人造卫星宇宙飞船运行.ppt

3
GM
/

2 0
，ω0与地球自转角速度相同，所以地球同
步卫星的轨道半径为r=4.24×104 km.其离
地面高度也是一定的.
4. 地球同步卫星的线速度为定值：
地球同步卫星的线速度大小为v = ω0r =
3.08×103 m/s，为定值，绕行方向与地球
自转方向相同.
[ 典型例题一］ 我国在近几年内，
B
3 R0 2 g 0
20
-R0
C
GMT02
4 2
-R0
D 地球同步通信卫星的角速度虽已确定，
但卫星离地面的高度可以选择.高度增加，
环绕速度增大，高度降低，环绕速度减
小，仍能同步。 答案：A、B、C正确
（5）2000年1月26日我国发射了一颗同步 卫星,其定点位置与东径98º的经线在同一平 面内,若把甘肃省嘉裕关处的经度和纬度近 似取为东径98º和北纬α=40º,已知地球半径R, 地球自转周期T,地球表面重力加速度g(视为 常量)和光速c.试求该同步卫星发射的微波 信号传到嘉裕关处的接收站所需的时间(要 求用题给的已知量的符号表示).
A．动能、重力势能和机械能逐渐减小
B．重力势能逐渐减小，动能逐渐增大， 机械能不变
C．重力势能逐渐增大，动能逐渐减小， 机械能不变
D．重力势能逐渐减小，动能逐渐增大， 机械能逐渐减小
答案：D 正确
(四)、飞船绕地球飞行73圈后于16日9时 57分收到返回信号，5时58分发动机制动点 火，假设点火通过喷气使飞船做减速运动， 飞船应向什么方向喷气?
(
GMm R0 h)
2
=mω02（R=m0+h），所以R0+h
=3
R0 2 g0

2 0
F向=mω02（R0+h）=mω02
3
R0 2 g0

2 0
m3
R02 g0 0
F向=mω02（R0+h）

m 4 2
T02
(R0
h)

m3
16 4GM
T04
（3）地球同步通信卫星所受的地球对它
答案：
⑴、同步卫星的轨道平面必须与地球的赤道的平 面重合，这是卫星运动实现的必要的条件，同步卫 星发射后并不是直接进入同步轨道的，而是要先进 入近地的停泊轨道再进入转移轨道，最后再经过一 系列的调整进入同步轨道。同步卫星的轨道平面虽 然要与地球的赤道的平面重合，但发射并不一定要 在赤道上发射。
⑵、不能，设地球为球体，从卫星处作与地球 相切的两条直线，因为同步卫星的高度不是无限大， 所以着两根切线总不能过地球的南北的极点M、N。 由此可见，不管在同步轨道上发射多小卫星，都不 能覆盖全球。
C．超重、失重、完全失重 D．失重、完全失重、超重
答案：A
(五)、飞船在竖直向上发射升空阶段、 进入轨道绕地球做匀速圆周运动阶段和返回 地球竖直向下加速下降阶段，两名航天员分 别处于什么状态？
B．超重、完全失重、超重 C．超重、失重、完全失重 D．失重、完全失重、超重
答案：A
对于稳定运行状态的卫星， ①运行速 率不变； ②轨道半径不变； ③万有引
力提供向心力，即GMm/r2=mv2/r成立.
其运行速度与其运行轨道处于一一对应 关系，即每一轨道都有一确定速度相对应. 而不稳定运行的卫星则不具备上述关系，其 运行速率和轨道半径都在发生着变化。
二、同步卫星的四定
地球同步卫星是相对地球表面静止的稳定 运行卫星.
1.地球同步卫星的轨道平面唯一确定：非 同步人造地球卫星其轨道平面可与地轴有任 意夹角，而同步卫星一定位于赤道的正上方， 不可能在与赤道平行的其他平面上.
2.地球同步卫星的周期唯一确定：地球同 步卫星的运转周期与地球自转周期相同.
3. 地球同步卫星的轨道半径确定：据牛
顿第二定律有GMm/r2=mω02r，得r=
的万有引力 F 的大小为：
A .m R0 2 g0 (R0 h)2
B . mω20（R0+h）
16 4GM
C .m 3 R0 2 g 0 0 D .m 3
T0 4
答案：A、B、C、D均正确
（4）地球同步通信卫星离地面的高度h为
A .因地球同步通信卫星和地球自转同步， 则卫星离地面的高度就被确定。
（2）地球同步通信卫星的环绕速度v为：
A.ω0（R0+h）
B. 3 GM0
GM C.
R0 h
2GM
D.
3
T0
答案：A、B、C、D均正确
（2）答案：设地球同步卫星离地心的高
度为r, 则r=R0+h则环绕速度为：
v =ω0r =ω0（R0+h）
同步卫星圆周运动由万有引力提供向心力：
即G
Mm r2
高三物理专题
人造卫星、宇宙飞船运行 特点分析及应用
飞船、卫星运行问题与物理知识 （如万有引力定律、匀速圆周运动、牛 顿运动定律等）及地理知识有十分密切 的相关性，是新高考突出学科内及跨学 科间综合创新能力考查的命题热点，也 是考生备考应试的难点，特别是今年10 月神州六号飞船再次实现载人航天飞行 试验以来，明年高考有很大可能考察 “神六”问题。
T
2

