人造天体的运动导学典型例题练习精选

1、第二单元人造天体的运动 一、卫星的绕行角速度、周期与高度的关系（1）由，得，当h，v（2）由G=m2（r+h），得=，当h，（3）由G，得T= 当h，T二、三种宇宙速度：1第一宇宙速度（环绕速度）：v1=7.9km/s，人造地球卫星的最小发射速度。也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度。2第二宇宙速度（脱离速度）：v2=11.2km/s，使卫星挣脱地球引力束缚的最小发射速度。3第三宇宙速度（逃逸速度）：v3=16.7km/s，使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。三、第一宇宙速度的计算方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力G=m，v=。当h，v，所以在地球表面附近卫星的速度

2、是它运行的最大速度。其大小为rh（地面附近）时，=79×103m/s方法二：在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力当rh时ghg 所以v1=79×103m/s第一宇宙速度是在地面附近hr，卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度四、两种最常见的卫星近地卫星。 近地卫星的轨道半径r可以近似地认为等于地球半径R，由式可得其线速度大小为v1=7.9×103m/s；由式可得其周期为T=5.06×103s=84min。由、式可知，它们分别是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的最大线速度和最小周期。 神舟号飞船的运行轨道离地面的高度

3、为340km，线速度约7.6km/s，周期约90min。同步卫星。 “同步”的含义就是和地球保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期，即T=24h。由式G=m= m（r+h）可得，同步卫星离地面高度为 hr3·58×107 m即其轨道半径是唯一确定的离地面的高度h=3.6×104km，而且该轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致即由西向东。如果仅与地球自转周期相同而不定点于赤道上空，该卫星就不能与地面保持相对静止。同步卫星的线速度 v=3.07×103m/s五.卫星的超重和失重（1）卫星进入轨道前加速过程，卫星上物体超重 (2)卫星进

4、入轨道后正常运转时，卫星上物体完全失重六、人造天体在运动过程中的能量关系当人造天体具有较大的动能时，它将上升到较高的轨道运动，而在较高轨道上运动的人造天体却具有较小的动能。反之，如果人造天体在运动中动能减小，它的轨道半径将减小，在这一过程中，因重力势能减小，故导致其动能将增大。同样质量的卫星，轨道半径越大，即离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越困难。七、相关材料I人造卫星做圆轨道和椭圆轨道运行的讨论 当火箭与卫星分离时，设卫星的速度为v（此即为发射速度），卫星距离地心为r,并设此时速度与万有引力垂直（通过地面控制可以实现）如图所示，则，若卫星以v绕地球做圆周运动，则所需要的向心力为：F向

5、当F万=F向时，卫星将做圆周运动若此时刚好是离地面最近的轨道，则可求出此时的发射速度v7.9 km/s. 当F万F向时，卫星将做离心运动，做椭圆运动，远离地球，卫星动能转化为引力势能（神州五号即属于此种情况） 当F万F向时，卫星在引力作用下，向地心做椭圆运动，若此时发生在最近轨道，则v7.9 km/s，卫星将坠人大气层烧毁。2.人造卫星如何变轨卫星从椭圆轨道变到圆轨道或从圆轨道变到椭圆轨道是卫星技术的一个重要方面，卫星定轨和返回都要用到这个技术以卫星从椭圆远点变到圆轨道为例加以分析：如图所示，在轨道A点，万有引力FA，要使卫星改做圆周运动，必须满足FA和FAv，在远点已满足了FAv的条件，所以

6、只需增大速度，让速度增大到FA，这个任务由卫星自带的推进器完成 这说明人造卫星要从椭圆轨道变到大圆轨道，只要在椭圆轨道的远点由推进器加速，当速度达到沿圆轨道所需的速度，人造卫星就不再沿椭圆轨道运动而转到大圆轨道“神州五号”就是通过这种技术变轨的，地球同步卫星也是通过这种技术定点于同步轨道上的八、规律方法1、处理人造天体问题的基本思路 由于运行中的人造天体，万有引力全部提供人造地球卫星绕地球做圆周运动的向心力，因此所有的人造地球卫星的轨道圆心都在地心解关于人造卫星问题的基本思路：视为匀速圆周运动处理；万有引力充当向心力；根据已知条件选择向心加速度的表达式便于计算；利用代换式gR2=GM推导化简运

7、算过程。注意：人造卫星的轨道半径与它的高度不同离地面不同高度，重力加速度不同， 【例l】设人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星离地面越高，则卫星的（ ）A 速度越大 B角速度越大 C向心加速度越大； D周期越长【例2】设地球的半径为R0，质量为m的卫星在距地面R0高处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为g0，则以下说法错误的是Qv2v3Pv4v1A.卫星的线速度为； B.卫星的角速度为；C.卫星的加速度为； D.卫星的周期；2、人造天体的发射与变轨【例3】 如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在P点点火加速，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P，远地点

8、为同步轨道上的Q），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小，并用小于号将它们排列起来_。【例4】在空中飞行了十多年的“和平号”航天站已失去动力，由于受大气阻力作用其绕地球转动半径将逐渐减小，最后在大气层中坠毁，在此过程中下列说法正确的是（ ） A航天站的速度将加大 B航天站绕地球旋转的周期加大 C航天站的向心加速度加大 D航天站的角速度将增大【例5】航天飞船进入距地表3R地的轨道绕地球做圆周运动时，质

