第三节人造卫星

1、第三节 人造卫星考点整合1一、近快远慢：1、同一中心天体的不同卫星，近快远慢。速度v大、转一圈时间T短为快，速度v方向变化快a大2、卫星在椭圆轨道上，近快远慢。例1：2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线上，上演了“火星冲日”的天象奇观，这是6万年来火星距地球最近的一次，与地球之间的距离只有5，576万公里，为人类研究火星提供了最佳时机如图所示为美国宇航局最新公布的“火星冲日”的虚拟图，则（BD）A2003年8月29日，火星的线速度大于地球的线速度B2003年8月29日，火星的加速度小于地球的加速度C2004年8月29日，必将产生下一个“火星冲日”D火星离地球最远时，火星、太阳、地

2、球三者必在一条直线上解析：由于“近快远慢”，火星的速度小于地球。由 ，火星的加速度小于地球。经过1“地球年”，地球又到达此时位置，但运行较慢的火星未到达。由于火星、地球均以太阳为圆心做圆周运动，故火地最远时，其连线必过太阳。 基础练习11、（88上海）设人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动，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2、（94）人造地球卫星的轨道半径越大,则( ).A、速度越小,周期越小 B、速度越小,周期越大C、速度越大,周期越小 D、速度越大,周期越大3、（04江苏）若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的是（

3、 ） A、卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大 D、卫星的轨道半径越大，它的运行速度越小 C、卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越大 D、卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越小4、（07广基）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5、（99上海）把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动，则离太阳越远的行星（ ）周期越小 线速度越小 角速度越小 加速度越小6、（04上海）

4、火星有两颗卫星，分别为火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比（ ）A火卫一距火星表面较近 B火卫二的角速度较大C火卫一的运动速度较大 D火卫二的向心加速度较大经典习题17、（09安徽）2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙-2251”卫星和美国的“铱-33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞。这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件。碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是DA. 甲的运行周期一定比乙的长 B. 甲距地面的高度

5、一定比乙的高C. 甲的向心力一定比乙的小 D. 甲的加速度一定比乙的大8、（09广东理基）宇宙飞船在半径为R。的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1>R2。宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的（ D ） A线速度变小 B角速度变小 C周期变大 D向心加速度变大9、（07重庆）土卫十和土卫十一是土星的两颗卫星，都沿近似为圆周的轨道绕土星运动，其参数如表。两卫星相比，土卫十（ ） 卫星半径(m)卫星质量(kg)轨道半径(m)土卫十8.90×1042.01×10181.51×108土卫十一5.70×1045.60×1017

6、1.51×108A受土星的万有引力较大 B绕土星做圆周运动的周期较大C绕土星做圆周运动的向心加速度较大 D动能较大 考点整合2二、近地卫星1、卫星运行轨道接近星球表面，轨道半径为星球半径，运行速度称为第一宇宙速度vI。 周期约1.4h，（约84min）2、第一宇宙速度的计算公式 由 ， vI= 或由 mg= , vI= g为星球表面重力加速度，R为星球半径。3、第一宇宙速度是卫星运行的最大速度由 =mv2/r ，v= 。由于r R，（卫星轨道半径r、星球半径R）故卫星运行速度v vI4、第一宇宙速度是发射卫星的最小速度。例 2：（06北京）一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该

7、行星飞行。认为行星是密度均匀的球体，要确定该行星的密度，只需要测量（ C ）A.飞船的轨道半径 B.飞船的运行速度C.飞船的运行周期 D.行星的质量解析：行星密度=M/V= ，故需要M/R3 。由 ， 得 ，故= 。因此，只要知道近地卫星的运行周期，即可求出星球密度记住此常用结论。基础练习210、（06重庆）宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面（设月球半径为R）。据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为（ ）A. B. C. D. 11、（82）设行星A和行星B是两个均匀球体。A与B的质量之比mA：mB=2：1；A

8、与B的半径之比RA：RB=1：2。行星A的卫星a沿圆轨道运行的周期为TA，行星B的卫星b沿圆轨道运行的周期为TB，两卫星的圆轨道都非常接近各自的行星表面，则它们运行的周期之比为（ ）A.TA：TB=1：4 B.TA：TB=1：2 C.TA：TB=2：1 D.TA：TB=4：112、（07天津）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. ，经典习题213、（07北京）不久前欧洲天文学

