2014届高考物理一轮复习4-4万有引力与航天(一)课件.docx

一、地球同步卫星和双星问题规律方法1．地球同步卫星同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的卫星，因此可用来作为通讯卫星．同步卫星有以下几个特点：(1)周期一定：同步卫星在赤道正上方相对地球静止，它绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，T＝24 h．角速度也和地球自转的角速度相等．(2)轨道平面一定：圆轨道平面与赤道面共面．静止于赤道正上方．(3)高度一定：由G＝m(R＋h)，得地球同步卫星离地面的高度h＝－R＝3.6×107 m.2．双星问题在宇宙中，相距较近且依靠它们之间的万有引力绕同一点做圆周运动的两个天体，称为双星．如右图所示，由于两星间的引力而使它们在运动中距离保持不变，星体在万有引力提供向心力的情况下做圆周运动，具有以下三个特点：(1)它们有共同的圆心O，这两颗行星做圆周运动所需的向心力只能由它们之间的万有引力互相提供——m2给m1的引力F1使m1做圆周运动；m1给m2的引力F2使m2做圆周运动．而且根据牛顿第三定律可知F1＝F2，且方向相反，分别作用在m1、m2两颗行星上．(2)由于这两颗行星之间的距离总是恒定不变为L，所以两颗行星的运行周期就必须相等，即T1＝T2.(3)由于F1和F2承担着提供向心力的任务，所以它们都必须永远指向圆心O.又因两颗行星的距离总是L，所以两颗行星的连线必须始终通过圆心O，于是r1＋r2＝L.例1　2011年7月27日清晨，中国西昌卫星发射中心发射场周边雷电交加、暴雨如注，就在两次雷电间隙，“长征三号甲”点火腾空，宛如一条火龙在暴雨雷电中直刺苍穹，将第九颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道，这是北斗导航系统组网的第四颗倾斜地球同步轨道卫星，如图所示．下列关于这颗北斗导航卫星的说法中，正确的是(　)A．卫星的发射速度大于7.9 km/sB．卫星运行时的速度大于7.9 km/sC．卫星离地面的高度为一定值D．卫星运行的向心加速度大于地球表面的重力加速度例2　如图所示，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速圆周运动，星球A和B两者中心之间的距离为L.已知A、B的中心和O三点始终共线，A和B分别在O的两侧．引力常量为G.求：(1)两星球做圆周运动的周期；(2)在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心运行的周期记为T1.但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期记为T2.已知地球和月球的质量分别为5.98×1024 kg和7.35×1022 kg.求T2和T1两者平方之比．(结果保留三位小数)二、与卫星有关的几个问题规律方法1．卫星的超重与失重卫星发射过程中，卫星上的物体处于超重状态，卫星进入轨道后正常运转时，卫星具有的加速度等于轨道处的重力加速度g轨，卫星上的物体完全失重．返回时，由于空气、降落伞的阻力或向地面方向喷气，卫星上的物体处于超重状态．2．发射速度和运行速度(1)发射速度：在地面上(相对于地球)使卫星具有的初速度．三种宇宙速度都是指发射速度．(2)运行速度：绕地球做匀速圆周运动的稳定速度．不同高度处的人造卫星在圆轨道上的运行速度v＝，其大小随半径的增大而减小．但是，由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大．地球的第一宇宙速度v＝7.9 km/s，既是发射速度，也是环绕速度(运行速度)．因为这样的卫星绕地球表面做圆周运动，不需要克服地球引力而减小速度．总之，发射速度越大，运行速度越小．3．同步卫星、近地卫星及赤道上物体的区别(1)同步卫星：绕地球匀速圆周运动的周期、角速度跟地球自转周期、角速度相同，T＝24小时，且圆轨道平面跟赤道平面重合，即静止在赤道正上方．万有引力为它提供向心力，其向心加速度等于轨道处的重力加速度，比地面处的重力加速度小的多．(2)近地卫星可看做绕地球表面运行的卫星：近地卫星由于离开了地球，它只受到一个万有引力的作用，万有引力全部充当向心力，其向心加速度近似等于地面上的重力加速度，即a＝g.近地卫星的线速度为第一宇宙速度7.9 km/s，远大于地面赤道上物体的速度．其运行周期约为84 min，远小于地球同步卫星的周期．(3)赤道上随地球自转的物体：放在赤道上的物体随地球自转时受两个力的作用，一个是地球对物体的万有引力，另一个是地面对物体的支持力．这两个力的合力提供了物体做圆周运动的向心力，即G－FN＝mω2R0.这里FN＝mg.物体的向心加速度a＝ω2R0≈0.034 m/s2，这远远小于地面上物体的重力加速度g＝9.8 m/s2，因此在近似计算中常忽略地球自转影响，而认为物体的重力与物体受到的万有引力相等(这在前面已经提到过)．但在研究它随地球的自转而做匀速圆周运动时