专题1卫星的变轨发射与回收

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1、专题1卫星的变轨发射与回收教学目的1 了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点.2.2爰固轧向毂，卫星的发射5收。根底感知考点一 同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比拟（1）相同点都以地为圆心做匀速圆周运动.同步卫星与赤道上的物体具有相同的周期和角速度.不同点同步卫星、近地卫星均由万有引力提供向心力；而赤道上的物体是万有引力的一个分 力提供向心力.三者的向心加速度各不相同.近地卫星的向心加速度“二崎，同步卫星的向心加速 度可用a二誓或a - rco2求解，而赤道上物体的向心加速度只可用a - Reo2求解.三者的线速度大小也各不相同.近地卫星】，二、修二倔，同步卫星丫 = 产二 广

2、3 ,而赤道上的物体I，二艮3.考点二R星友就问毁卫星在运动中的“变轨”有两种情况：离心运动和向心运动.当万有引力恰好提供卫 星所需的向心力，即华=?时，卫星做匀速圆周运动：当某时刻速度发生突变，所需的 向心力也会发生突变，而突变瞬间万有引力不变.1 .制动变轨：卫星的速率变小时，使得万有引力大于所需向心力，即G号卫 星做近心运动，轨道半径将变小.所以要使卫星的轨道半径变小，需开动反冲发动机使卫星 做减速运动.2 .加速变轨：卫星的速率变大时，使得万有引力小于所需向心力，即泮匕号卫 星做离心运动，轨道半径将变大.所以要使卫星的轨道半径变大，需开动反冲发动机使卫星 做加速运动.例1地球赤道上有一

3、物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为a,向心加 速度为川，线速度为口，角速度为0;绕地球外表附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略） 所受的向心力为向心加速度为S,线速度为也，角速度为32；地球同步卫星所受的向 心力为尸3，向心加速度为3,线速度为-3,角速度为33.地球外表重力加速度为g，第一宇 宙速度为也假设三者质量相等，那么（）A.尸1=尸2尸3B. 4l=42=g3C. V| = V2 = VV3D. 6=3332解析赤道上物体随地球自转的向心力为万有引力与支持力的合力，近地卫星的向心 力等于万有引力，同步卫星的向心力为同步卫星所在处的万有引力，故有FlF2 , FF3 . 加速度

4、：aia2 , ai = g , 32 ；线速度:VI = COR , V3 = a）3（R + h）,其中 31 二 33 ,因此 V1V3 ；角速度9二；,故有31=33V2V3D.4143a2U3解析 由题意可知：山丘与同步卫星角速度、周期相同，由v = cor t a = co2r可知01Vo3、0V4?；对同步卫星和近地资源卫星来说，满足7 i可知03Vo2、ay=出=1由于门 0，A、B错误；轨道1上的。点与轨道2上的。点是同一点，到地心的距离相同，根据万有引力定律及牛顿第二定律知，卫星在轨道1上经过。点时的加速度等于它 在轨道2上经过Q点时的加速度，同理，卫星在轨道2上经过P点时

5、的加速度等于它在轨 道3上经过P点时的加速度，C正确.由“二爷/，D正确.限时练1人造近地卫星和地球同步卫星，以下几种说法正确的选项是A.近地卫星可以在通过北京地理纬度圈所决定的平面上做匀速圆周运动B.近地卫星可以在与地球赤道平面有一定倾角且经过北京上空的平面上运行C.近地卫星或地球同步卫星上的物体，因“完全失重”，它的重力加速度为零D.地球同步卫星可以在地球赤道平面上的不同高度运行2.地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为心，向心加速度为 a】，线速度为巧，角速度为8】，绕地球外表附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略）所受 的向心力为2,向心加速度为叼，线速度为%,角速度为

6、3：地球同步卫星所受的向心 力为3,向心加速度为%,线速度为吗，角速度为但3：地球外表重力加速度为g,第一 宇宙速度为V,假设三者质量相等，那么A. F1=F2 号B. al=a2 =ga3C 巧=叼=?”3Q CO-J = （03 C023. A、B为两颗地球卫星，它们的运动周期之比为T：Tb=1：3,那么a、B两卫星的轨道 半径之比和运动速率之比分别为A Rr：Rb=4:1, yjA:vB=l:2B R A ： R 0=4 ： 1 v A ： “ 0=2:1C. Ra：Rb = 1：4,D. R、a：Rb = 1：4,4 .位于赤道而上的一颗人造地球卫星绕地球运行，黄昏在赤道上的某人发现卫

7、星位于自己 的正上方相对地面运动，第二天黄昏同一时刻又发现此卫星出现在自己的正上方，地球自转 角速度为。，地表处重力加速度为日。，地球半径为R。，那么对此卫星以下论述正确的选 项是A. 一定是同步卫星B.可能是同步卫星C.此卫星距地面的高度可能是D.此卫星距地面的高度可能是5 .（2021全国理综2）地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。假设某 行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其外表的高度是其半径 的2.5倍，那么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6 .（多项选择）将月球、地球同步卫星和静止在地球赤道上的物体三者进行比拟, 以下说

