2019_2020學(xué)年高中物理科學(xué)思維系列（二）——有關(guān)宇宙航行的幾個(gè)問(wèn)題辨析新人教版必修第二冊(cè).docx

科學(xué)思維系列 (二)有關(guān)宇宙航行的幾個(gè)問(wèn)題辨析辨析1.發(fā)射速度與運(yùn)行速度的比較(1)發(fā)射速度在地面以某一速度發(fā)射一個(gè)物體，發(fā)射后不再對(duì)物體提供動(dòng)力，在地面離開發(fā)射裝置時(shí)的速度稱為發(fā)射速度，三個(gè)宇宙速度都是指發(fā)射速度(2)運(yùn)行速度運(yùn)行速度是指做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星穩(wěn)定飛行時(shí)的線速度，對(duì)于人造地球衛(wèi)星，軌道半徑越大，則運(yùn)行速度越小(3)有的同學(xué)這樣認(rèn)為：沿軌道半徑較大的圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星的發(fā)射速度大，發(fā)射較為困難：而軌道半徑較小的衛(wèi)星發(fā)射速度小，發(fā)射較為容易這種觀點(diǎn)是片面的，因?yàn)楦哕壭l(wèi)星的發(fā)射難易程度與發(fā)射速度沒(méi)有多大關(guān)系，如果我們?cè)诘孛嫔弦?.9 km/s的速度水平發(fā)射一個(gè)物體，則這個(gè)物體可以貼著地面做圓周運(yùn)動(dòng)而不落到地面；如果速度增大，則會(huì)沿一個(gè)橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，速度越大，橢圓軌道的半長(zhǎng)軸就越大；如果這個(gè)速度達(dá)到11.2 km/s，則這個(gè)物體可以擺脫地球的引力，可見(jiàn)，無(wú)論以多大速度發(fā)射一個(gè)物體或衛(wèi)星，都不會(huì)使之成為沿較大的圓軌道做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，高軌衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程是一個(gè)不斷加速的過(guò)程，并不是在地面上給一個(gè)發(fā)射速度就可以的【典例1】(多選)如圖所示，在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過(guò)程中，衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道，然后在Q點(diǎn)通過(guò)改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道，則()A該衛(wèi)星的發(fā)射速度必定大于11.2 km/sB衛(wèi)星在同步軌道上的運(yùn)行速度大于7.9 km/sC在橢圓軌道上，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度D衛(wèi)星在Q點(diǎn)通過(guò)加速實(shí)現(xiàn)由軌道進(jìn)入軌道【解析】11.2 km/s是衛(wèi)星脫離地球引力束縛的發(fā)射速度，而同步衛(wèi)星仍然繞地球運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；7.9 km/s(第一宇宙速度)是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，也是圓周運(yùn)動(dòng)最大的環(huán)繞速度，同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度一定小于第一宇宙速度，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；橢圓軌道上，P是近地點(diǎn)，故衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度；衛(wèi)星在軌道上的Q點(diǎn)做向心運(yùn)動(dòng)，只有加速后才能沿軌道運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C、D正確【答案】CD辨析2.近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體三種勻速圓周運(yùn)動(dòng)的比較：(1)軌道半徑：近地衛(wèi)星與赤道上物體的軌道半徑相同(rR)，同步衛(wèi)星的軌道半徑較大(rR)(2)運(yùn)行周期：同步衛(wèi)星與赤道上物體的運(yùn)行周期相同(T24 h)，由T2可知，近地衛(wèi)星的周期(T84.8 min)要小于同步衛(wèi)星的周期(3)向心加速度：由aG知，同步衛(wèi)星的加速度小于近地衛(wèi)星的加速度由a2r2r知，同步衛(wèi)星加速度大于赤道上物體的加速度(4)向心力：近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星都只受萬(wàn)有引力作用，由萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，滿足萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力所決定的天體運(yùn)行規(guī)律赤道上的物體由萬(wàn)有引力和地面支持力的合力充當(dāng)向心力，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律【典例2】2019廣東東莞測(cè)試a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，向心加速度為a1，b處于地面附近近地軌道上，運(yùn)行速度為v1，c是地球同步衛(wèi)星，離地心距離為r，運(yùn)行速度為v2，加速度為a2，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，地球的半徑為R，則有(地球表面的重力加速度為g)()Aa的向心加速度等于重力加速度gBd的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20小時(shí)C.2D.【解析】本題易錯(cuò)之處是不能正確分析a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和受力特點(diǎn)地球同步衛(wèi)星c的周期必與地球自轉(zhuǎn)周期相同，角速度相同，則知a與c的角速度相同，根據(jù)a2r知，c的向心加速度大，由Gma，解得a，衛(wèi)星的軌道半徑越大，向心加速度越小，則同步衛(wèi)星的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度約為g，故a的向心加速度小于重力加速度g，A錯(cuò)誤；由開普勒第三定律k知，衛(wèi)星的軌道半徑越大，周期越大，所以d的運(yùn)動(dòng)周期大于c的運(yùn)動(dòng)周期(24 h)，B錯(cuò)誤；a和c的角速度相同，根據(jù)公式a2r，解得，C錯(cuò)誤；根據(jù)Gm，可得，D正確【答案】D變式訓(xùn)練12019江西贛州中學(xué)測(cè)試中國(guó)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國(guó)GPS(全球定位系統(tǒng))和俄羅斯GLONASS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端組成，其中空間端包括5顆地球同步衛(wèi)星和30顆非地球同步衛(wèi)星，下列說(shuō)法正確的是()A這5顆地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度B這5顆地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期都與地球自轉(zhuǎn)周期相等C這5顆地球同步衛(wèi)星運(yùn)行的加速度大小不一定相等D為避免相撞，不同國(guó)家發(fā)射的地球同步衛(wèi)星必須運(yùn)行在不同的軌道上解析：根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，列出等式m，解得v，可知這5顆地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度，故A錯(cuò)誤；由于這5顆衛(wèi)星是地球的同步衛(wèi)星，則其運(yùn)行周期都與地球自轉(zhuǎn)周期相等，故B正確；地球同步衛(wèi)星，與赤道平面重合，離地面的高度相同，在相同的軌道上，故D錯(cuò)誤；同步衛(wèi)星的加速度a，所以這5顆地球同步衛(wèi)星的加速度大小一定相等，故C錯(cuò)誤答案：B變式訓(xùn)練2如圖所示，地球赤道上的山丘e，近地資源衛(wèi)星p和同步通信衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)設(shè)e、p、q的圓周運(yùn)動(dòng)速率分別為v1、v2、v3，向心加速度分別為a1、a2、a3，則()Av1v2v3 Bv1v2a2a3 Da1a3a2解析：地球同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即e和q的運(yùn)動(dòng)周期相同，角速度相同，根據(jù)關(guān)系式vr和a2r可知，v1v3，a1a3，p和q都圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，它們受到的地球的引力提供向心力，即Gma向，可得v，a向G，可見(jiàn)，軌道半徑大的線速度和向心加速度均小，即v3v2，a3a2，所以v1v3v2，a1a3a2，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤，D正確答案：D變式訓(xùn)練3已知地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度大小為v1、向心加速度大小為a1，近地衛(wèi)星線速度大小為v2、向心加速度大小為a2，地球同步衛(wèi)星線速度大小為v3、向心加速度大小為a3.設(shè)近地衛(wèi)星距地面高度不計(jì)，同步衛(wèi)星距地面高度約為地球半徑的6倍則下列結(jié)論正確的是()A. B.C. D.解析：本題易錯(cuò)之處是不能正確建立近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星與赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體間的關(guān)系并進(jìn)行列