人造卫星宇宙速度全部知识点版含答案

/知识点人造卫星与宇宙速度4.人造卫星宇宙速度/知识点人造卫星与宇宙速度学习目标知识脉络.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.（重点）.理解人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系..知道同步卫星的特点.（难点）.了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情.、人/卫一•卫一的种类人造卫星 , 1r定义It：：—宇［卜第二宇宙速度一r由律匿 { ,求法嘘T卜第一.广出速度।®第三宇宙速度।◊基础初探◊［先填空］.人造卫星卫星是太空中绕行星运动的物体.将第一颗人造卫星送入围绕地球运行轨道的国家是前苏联.2.宇宙速度数值意义第一宇宙速度7.9km/s卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2km/s使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度［再判断］.第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度.（J）.第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行的最小速度.（X）.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度.（X）［后思考］若要发射火星探测器，试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射？【提示】火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2km/s<v<16.7km/s. O核心突破◊

［合作探讨］发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考:图341探讨1：不同星球的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？MmV2 i1GM【提示】不同，根据G-=咋，v=\'e，第一宇宙速度决定于星球的质量和半径.探讨2：把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？【提示】轨道越高，需要的发射速度越大.［核心点击］看精彩微课.解决天体运动问题的基本思路：一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供,所以研究天体时可建立基本关系式：GMmma,式中a是向心加速度..常用的关系式,、MmV2 4n2(1)G-=m-=ms2r=m-^r,万有引力全部用来提供行星或卫星做圆周运动的向心力.r2 r I2⑵mg=甯即gR2=GM，物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力•该公式通常被称为黄金代换式..四个重要结论：设质量为m的天体绕另一质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动.,、।GMmV2 GM⑴由7T=m7得V=-\,'17，r越大,天体的V越小•⑵由泮=32r得3=\,',，GM,r越大,天体的3越小.(3)由GMm(3)由GMm=m^2n-j2r得T=2nr2GM，r越大，天体的T越大.Mm GM(4)由％=man^彳=三，r越大，天体的彳越小•以上结论可总结为“一定四定，越远越慢”..地球同步卫星及特点：地球同步卫星及特点：(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星.(2)特点：①确定的转动方向：和地球自转方向一致；确定的周期：和地球自转周期相同，即T=24h；③确定的角速度：等于地球自转的角速度；④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；确定的高度：离地面高度固定不变(3.6X1Skm)；确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1X1Sm/s). O题组冲关◊ .下面关于同步通信卫星的说法中不正确的是()A.各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的B.同步通信卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大;高度降低，速率减小，仍同步C.我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114min,比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低D.同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小【解析】 同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度相同，由3=GM r3GM知同步通信卫星比"和h=r-R知卫星高度确定.由v=3r知速率也确定,A正确，B错误；由T=2n、':GM知同步通信卫星比知第一颗人造地球卫星高度比同步通信卫星的低，C正确；由v=第一颗人造地球卫星速率小，D正确.故选B.【答案】B.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是()【导学号：22852074】A.第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度.第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最大速度C.第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度D.不同行星的第一宇宙速度都是相同的【解析】第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飞行的卫星绕地球公转的线速度.卫