GMm r2
由以上各式得
t
g

GM R2
r 3 R2 gT 2
4 2
2
1

R2gT 2
4 2
3

R2

2R
R2gT 2
4 2
3 COS
C
神州六号飞船的运行特点
一、飞船围绕地球运动时，其受力特点和运 行规律和卫星的规律相同。
二、飞船发射和返回过程具有自己相对独立 的特点，可以通过实际图片以及模拟图片来 了解飞船的运行过程。

m
v2 r
得= v
=
GM GM
r
R0 h
又有G
Mm r=2 mω02,
所以
r
=
GM
3
0
则v=ω0r =ω0
3
GM
02
3 GM02 3
2GM
T0
（2）地球同步通信卫星的环绕速度v为：
A.ω0（R0+h）
B. 3 GM0
GM C.
R0 h
2GM
D.
3
T0
答案：A、B、C、D均正确
P
Q点的速度v1及椭圆轨道Q
点处的重力加速度。
解析：由动量守恒得 Mv1=（M－m）v2－m·u，
得出：v1=[（M－m）v2－m·u]/M，
因为在Q点上的重力加速度由万有引
力提供，则有：
G
Mm r2

ห้องสมุดไป่ตู้
mg
得出
g G M g0R02 r 2 (R0 h)2
(三)、飞船在圆轨道上运行时，需要进 行多次轨道维持。轨道维持就是通过控制飞 船上的发动机的点火时间和推力，使飞船能 保持在同一轨道上稳定运行。如果不进行轨 道维持，飞船的轨道高度就会逐渐降低，在 这种情况下，飞船的动能、重力势能和机械 能变化的关系应该是 ( )
发射了多颗地球同步通讯卫星，若用m
表示地球同步通信卫星的质量、h表示
卫星离地面的高度、M表示地球的质量、 R0表示地球的半径、g0表示地球表面处 的重力加速度、T0表示地球自转的周期、 ω0表示地球自转的角速度，则：
（1）地球同步通讯卫星的轨道有什么特点？ 在同步的轨道上均匀分布三颗通信卫星，能
否实现全球的通讯，为什么？
r
R0 h R0 h
2、T = 2 (R0 h) 2 (R0 h)
V
R0 h g0 R02
(二)、若已知飞船的质
量为M，飞船在Q点时通过
发动机向后喷出一定质量
Q
气体使飞船速度增加而进
入圆轨道，这时的运动速
地球
度大小v2 ，设喷出的气
体的速度为u，质量为m，
求：飞船在椭圆轨道上经
在绕地球飞行四圈后，地面发出指令，使飞 船上的发动机在飞船到达远地点时自动点火， 实施变轨，提高了飞船的速度。使得飞船在 距地面340公里的圆轨道上飞行。
(一)、求在圆轨道上飞船的飞行速度v和 运行周期T（已知g0、R0）。
答案：1、G
Mm r2

m
v2 r
又
r
= R0+h
所以 v= GM GM g0R02
卫星、飞船的问题贴近科技前沿，且蕴 含丰富的中学物理知识，以此为背景的高考 命题立意高、情景新、综合性强，对考生的 理解能力、综合分析能力、信息提炼处理能 力及空间想象能力提出了极高的要求，亦是 考生备考应试的难点.考生应试失误的原因 主要表现在：（1）对卫星和飞船运行的过 程及遵循的规律认识不清，理解不透，难以 建立清晰的物理情景.（2）对卫星和飞船运 行中力与运动量之间，能量转化间的关系难 以明晰，对诸多公式含义模糊不清.
一、卫星的运行及规律
一般情况下运行的卫星，其所受万有 引力不是刚好提供向心力，此时，卫星的运 行速率及轨道半径就要发生变化，万有引力 做功，我们将其称为不稳定运行即变轨运动； 而当它所受万有引力刚好提供向心力时，它 的运行速率就不再发生变化，轨道半径确定 不变，从而做匀速圆周运动，我们称为稳定 运行.
（3）地球同步通信卫星所受的地球对它
的万有引力 F 的大小为：
A .m R0 2 g0 (R0 h)2
B . mω20（R0+h）
16 4GM
C .m 3 R0 2 g 0 0 D .m 3
T0 4
答案：A、B、C、D均正确
（3）答案：地球对同步卫星的万有引力大
小来提供向心力：
在地面上时有 mg0= GRM02m得出，GM= g0R02
聚焦“神州六号”飞天
纪实图片。
[ 典型例题二］ 2005年10月12日9
时整，我国自行研制的“神舟六号”载人飞 船顺利升空，飞行115小时32分绕地球73圈 于17日4时33分在内蒙古主着陆场成功着陆， 返回舱完好无损，宇航员费俊龙、聂海胜自 主出舱，“神舟六号”载人航天飞行圆满成 功。飞船升空后，首先沿椭圆轨道运行，其 近地点约为200公里，远地点约为347公里。
答案：t=
2
1

R 2 gT 2
4 2
3

R2
2R
R2 gT 2
4 2
3
COS

C
（5）解析：设嘉裕关到同步卫星的距 离为L，如图所示，由余弦定理得：
L r2 R2 2rRcos
所求时间为 t L C
又同步卫星到地球球心距离为r 则
mr 2
答案：飞船应该向前进的方向喷气，减 少这一时刻的瞬时速度，使万有引力大 于所需要的向心力，飞船开始做近心运 动，实施返回计划。
(五)、飞船在竖直向上发射升空阶段、 进入轨道绕地球做匀速圆周运动阶段和返回 地球竖直向下加速下降阶段，两名航天员分 别处于什么状态？
A．超重、完全失重、失重
B．超重、完全失重、超重