1、人造卫星 宇宙速度牛顿大炮牛顿大炮 牛顿曾研究过这样一个问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，于是牛顿提出了一个“大炮”的设想，他画的“大炮”草图在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度将炮弹平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远。他推想：当射出速度足够大时，炮弹将会如何运动呢？牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论。这就是著名的“牛顿大炮”的故事，故事中牛顿实际也用到了理想实验的研究方法。请你根据所学知识帮牛顿计算出这速度第一宇宙速度第一宇宙速度 一是一是“在星球表面附近在星球表面附近”，卫星的轨道半，卫星的轨道半径为径为r与星球的半径与星球的半径R相等；二是相
2、等；二是“匀速圆匀速圆周运动周运动”是所有围绕星球做圆周运动的卫星所具有是所有围绕星球做圆周运动的卫星所具有的最大的线速度，又称环绕速度的最大的线速度，又称环绕速度 是最小的发射速度是最小的发射速度与赤道上与地球一起运动的物体有何区别与赤道上与地球一起运动的物体有何区别 三种宇宙速度的对比三种宇宙速度的对比 以地球为例，三种宇宙速度和以地球为例，三种宇宙速度和相应轨道间的关系如图所示。相应轨道间的关系如图所示。当卫星在地面附近做圆周运动时，当卫星在地面附近做圆周运动时，其运行速度即为第一宇宙速度其运行速度即为第一宇宙速度7.9 km/s；当卫星到达地面附近时，其速度介当卫星到达地面附近时，其速
3、度介于于7.911.2 km/s之间，则卫星沿椭圆轨之间，则卫星沿椭圆轨道绕地球运动；道绕地球运动；当卫星到达地面附近时，其速度介于当卫星到达地面附近时，其速度介于11.216.7 km/s之之间。间。1关于第一宇宙速度，下面说法正确的是关于第一宇宙速度，下面说法正确的是()A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度度C它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度度D它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
4、答案：答案：BC2.若取地球的第一宇宙速度为若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的，某行星的质量是地球的质量是地球的6倍，半径是地球的倍，半径是地球的1.5倍，此行星倍，此行星的第一宇宙速度约为的第一宇宙速度约为()A16 km/sB32 km/sC4 km/s D2 km/s3.(2011年高考山东理综卷年高考山东理综卷)甲、乙为两颗地球卫甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道以甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道以下判断正确的是下判断正确的是()A甲的周期大于乙的周期甲的周期大于
5、乙的周期B乙的速度大于第一宇宙速度乙的速度大于第一宇宙速度C甲的加速度小于乙的加速度甲的加速度小于乙的加速度D甲在运行时能经过北极的正上方甲在运行时能经过北极的正上方4.高度不同的三颗人造卫星，某一瞬间的位置恰好高度不同的三颗人造卫星，某一瞬间的位置恰好与地心在同一条直线上，如图与地心在同一条直线上，如图 所示，则此时它们的线所示，则此时它们的线速度大小、角速度大小、周期和向心加速度的大小比速度大小、角速度大小、周期和向心加速度的大小比较为较为()A123 Bv1v2v3CT1T2T3 Da1a2a36火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们
6、的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为似为圆，已知火卫一的周期为7小时小时39分，火卫二的周期为分，火卫二的周期为30小时小时18分，则两颗卫星相比分，则两颗卫星相比()A火卫一距火星表面较近火卫一距火星表面较近B火卫二的角速度较大火卫二的角速度较大C火卫一的运行速度较大火卫一的运行速度较大D火卫二的向心加速度较大火卫二的向心加速度较大地球卫星的轨道地球卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道。可以是圆轨道。(形状形状)(2)卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系
7、遵循开普勒第的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。（三定律。（遵循开普勒定律遵循开普勒定律）(3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心。的圆心。三类人造地球卫星轨道三类人造地球卫星轨道(1)赤道轨道赤道轨道，卫星轨道在赤，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处道所在平面上，卫星始终处于赤道上方。于赤道上方。(2)极地轨道极地轨道，卫星轨道平面，卫星轨道平面与赤道平
8、面垂直，卫星经过两极上空。与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。(3)一般轨道一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如，卫星轨道和赤道成一定角度。如图所示。图所示。同步卫星同步卫星 地球同步卫星是指在赤道平面内，以地球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和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星动的卫星1下列关于地球同步卫星的说法中正确的是下列关于地球同步卫星的说法中正确的是 ()A.为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上不同的轨道上B通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通
9、讯卫星的周期都是卫星的周期都是24 hC不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上的轨道不一定在同一平面上D不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的速度的大小也是相同的2.发射地球同步卫星时，先将卫星发发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道射至近地圆轨道1，然后点火，使其，然后点火，使其沿椭圆轨道沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道将卫星送入同步圆轨道3。轨道。轨道1、2相切于相切于Q点，轨道点，轨道2、3相切于相切于P点，点，如图
10、如图 所示。当卫星分别在所示。当卫星分别在1、2、3轨轨道上正常运行时，以下说法正确的是道上正常运行时，以下说法正确的是()A卫星在轨道卫星在轨道3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1上的速率上的速率B卫星在轨道卫星在轨道3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1上的角速度上的角速度 C卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度大小大于它在点时的加速度大小大于它在 轨轨道道 2上经过上经过Q点时的加速度大小点时的加速度大小 D卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点时的加速度大小等于它在轨道点时的加速度大小等于它在轨道3上经过上经过P点时的加速度大小点时的加速度大小4.关于地球的同步卫星下列说法正确的是关于地球的同步卫星下列说法正确的是 ()A所有地球的同步卫星一定位于赤道的正上方，所有地球的同步卫星一定位于赤道的正上方，但不一定在同一个圆周上但不一定在同一个圆周上B所有地球的同步卫星离地面的高度相同，但所有地球的同步卫星离地面的高度相同，但不一定位于赤道的正上方不一定位于赤道的正上方C所有地球的同步卫星的向心加速度、线速度、所有地球的同步卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期一定相等角速度、周期一定相等D所有地球的同步卫星的向心加速度大小相等所有地球的同步卫星的向心加速度大小相等
