其实是我最大的心殇。年前，要强的母亲、88岁的母亲，终于用一根拐杖走上了暮年。她是摔伤的，卧病一年后又奇迹般地站起来了。只是她迈上几步，两腿颤颤巍巍的，让一边看的人更加着急。刚开始，母亲在我房间里走走，坐坐。一次，母亲居然一个人走下了四楼。我看见她的时候，她坐在一丛石楠树下，她和一个老婆婆在大声地闲聊。两位耳背的老人，大多听不清对方讲的什么，但这不影响她们交谈，她们聊得那么的开心。
A．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
图3-4-2
【解析】
根据G
Mm r2
＝ma得a＝
GM r2
.故甲卫星的向心加速度小，选项A正
确；根据GMr2m＝m2Tπ2r，得T＝2π GrM3 ，故甲的运行周期大，选项B错误；根据
G
锁着母亲的日子，我回家更勤了。我怕她摔倒了，怕她烫着了，更怕她年迈的孤独了。有次，我出门，母亲明明是坐着的，可我走出楼道，偶一回头，母亲趴在阳台上了，她一动不动的看着我。这种情形，小时候母亲送我上学、迎我回家是常见的，可这时候她的目光里多了一份依赖和不舍。 母亲是听不见我的脚步声的，她一定在心里默数着我的步履，数着我走下四楼、三楼，再看我走出一楼的那一刻。我想母亲是老了，她能看见我一定是她最大的心安了。母亲眼睛不好，她的目光抵达不了远方，但她浑浊的目光总能锁住儿子的背影。即使人来人往，亲情这个坐标，母亲说什么也不会丢失的。
有些时间，总让你阵痛一生；有些画面，总让你影像一生；有些记忆，总让你温暖一生；有些离别，总让你寂静一生。其实，我们都不能要求明天怎么样，但明天一定会来，这或许就是人生。 时间，带来了一切，又悄然地带走了一切，有如那一片云，轻轻地飘过你的头顶，有不留痕迹的去向远方。云，只是自然的一分子，而人却是红尘的精灵，有血有肉，有魂有灵，会高于自然界的任何物种。花开有悦，花落低迷，我们人为地给花儿的一生粘贴了悲喜的标签。岂不知，即便是洒向大地的天使—雪花，可以清晰地感知，扑向大地的一瞬间，就注定了它的死亡，不管它是圣洁的，还是唯美的。