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§3.3《人造卫星 宇宙速度》预习案
【预习目标】
1、正确理解人造卫星作圆周运动时,各物理量之间的关系。
2、知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。
3、通过了解万有引力定律在天文学上的重要应用,体会科学定律对人类认识世界的作用。
【预习自测】
一. 人造地球卫星
卫星地球做匀速圆周运动时,是__________力提供向心力,卫星受到地球的引力方向指向______,而做圆周运动的向心力方向始终指向______,所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心_______。这样就存在三类人造地球卫星轨道(如图)。
对于卫星的速度要区分发射速度和运行速度:______速度是指将卫星发射到空中的过程中,在地面上卫星必需获得的速度才能将卫星绕地球做匀速圆周运动。_______速度是指卫星在正常轨道上运动时的速度,如果卫星做圆周运动,根据万有引力提供向心力____________,得_v=_________,可见,轨道半径越大,卫星的运行速度越____。实际上卫星从发射到正常运行中间经历了一个调整、变轨的复杂过程。
同步卫星,是指相对于地面______的卫星。同步卫星必定位于赤道轨道,周期等于地球自转周期。知道了同步卫星的周期,就可以根据万有引力定律、牛顿第二定律和圆周运动向心加速度知识,计算同步卫星的高度、速度等有关数据。
2.第一宇宙速度的推导
【我思我疑】
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【典型例题】:例:(2003年全国高考理 ( http: / / www.21cnjy.com )综)无人飞船“神舟二号”曾在离地面高度H=3.4×105m的圆轨道上运行了47h,求这段时间里它绕地球多少周?(地球半径R=6.37×106m,重力加速度g=9.8m/s2)
【当堂训练】
1.设人造卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星离地面越高,则卫星 ( )
A.速度越大 B.角速度越小
C.向心加速度越大 D.周期越长
2.地球半径为R,地面重力加速度为g, ( http: / / www.21cnjy.com )地球自转周期为T,地球同步卫星离地面的高度为h,则地球同步卫星的线速度大小为 ( )
A. B. C. D.以上均错
3.关于地球同步卫星,下列说法正确的是 ( )
A.已知它的质量为m,若增为2m,同步轨道半径将变为原来的2倍
B.它的运动速度应为第一宇宙速度
C.它可以通过北京的正上方
D.地球同步卫星的轨道是惟一的——赤道上方一定高度处
人造卫星 宇宙速度
【巩固练习】
1.关于宇宙速度,下列说法正确的是 ( )
A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小发射速度
B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
2.当人造卫星绕地球做匀速圆周运动时,其绕行速度 ( )
A. 一定等于7.9千米/秒 B. 一定小于7.9千米/秒
C. 一定大于7.9千米/秒 D. 介于7.9~11.2千米/秒
3.关于地球同步卫星,下列说法中正确的是 ( )
A.它的速度小于7.9km/s B.它的速度大于7.9km/s
C.它的周期是24h,且轨道平面与赤道平面重合
D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
4.人造地球卫星由于受大气阻力,其轨道半径 ( http: / / www.21cnjy.com )逐渐减小,其相应的线速度和周期的变化情况是 ( )
A. 速度减小,周期增大 B. 速度减小,周期减小
C. 速度增大,周期增大 D. 速度增大,周期减小
5.已知近地卫星的速度为7 ( http: / / www.21cnjy.com ).9km/s,月球质量是地球质量的1/81,地球半径是月球半径的3.8倍。则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度是多少?
6.1970年4月25日18点,新华社授权向全世界宣布:1970年4月24日,中国成功地发射了第一颗人造卫星,卫星向全世界播送“东方红”乐曲。已知卫星绕地球一圈所用时间T=114分钟,地球半径R=6400km,地球质量M=6×1024kg。试估算这颗卫星的离地平均高度。
7.某物体在地面上受到的重力为160N,将它放置在卫星中,在卫星以加速度a=g/2随火箭向上加速上升的过程中,物体与卫星中的支持物间的压力为90N,地球半径为R0=6.4×106m,取g=10m/s2。求此时卫星离地球表面的距离。