9、量为64kg的宇航员处于_状态，他的视重为_N。实际所受力_N。【例6】若飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站（ ） A可以从较低的轨道上加速 B可以从较高的轨道上加速C可以从与空间站同一轨道上加速 D无论在什么轨道上，只要加速都行【例7】2003年10月15日上午9时，我国在酒泉卫星发射中心成功发射“神舟五号”载人航天飞船，这是我国首次实现载人航天飞行，也是全世界第三个具有发射载人航天器能力的国家“神舟五号”飞船长8. 86 m ;质量为7990 kg.飞船在达到预定的椭圆轨道后运行的轨道倾角为42. 4 0，近地点高度200 km，远地点高度约350 km.实行变轨后，进入离地约

10、350 km的圆轨道上运行，飞船运动14圈后，于16日凌晨在内蒙古成功着陆（地球半径Ro=-6.4×106 m，地球表面重力加速度g=10 m/s2，··5.48，计算结果保留三位有效数字）求：（1)飞船变轨后在轨道上正常运行时的速度（2)飞船在圆轨道上运行的周期课后巩固练习1.据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200 km,运用周期127分钟。若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能求出的是（ ）A月球表面的重力加速度B月球对卫星的吸引力C卫星绕月球运行的速度D卫星绕月运行的加速度2. 1990年4月25日，科学家将哈勃天文望远镜送

11、上距地球表面约600 km的高空，使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展。假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行。已知地球半径为6.4×106m，利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×107m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期。以下数据中最接近其运行周期的是（ ）A0.6小时 B1.6小时 C4.0小时 D24小时3.据报道我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008 年4 月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月l日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01卫星”，下列说法正确的是（ ）A运行速度大于

12、7.9Kg/sB离地面高度一定，相对地面静止C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等4.图是“嫦娥一导奔月”示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测，下列说法正确的是（ ）A发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度B在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关C卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比D在绕月轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力5.在不久的将来，我国宇航员将登上月球。假如宇航员在月球上测得摆长为l的单摆做小振幅振动的周期为T，将月球视为密度

13、均匀、半径为r的球体，则月球的密度为（ ）A B C D6. 我国绕月探测工程的预先研究和工程实施已取得重要进展。设地球、月球的质量分别为m1、m2，半径分别为R1、R2，人造地球卫星的第一宇宙速度为v，对应的环绕周期为T，则环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度和周期分别为（ ）A， B， C， D ，7.现有两颗绕地球匀速圆周运动的人造地球卫星A和B，它们的轨道半径分别为rA和rB。如果rArB，则（ ）A卫星A的运动周期比卫星B的运动周期大 B卫星A的线速度比卫星B的线速度大C卫星A的角速度比卫星B的角速度大 D卫星A的加速度比卫星B的加速度大8.神舟载人飞船在绕地球飞行进行变轨，由原

14、来的椭圆轨道变为距地面高度km的圆形轨道。已知地球半径km，地面处的重力加速度。试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后计算周期T的数值（保留两位有效数字） 9.在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来。假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T。火星可视为半径为r0的均匀球体。第二单元专题：人造天体的运动【例l】 解析：（1）v与 r的关系： G= m；即（r越大v越小）所以答

15、案A错误（2）与r的关系：G=m2r ，即（r越大，越小）所以答案B错误（3）a与r的关系：G=ma，a=GM/r2，即a1/r2。卫星绕轨道半径 r运转时的向心加速度与该处的重力加速度g/相等，所以 g/a， g/1/r2，（r越大加速度越小）所以答案C错误（4）T与r的关系：G=mr ，T=2即T（ r越大，T越大）所以答案D正确 因 GMg0R02，所以 T2，当 r=Ro时，TTmin2 答案：D说明：可以看出，绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的轨道半径r、线速度大小v和周期T是一一对应的，其中一个量确定后，另外两个量也就唯一确定了。离地面越高的人造卫星，线速度越小而周期越大。【例2】解

16、析：在地面：;在高空：；，g=¼g0；此重力加速度即为卫星的向心加速度故C选项错误卫星的线速度故A选项正确周期故D选项正确，角速度故B选项正确【例3】解析：根据题意有v2>v1、v4>v3,而v1、v4是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的线速度，由式知v1>v4,故结论为v2>v1>v4>v3。卫星沿椭圆轨道由PQ运行时，由机械能守恒可知，其重力势能逐渐增大，动能逐渐减小，因此有v2>v3。 卫星的回收实际上是卫星发射过程的逆过程。【例4】【解析】由GMm/r2=mv2/r=mr2=mr（2/T）2=ma ，得v=， T2可知r减小，v增大，增

17、大，T减小，a增大A、C、 D正确【例5】完全失重 0_ 40【例6】 A 【例7】解析：设飞船的质量为m，地球质量为M.飞船在圆轨道上运行时：，对于地面上质量为m0的物体有：，由上两式得飞船的运行速度为：飞船在圆轨道上运行时的周期为：说明：天体运动的问题，要紧扣两条主线：万有引力提供向心力，重力等于万有引力试题展示1. 答案：B【解析】因为不知道卫星的质量，所以不能求出月球对卫星的吸引力。2.答案：B【解析】：由开普勒行星运动定律可知，恒量，所以，r为地球的半径，h1、t1、h2、t2分别表示望远镜到地表的距离，望远镜的周期、同步卫星距地表的距离、同步卫星的周期（24h），代入数据得：t1=1.6h3.答案：BC【解析】：由题目可以后出“天链一号卫星”是地球同步卫星，运行速度要小于7.9,而他的位置在赤道上空，高度一定，A错B对。由可知，C对。由可知，D错。4.答案：C【解析】由于发射过程中多次变轨，在开始发射时其发射速度必须比第一宇宙速度大，不需要达到第三宇宙速度，选项A错误。在绕月轨道上，根据可知卫星的周期与卫星