9、界发现了一颗可能适合人类居住的行星，命名为“格利斯581c”。该行星的质量是地球的5倍，直径是地球的1.5倍。设想在该行星表面附近绕行星沿圆轨道运行的人造卫星的动能为Ek1，在地球表面附近绕地球沿圆轨道运行的相同质量的人造卫星的动能为Ek2，则Ek1：Ek2为（ ）A0.13 B0.3 C3.33 D7.514、（05北京）已知地球质量大约是月球质量的81倍，地球半径大约是月球半径的4倍。不考虑地球、月球自转的影响，由以上数据可推算出（ ）A.地球的平均密度与月球的平均密度之比约为98B.地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为94C.靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面

10、沿圆轨道运行的航天器的周期之比约为89D.靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器线速度与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器线速度之比约为81415、（09全国1）天文学家新发现了太阳系外的一颗行星。这颗行星的体积是地球的4.7倍，质量是地球的25倍。已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1.4小时，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,由此估算该行星的平均密度为( )A.1.8×103kg/m3 B. 5.6×103kg/m3 C. 1.1×104kg/m3 D.2.9×104kg/m3 16、（07山东）2007年4月24日，欧洲

11、科学家宣布在太阳之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581c。这颗围绕红矮星Gliese581运行的星球有类似地球的温度，表面可能有液态水存在，距离地球约为20光年，直径约为地球的1.5倍 ，质量约为地球的5倍，绕红矮星Gliese581运行的周期约为13天。假设有一艘宇宙飞船飞临该星球表面附近轨道，下列说法正确是（ ）A飞船在Gliese581c表面附近运行的周期约为13天B飞船在Gliese581c表面附近运行时的速度大于7.9km/sC人在Gliese581c上所受重力比在地球上所受重力大DGliese581c的平均密度比地球平均密度小 考点整合3三、同步卫星1

12、、同步：在赤道正上方，相对地面静止，与地球自转同步。2、常见物理量：周期T为地球自转周期24h，距地面高度为36000km，轨道半径为 的6.63倍。速度约为3km/s。3、常用公式： ，T=24h 。例3：设同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则下列比值正确的是 （ B ）A = B = C =  D = 解析：设地球自转角速度为，同步卫星和赤道物体的角速度均为。 a1=r2 , a2=R2 , 故 = ； ， ，故 = 。基础练习3：17、（93）同步卫星是指相对于地面不动的人造

13、地球卫星（ ）A、它可以在地面上任一点的正上方,且离地心的距离可按需要选择不同值B、它可以在地面上任一点的正上方,但离地心的距离是一定的C、它只能在赤道的正上方,但离地心的距离可按需要选择不同值D、它只能在赤道的正上方,且离地心的距离是一定的18、（08山东）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1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星”，下列说法正确的是（ ）A、运行速度大于7.9 km/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

14、加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等19、（05广东）已知万有引力常量G，地球半径R，月球和地球之间的距离r，同步卫星距地面的高度h，月球绕地球的运转周期T1，地球的自转周期T2，地球表面的重力加速度g。某同学根据以上条件，提出一种估算地球质量M的方法：同步卫星绕地球作圆周运动，由 得 。请判断上面的结果是否正确，并说明理由。如不正确，请给出正确的解法和结果。请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果。经典习题320、（90上海）已知地球的半径为R，自转角速度为，地球表面的重力加速度为g，在赤道上空一颗相对地球静止的同步卫星离开地面的高度是_ _(用以上三个量表示)21、（8

15、7）用m表示地球通讯卫星(同步卫星)的质量,h表示它离地面的高度,R0表示地球的半径,g0表示地球表面处的重力加速度,0表示地球自转的角速度,则通讯卫星所受的地球对它的万有引力的大小等于（ ）A、0 B、m  C、  D、以上结果都不正确22、（99）地球同步卫星到地心的距离r可由 求出。已知式中a的单位是m，b的单位是s，c的单位是m/s2，则（ ）Aa是地球半径，b是地球自转的周期，c是地球表面处的重力加速度Ba是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是同步卫星的加速度Ca是赤道周长，b是地球自转周期，c是同步卫星的加速度Da是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期