星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，由GMmV2星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，由GMmV2R+h2=mR+h可得v=\，胃£可见卫星的高度越高，则公转的线速度越小，所以靠近地球表面飞行的卫星（h的值可忽略）的线速度最大，故选项B正确；地球同步卫星在地球的高空运行，所以它的线速度小于第一宇宙速度，所以选项C错误；行星的质量和半径不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不相同，所以选项D错误.【答案】B3.如图342,若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心O的距离分别为r1、r2，线速度大小分别为V1、凡，则（）【导学号：22852075】图342图342UH2 1d5=H22GMmv2【解析】 对人造卫星，根据万有引力提供向心力—=m-，可得v=-L2 _L一.一一.，一.v :r一,一一，于a、b两颗人造卫星有「=|/，故选项A正确.2 1【答案】A.探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比（）A.轨道半径变小 B.向心加速度变小C•线速度变小 D.角速度变小「 一 Mm4n2【解析】探测器做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则：G-=旷封，整理

:r3.. . .一.._Mm V2M整理得：*;午，v=得T=2n而可知周期T较小的轨道，其半径r也小，A正确；由%=m=叫2r，，刃=\注，可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B、C、M整理得：*;午，v=【答案】A)图343A.甲的向心加速度比乙的小B.甲的运行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大D.甲的线速度比乙的大.如图343所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动.下列说法正确的是（)图343A.甲的向心加速度比乙的小B.甲的运行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大D.甲的线速度比乙的大【解析】根据GMm=rna得a1M.故甲卫星的向心加速度小，选项A正确；根据GMmm（午）2r，得T=2吗/GM，故甲的运行周期大，选项B错误;根据泮=32r【解析】根据GMm=rna得a,一一〜 Mmmv2, i'GM ,,故甲运行的角速度小，选项C错误；根据G-=［得v=\J?故甲运行的线速度小，选项D错误.【答案】A.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，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比()A.A.距地面的高度变大B.向心加速度变大C•线速度变大D.C•线速度变大GMm 4n2【解析】地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大.由旷百/ 3;GMT2 GMm GM%+叽得h=\；4n；—r，t变大，h变大，A正确.由77=叫得a=7，r增大，a减小，B错误.由竽=干，得『\学，r增大，v减小，C错误.由刃=平可知，角速度减小，D错误.【答案】A天体运动问题解答技巧（1）比较围绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的v、3、T、an等物理量的大小时，可考虑口诀“越远越慢”（v、3、T）、“越远越小”（an）.（2）涉及绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的计算问题时，若已知量或待求量中涉及重力加速度g,则应考虑黄金代换式gR2=G《mg=G|m|的应用.TOC\o"1-5"\h\z..一...一,， 一,MmV2 4n2（3）若已知量或待求量中涉及V或3或T,则应考虑从G-=m-=mw2r=m^r中选择r2 r 12相应公式应用.I I第五章经典力学的成就与局限性第五章经典力学的成就与局限性.经典力学的成就与局限性.了解相对论（选学）.初识量子论（选学）经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性学习目标知识脉络.知道经典力学的局限性和适用范围.（重点）.初步了解相对论时空观中的基本观点.（难点）.了解狭义相对论和广义相对论..了解量子论的基本内容.荔厂|经典用的成就|的成T经典力学的局限国就与 经典屏的适用范围।目限 山 J了解相对没和量子？7学1性◊基础初探◊［先填空］.经典力学的成就英国物理学家牛顿在《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系.他的理论只用几个基本的概念和原理，不但可以解决人们日常看到的种种物体的运动问题，也可以说明天体运动规律.经典力学的思想方法的影响远远超出了物理学与天文学的研究领域，对其他自然科学、社会科学领域都产生了巨大影响..经典力学的局限性⑴经典力学是从日常的机械运动中总结出来的，超出宏观的、日常生活经验的领域常常就不适用了.(2)绝对时空观：把时间、空间、物质及其运动之间的联系割裂开来，不能解释高速运动领域的许多现象.(3)经典力学认为一切自然现象都服从、遵守力学原理，严格按力学规律发生、演化，并且变化是连续的，这种观点与微观世界的很多现象都不相符..经典力学的适用范围(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动.(2)只适用于宏观物体的运动，不适用于微观粒子的运动.(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境.［再判断］.经典力学的基础是牛顿运动定律.(J).经典力学中时间、空间与物质及其运动完全无关.(J).经典力学可以研究质子、中子等微观粒子的运动规律.(X)［后思考］洲际导弹的速度可达6000m/s,此速度属于低速还是高速？【提示】属于低速.6000m/s远小于光速，因此属于低速. O核心突破◊ ［合作探讨］地球绕太阳公转的速度是3X104m/s；设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999999999987倍光速的速度.请思考：图511探讨：地球的公转和电子的运动情况都能用经典力学(牛顿力学)来研究吗？