卫星问题分析4(高中物理10大难点突破).docVIP

卫星问题分析4(高中物理10大难点突破) 8、必须区别“赤道物体”与“同步卫星”以及“近地卫星”的运动规律不同 地球同步卫星运行在赤道上空的“天上”,与地球保持相对静止，总是位于赤道的正上空，其轨道叫地球静止轨道．通信卫星、广播卫星、气象卫星、预警卫星等采用这样的轨道极为有利一颗静止卫星可以覆盖地球大约40％的面积，若在此轨道上均匀分布3颗卫星，即可实现全球通信或预警．为了卫星之间不互相千扰，大约30左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗．可见，空间位置也是一种资源。 其绕地球做匀速圆周运动所需的向心力完全由万有引力提供.即。此同步卫星与其内部的物体均处于完全失重状态。地球同步卫星具有以下特点： 轨道取向一定: 运行轨道平面与地球赤道平面共面. 运行方向一定: 运行方向一定与地球的自转方向相同. 运行周期一定: 与地球的自转周期相同,T=86400s， 位置高度一定: 所在地球赤道正上方高h=36000km处 运行速率一定: v=3.1km/s,约为第一宇宙速度的0.39倍. 运行角速度一定: 与地球自转角速度相同，ω=7.3 ×10—5rad/s。 地球同步卫星相对地面来说是静止的。 地球赤道上的物体,静止在地球赤道的”地上”与地球相对静止,随地球的自转绕地轴做匀速圆周运动.地球赤道上的物体所受地球的万有引力,其中的一个力提供随地球自转所做圆周运动的向心力,产生向心加速度，引力产生的另一效果分力为重力,有-mg=m (其中R为地球半径)。 近地卫星的轨道高度、运行速度、角速度、周期等，均与同步卫星不同，更与“赤道上的物体”不可相提并论。 “赤道上的物体”与“地球同步卫星”的相同之处是：二者具有与地球自转相同的运转周期和运转角速度,始终与地球保持相对静止状态,共同绕地轴做匀速圆周运动；“近地卫星”与“地球同步卫星”的相同之处是：二者所需要量的向心力均是完全由地球的万有引力提供。 例11：设地球半径为R,地球自转周期为T,地球同步卫星距赤道地面的高度为h,质量为m,试求此卫星处在同步轨道上运行时与处在赤道地面上静止时的：①线速度之比， ②向心加速度之比，③所需向心力之比。 【审题】 此题的求解关键在于明确地球同步卫星与地球赤道上物体的不同特点及其各自遵守的规律.必须明确一个在“天上”,一个在“地上”,其所受万有引力产生的效果不同,必须依据万有引力定律与匀速圆周运动的规律求解。 【解析】由于卫星在同步轨道运行时与处在赤道平面上静止时，具有相同的运转角速度,则可得 ① 二者的线速度之比为=。 ②二者的向心速度之比为ω2（R+h）/ω2.R=。 ③二者所需要的向心力之比mω2（R+h）/mω2.R=。 显然，由以上解答可知，此三个比值均为，又由于地球同步距地面高度为h=3。6×106m，地球半径为R=6.4×106m.故此比值为=。 【总结】运用万有引力定律解题时,必须明确地区分研究对象是静止在”地面上”的物体还是运行在轨道上(天上)的卫星？是地球的万有引力是完全提供向心力还是同时又使物体产生了重力？这一点就是此类题目的求解关键。此外，还要特别注意到同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的运行角速度和运行周期。 例12：设同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为al，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，地球半径为R，下列关系中正确的有( )。 A、= B、= C、 D、=R/r【审题】 此题的研究对象有三个：一是地球同步卫星；二是静止在赤道地面上的物体；三是与第一宇宙速度相对应的近地卫星； 题中需要解析对比的物理量有两组：一是同步卫星的向心加速度和赤道上的静止物体的自转向心加速度；二是同步卫星的运行速度和第一宇宙速度。必须明确求解卫星向心加速度的公式有多个，如，a=、a=、a=等等；求解卫星运行速度的公式也有多个，如，v =、V=、V=等等。只要明确同步卫星与赤道地面上的物体产生向心加速度的原因，区别同步卫星的运行速度与第一宇宙速度的不同，依据题中给定的已知条件，（卫星的轨道半径r和地球的半径R），再正确选择公式解答，即可得到正确答案。 【解析】 对选项A，由于同步卫星的向心加速度与赤道地面上的物体向心加速度的产生原因不同，对同步卫星是万有引力提供了向心力， 则： =m,- ---------------① 对于赤道物体： -N=m-----------------------②(式中的N是地面对物体的支持力) 此处讨论的就是地球的自转，故，≠mg, 而是= mg+m.①②显然正确，但无法用来求得的比值。 又因为，同步卫星与赤道地面上的物体具有相同的角速度，则：