8、法正确的选项是（）.A.三者都只受万有引力的作用，万有引力都提供向心力B.月球的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度C.地球同步卫星的角速度与静止在地球赤道上的物体的角速度相同D.地球同步卫星相对地心的线速度与静止在地球赤道上的物体相对地心的 线速度大小相等7 .（多项选择）同步卫星离地心距离为八运行速度为0,加速度为地球赤道 上的物体随地球自转的加速度为s,第一宇宙速度为S,地球半径为凡 那 么以下正确的选项是（）.A*B. X分燃4，：杷8 .我国成功实施了 “神舟七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨 道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千

9、米的圆轨道, 在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。以下判断正确的选项是A,飞船变轨前后的速度相等B.飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于超重状态C.飞船在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度D.飞脑变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度9：如图（1）所示，地球上空有人造地球同步通信卫星，它们向地球发射微波，但无论同 步卫星数目增到多少个，地球外表上总有一局部面积不能直接收到它们发射来的微波，问这 个面积S与地球而积So之比至少有多大？结果要求保存两位有效数字，地球半径 R0 = 6.4xl06mo半径为r,高为h的球缺的外表积为瓦二2五Rh,球面积为$ =

10、 4勿R?。练习题答案1.B 做匀速圆周运动的必备条件之一是所受的合力必须指向圆心，人造卫星只受到地球 对卫星的万有引力作用，力的方向指向地心，并不是指向纬度平面与地轴相交的轴心上，所 以A选项错.选项B所述的卫星具备上述条件，可以用适当的速度发射成功此类卫星。对 于选项C “完全失重”是一种物理现象，表现为物体对支持物（如磅秤）的压力（或对悬挂 物的拉力）为零，不能按字面直译为失去重力，如果重力仅指物体所受地球吸引的力，由于Q GM ng= a = K =人造卫星仍受地球引力作用，那么其重力加速度M 1 ,此现象中重力加速度就是做圆周运动的向心加速度，因此选项C错误。对于选项D,因为地球同步

11、卫星的运 行周期需和地球自转周期相同，地球质量是确定值，其轨道半径r、周期T和地球质量M有定量的关系：J -,因此轨道半径r是确定值，所以选项D错误门2 .答案：D3. D 卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供，由万有引力定律和牛 顿定律，有GMm由题给条件Ta： Tb = 1小根据卫星轨道是圆周，万有引力全部提供向心力，卫星必须是匀速圆周运动。2出Rv = vcc 故有 丁，所以 丁，得VA RaTb 1 8 7 .vb 艮8丁& 41 o4.C 此卫星一定不是同步卫星，它的角速度设为G ,那么有二口叫皿？，,），由5【解析】设地球半径为某行星的半径为生，那么地球的同步卫星

12、的周期为=24小时，轨道半径为rl=7%,密度以。某行星的同步卫星周期为72,轨道半径为r2=3.5R2,密度p2=pjlo 44地球以dMpr-nRi3.某:行汇的广：根据牛顿第 定律和万仃引力定律分 JJG”p5*G恤xpq戒:别有 L=叫（-）,L =4（十/G星Tl ,日T2两式化简得心1/2=12小时,选项B正确6解析 静止在地球赤道上的物体不仅受万有引力作用，还受地面的支持力 作用，A错误；由婴二也可得a 耳,因月球绕地球运转的轨道半径大 于地球同步卫星的轨道半径，故月球的向心加速度小于地球同步卫星的向心 加速度，B正确；地球同步卫星绕地球运转的周期与静止在地球赤道上物体 的周期相

13、同，所以角速度相同，C正确；由。二3五可知，D错误.7解析 设地球质量为M ,同步卫星的质量为im ,地球赤道上的物体质量为 加2 ,在地球外表附近飞行的物体的质量为机2,，根据向心加速度和角速度的 关系有二coy- , ai - C01R , COI=CO2 ,故聂=,可知选项A正确.由万有引力定律有G华二叫G竺*二小2, :，由以上两式解得意二 域,可知选项D正确.8. C9.解析：如图(2)所示，因为同步卫星总是在赤道的上空，其高度也是一定的，由它 画一条到地球外表的切线，可见两极周闱的区域内就收不到微波通讯，以m、M分别表示 卫星和地球的质量，r表示卫星到地心的距离，T表示地球的自转周期，那么有GMm 4u2GMm =才=mh尸f , 闲- g,得V 4tt214兀2以S表示某个极周闱接收不到微波区域的面积，那么S= 2冗R0h = 2teRq(1- cos6)地球而积,。= 4兀%。而地球有两个极，因而接收不到微波的面积与地球外表积S。之比为：2s 4欣加-cos 6)T7=t = 1- cos6=L - Vl-sui 6S。 4扁 = 0,011 代入数值得s。答案：0.011