【提示】地球的公转属于宏观、低速运动，能用经典力学来研究；而电子的运动属于微观、高速运动，经典力学就不能适用了.［核心点击］.以牛顿运动定律为基础的经典力学的成就(1)牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃.(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就.(3)18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命.(4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础.火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例..经典力学的局限性(1)经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象.(2)经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象..经典力学的适用范围相对论和量子力学的出现，使人们认识到经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界. O题组冲关◊ 1.经典力学不能适用于下列哪些运动()A.火箭的发射B.宇宙飞船绕地球的运动C.“勇气号”宇宙探测器在火星着陆D.微观粒子的波动性【解析】经典力学适用于宏观物体的低速运动，故经典力学对A、B、C都能适用，对D不适用.【答案】D.经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指()A.行星、恒星、星系等巨大的物质领域B.地球表面上的物质世界C.人眼能看到的物质世界D.不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.【答案】D.（多选）20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释.经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子.这说明（）A.随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论.人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C不同领域的事物各有其本质与规律D.人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律【解析】人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形.所以A错，B、C、D对.【答案】BCD科学是不断发展和完善的一切科学的发展都是人们主动认识世界的过程，而每个人的研究又都是建立在前人的基础上，通过自己的努力去发展和提高.科学的成就总是在某些条件下的局部形成，在新的科学成就形成后，它将被包括在其中.爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形.［先填空］|.狭义相对论爱因斯坦针对经典力学的运动规律在处理微观高速时所遇到的困难，创立了狭义相对论.狭义相对论的主要效应有:(1)长度收缩：在观测运动的物体时，物体沿运动方向上的长度会收缩.(2)时钟变慢：在观测运动的时钟时，时钟显示的时间变慢.(3)质量变化：物体的质量随速度的增大而增大.(4)质能关系：物体的质量和能量之间存在着相互联系的关系，关系式为：E=mc2(5)速度上限：任何物体的速度都不能超过光速.一般情况下，由于物体的速度vc,相对论效应消失，其结果还原为经典力学.因此认为经典力学是相对论力学在低速情况下的近似.广义相对论(1)爱因斯坦于1916年创立了广义相对论.根据该理论推得一些结果，例：(a)当光线通过强引力场时，光线会发生偏折，即时空会发生“鸾曲”.通引力场存在引力波.(2)广义相对论把数学与物理学紧密地联系在了一起.量子论的基本内容(1)量子假设最早是在1900年由德国物理学家普朗克提出来的.(2)量子论认为，微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子.(3)微观粒子有时显示出波动性，有时又显示出粒子性，这种在不同条件下分别表现出经典力学中的波动性和粒子性的性质称为波粒二象性，在粒子的质量或能量越大时，波动性变得越不显著，所以我们日常所见的宏观物体，实际上可以看做只具有粒子性.(4)由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能(填“不可能”或“一定”)同时具有确定的数值.例如粒子的位置和动量，其中的一个量愈确定，另一个量就愈不确定，粒子的运动不遵守确定性规律而遵守统计规律.［再判断］.物体高速运动时，沿运动方向上的长度会变短.(J).质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.(X).对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大.(J)［后思考］如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？【提示】不能.因为物体的质量随速度的增大而增大，假若物体的速度趋近于光速，这时物体的质量会趋近于无穷大，故不可能把物体的速度增大到等于光速，当然更不可能大于光速,因为光速是速度的最大值. ◊核心突破◊ ［合作探讨］探讨：在狭义相对论中，长度收缩是不是指物体的长度变短了？时钟变慢是不是指时钟走得慢了？【提示】不是.长度收缩和时钟变慢是由于时空条件不同而引起的观测效应，不是物体的长度真的变短或时钟真的变慢了.［核心点击］.尺缩效应V2运动长度i会收缩，1=10y1—3,i为沿运动方向观测到的物体长度，i0为物体静止时观测到的长度，在垂直于运动方向上，物体的长度没有变化..钟慢效应运动时钟会变慢，r=T-^0—，即运动时钟显示的时间T比静止的时钟显示的时间: V2%1—2T0延缓了，而时钟的结构并没有改变..质速关系物体的质量m随速度v的增大而变大，m=m^-,m为静止时的质量，m为运动时的40质量..质能关系质量m和能量E之间存在着一个相互联系的关系式：E=mc2,式中c为光速..任何物体的速度不能超过光速..当vc时，相对论效应消失，其结果还原为经典力学，因此经典力学是相对论力学