16、，c是地球表面处的重力加速度23、（06江苏）如图所示，A是地球的同步卫星。另一卫星 B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为 h。已知地球半径为 R，地球自转角速度为，地球表面的重力加速度为 g，O为地球中心。 （1）求卫星 B的运行周期。 （2）如卫星 B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻 A、B两卫星相距最近（O、B、A在同一直线上），则至少经过多长时间，他们再一次相距最近？ 考点整合4四、卫星的发射和变轨1、同步卫星的发射：需三次加速：进入近地轨道的时刻、由近地轨道进入椭圆轨道的近地点的时刻，由椭圆轨道的远地点进入同步轨道的时刻。2、卫星变轨1）卫星运行轨道半径r越大，发射时

17、需克服引力做功越多，地面上需要的发射速度越大，所以运行时 增加。2）卫星变轨时的运动可由万有引力和向心力的“供需”关系讨论。3）卫星变为近轨：当卫星受到阻力作用后（或发动机做负功），其总机械能要减小，卫星必定只能降至低轨道上飞行，故R减小。由 可知，v要增大，动能增大。重力势能减少量大于动能增加量。（解释2：速度减小，万有引力大于向心力，近心运动，轨道半径减小；在新轨道上运行速度较大）4)卫星变为远轨：发动机做正功，卫星机械能增大，升至高轨道上运行，R变大。运行速度v变小，重力势能增加量大于动能减少量。（解释2：速度增大，万有引力小于向心力，离心运动，轨道半径增大；在新轨道上运行速度较小）例4

18、：(07全国2)假定地球，月球都静止不动，用火箭从地球沿地月连线向月球发射一探测器。假定探测器在地球表面附近脱离火箭。用W表示探测器从脱离火箭处飞到月球的过程中克服地球引力做的功，用Ek表示探测器脱离火箭时的动能，若不计空气阻力，则（ BD ）AEk必须大于或等于W，探测器才能到达月球BEk小于W，探测器也可能到达月球CEkW/2，探测器一定能到达月球 DEkW/2，探测器一定不能到达月球    解析：如图，地月连线的中点为O，探测器从地到月的全过程克服地球引力做功为W；由于此过程中地球引力在逐渐减小，因此从地球表面到O点之前某位置P，克服地球引力做功为

19、W/2。连线上设定一位置Q，在Q点地球对探测器的引力等于月球对探测器的引力（由于地球质量大于月球质量，Q点更靠近月球）。因此探测器必须能通过Q点，才可到达月球。故探测器的发射动能EK必定大于W/2，且可以小于W。 基础练习4卫星发射练习24、（09广东物理）发射人造卫星是将卫星以一定的速度送入预定轨道。发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方，如图。这样选址的优点是，在赤道附近（ ）A地球的引力较大 B地球自转线速度较大C重力加速度较大 D地球自转角速度较大25、（07上海综）据报道，中国第一颗人造“探月”卫星将于2007年下半年发射。有人建议，从节省火箭燃料考虑，将发射基地从西昌移至海

20、南。理由是 。                               26、（98上海）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，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

21、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点的加速度卫星变轨练习27、（00全国）某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻气作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变，每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动。某次测量卫星的轨道半径为r1，后来变为r2，r2<r1。以Ek1、Ek2表示卫星在这两个轨道上的动能，T1、T2表示卫星在这两上轨道上绕地运动的周期，则（ ） A、Ek2<Ek1， T2<T1 B、Ek2

22、<Ek1， T2>T1 C、Ek2>Ek1， T2<T1 D、Ek2>Ek1， T2>T1经典习题428、（09山东）2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入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343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。下列判断正确的是（ ）A飞船变轨前后的机械能相等 B飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态 C飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度 D飞船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

23、度   29、（05江苏）某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r1慢慢变到r2，用EKl、EK2分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则（ ）A、r1<r2，EK1<EK2 B、r1>r2，EK1<EK2 C、r1<r2，EKt>Era D、r1>r2，EK1>EK230、（08广东）如图是“嫦娥一号奔月”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

24、速度B在绕月圆轨道上，卫星的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在绕月圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力 考点整合5五、宇宙速度：1、环绕速度v17.9km/s，是发射速度的最小值，圆轨道卫星环绕速度的最大值；周期1.4h（约84min）。（椭圆轨道近地点速度大于7.9km/s）2、逃逸速度v v111.2km/s，3、脱离速度v16.7km/s，例1：已知物体从地球上的逃逸速度（第二宇宙速度）v2= ，其中G、ME、RE分别是引力常量、地球的质量和半径。已知G=6.67×10-11 N·m2/kg2，c=3.0×108 m/s。根据以上信息，完成下列问题：（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞，设某黑洞的质量等于太