2019高中物理第三章万有引力定律第4节人造卫星宇宙速度3同步卫星的特点及发射学案2.doc

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1、1同步卫星的特点及发射同步卫星的特点及发射一、考点突破：一、考点突破：考点考点课程目标课程目标备注备注同步卫星的特点及发射1. 理解并运用万有引力定律处理地球同步卫星问题的思路和方法。2. 了解地球同步卫星的运动特点。3. 地球同步卫星和其他卫星运动的共同点，会用万有引力定律计算天体的质量。高考重点，通常以选择题的形式考查，考查重点是同步卫星的特点及同步卫星的动力学特征，同时结合我国的航天事业飞速发展，以我国的航天科技实例为背景进行命题。二、重难点提示：二、重难点提示：重点：重点：地球同步卫星的轨道特点和运行规律。难点：难点：地球同步卫星的轨道位置的确定。一、地球同步卫星一、地球同步卫星相对于

2、地面静止且与地球自转周期相同的卫星叫地球同步卫星。1.1. 同步卫星的特点同步卫星的特点（1）同步卫星与地球自转方向一致。（2）同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等。【重要提示重要提示】同步卫星的运转周期与地球自转周期一致，是24h。所以同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等。（3）同步卫星的轨道平面与赤道平面共面。（4）同步卫星的高度一定，kmh4106 . 3。【要点诠释要点诠释】由2224 TmrrMmG，得：3 224GMTr ，因为T一定，所以r一定，而hRr（h为同步卫星离地面的垂直高度，R为地球半径），也就是说，所有的同步卫星都位于赤道上方相同高度上。即所有同步卫星都在同一个轨

3、道上。因为它们的角速度相等，所以不会发生“追尾”的问题。这一高度大约为kmh4106 . 3。（5）同步卫星的环绕速度大小一定相等。2二、同步卫星的发射二、同步卫星的发射1.1. 第一步：把卫星发射到近地圆轨道第一步：把卫星发射到近地圆轨道1 1动力学规律：RvmRGMm22（供需平衡）由于近地，故R为地球半径。2.2. 第二步：变轨第二步：变轨点火加速（供小于求）离心，沿椭圆轨道2运动。点火位置为A，A为近地点，B为远地点。3.3. 第三步：在远地点再次加速进入同步轨道第三步：在远地点再次加速进入同步轨道3 3动力学规律：rr22vmGMm（供需平衡）【重要提示重要提示】同步卫星相对地面静止

4、，相对地心匀速圆周运动。三、同步卫星的回收三、同步卫星的回收在三轨道上向前喷气减速（如图中B点），供大于需，进入椭圆轨道2运动，在A点再次减速进入圆轨道1运动，在1上再次减速返回地面。例题例题1 1 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，3最后再次点火。将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点（如图），则当卫星分别在1，2，3 轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ）A. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1的速率B. 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C. 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加

5、速度D. 卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度思路分析：思路分析：由万有引力等于向心力可得，卫星轨道半径越小，环绕速度越大，角速度越大，卫星在轨道3上的速率小于在轨道1的速率，卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，选项A错误，B正确；卫星在轨道1上经过Q点时和它在轨道2上经过Q点时所受万有引力相等，加速度相等，选项C错误；卫星在轨道2上经过P点时和它在轨道3上经过P点时所受万有引力相等，加速度相等，选项D正确。答案：答案：BD例题例题2 2 （天津卷）研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变

6、，未来人类发射的地球同步卫星与现在相比（ ）A. 距地球的高度变大 B. 向心加速度变大C. 线速度变大 D. 角速度变大思路分析：思路分析：同步卫星与地球的自转周期相同，若地球的自转周期变大，那么同步卫星的角速度将变小，D项错误；根据万有引力提供向心力，有：2 2m(Rh)(Rh)MGm，角速度变小，同步卫星离地高度将变大，A项正确；由2(Rh)MaG可知，同步卫星的向心加速度将减小，B项错误；由RhGMv 可知，线速度变小，C项错误。答案：答案：A【方法提炼方法提炼】卫星绕地球的运动，万有引力提供向心力。卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道平面一定过地心，轨道半径等于卫星与地心的距离。地球同步

7、卫星的轨道一定与赤道共面，其周期等于地球自转周期。卫星问题是高考热点，解决地球同步卫星问题的方法是，根据题述条件及物理情景，利用卫星周期等于地球自转周期，应用卫星相关规律列出相应方程联立解得。4满分训练：满分训练：已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为（ ）A. 6小时 B. 12小时 C. 24小时 D. 36小时思路分析：思路分析：设地球半径为R1，某行星的半径为R2，则地球的同步卫星的周期为T124小时，轨道半径为r17R1，密度1。某行星的同步卫星周期为T2，轨道半径为r23.5R2，密度21/2。地球质量M1134R13，某行星的质量M2234R23，根据牛顿第二定律和万有引力定律分别有：12112 13 111 )2(34rTmrRGm ，22222 23 222 )2(34rTmrRGm 。两式化简得T2 T1/212小时，选项B正确。 答案：答案：B