2课赤道上的物体近地卫星同步卫星.docx
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2课赤道上的物体近地卫星同步卫星
指导课教课设计纲要
教师:
学生:
年级:
授课时间:
年月日
一.指导重点:
同步卫星、近地卫星与赤道物体的异同
二.教课目的:
娴熟掌握三者的异同点
合同课次
三.教课目的:
aνωΤr
本讲第
次
四.知识点和考点剖析:
三者异同和同步卫星特色
节余
次
辅
导
过
程
教法设计及
时间分派
同步卫星、近地卫星与赤道物体的异同
一、同步卫星、近地卫星与赤道物体的同样点
1.三者都在绕地轴做匀速圆周运动,向心力都与地球的万有引力相关;
2.同步卫星与赤道上物体的运行周期同样:
T=24h;
3.近地卫星与赤道上物体的运行轨道半径同样:
r=R0(R0为地球半径)。
二、同步卫星、近地卫星与赤道物体的不一样点
1、轨道半径不一样:
如下图,同步卫星的轨道半径
r同=R0+h,h为同步卫星离地面的高度,大概为
36000千米,近地卫星与赤道物体的轨道半径近似
R0
R同
R近
同样,都是R0,半径大小关系为:
r同
r近
r赤;
h
2、向心力不一样:
同步卫星和近地卫星绕地球运行的向心力
完整由
地球对它们的万有引力来供给,赤道物体的向心力由万有引力的一个分力来供给,万
有引力的另一个分力供给赤道物体的重力。
GMm
ma得:
a
GM
r近,所以:
3、向心加快度不一样:
由
r2
,又r同
r2
a同
a近;由mr4
2
4
2
r,又r同
r赤,所以:
ma得:
a
T
2
T2
a同a赤;向心加快度的大小关系为:
a近a同a赤;
4
4、周期不同:
近地卫星的周期由mgmR0T
2
2得:
R0
84min;同步卫星和赤道物体的周期都为
24h,周期的大小
T2
g
关系为:
T同
T赤
T近;
Mm
2
GM
,又r同
r近,所以:
5、线速度不一样:
由
G
r2
mr
得:
r
2
r
r赤得:
同
近;由
T
和r同
同
赤,故线速度的大
小关系为:
近
同
赤;
6、角速度不一样:
由
G
Mm
mr
2
GM
,又r同
r近,所以:
r
2
得:
r
3
同
近;由T同
T赤得:
同
赤,进而角速度的大小关系为:
同
赤
赤;
注意:
比较三者的向心加快度、线速度、角速度的大小时必定要划分清楚赤道
GM
物体的,因为它的向心力不是万有引力的全部,所以不能由a
2
、
r
GM
GM
、
r3
比较赤道物体的向心加快度、线速度、角速度的大
r
小。
7.地球同步卫星
相关于地面静止且与地球自转拥有同样周期的卫星叫地球同步卫星,又叫通信卫星。
同步卫星有以下几个特色:
(1)同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。
(2)同步卫星的运行周期与地球自转周期同样,且
(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
(4)要与地球同步,卫星的轨道平面一定与赤道平面平行,又因为向心力是万有引力供给的,万有引力一定在轨道平面上,所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上,即所有的同步卫星都在赤道的正上方,不行能定点在我国某地上空。
(5)同步卫星高度固定不变。
所有同步卫星的周期T、轨道半径r、围绕速度v、角速度及向心加快度a的大
小均同样。
8.两种加快度——卫星的向心加快度和随处球自转的向心加快度的比较
卫星的向心加快度
物体随处球自转的向心加快度
产生
万有引力
万有引力的一个分力
(另一分力为重力)
方向
指向地心
垂直指向地轴
a
2
为地面上某点到地
大小
ag
/
GM
地球r,此中r
r2a(地面邻近a近似为g)
轴的距离
变化
随物体到地心距离r的增大而减小
从赤道到两极渐渐减小
【典型例题】
1人造近地卫星和地球同步卫星,以下几种说法正确的选项是
A.近地卫星能够在经过北京地理纬度圈所决定的平面上做匀速圆周运动
B.近地卫星能够在与地球赤道平面有必定倾角且经过北京上空的平面上运行
C.近地卫星或地球同步卫星上的物体,因“完整失重”,它的重力加快度为零
D.地球同步卫星能够在地球赤道平面上的不一样高度运行
2.地球赤道上有一物体随处球的自转而做圆周运动,所受的向心力为,向心加快度
为,线速度为,角速度为,绕地球表面邻近做圆周运动的人造卫星(高度忽视)
所受的向心力为,向心加快度为,线速度为,角速度为;地球同步卫星所受
的向心力为,向心加快度为,线速度为,角速度为;地球表面重力加快度为
第一宇宙速度为,假定三者质量相等,则
,
A.
B.
C.
D.
3.A、B为两颗地球卫星,已知它们的运动周期之比为
,则
A、B两卫星的轨
道半径之比和运动速率之比分别为
A.
,
B.
,
C.
,
D.
,
4.位于赤道面上的一颗人造地球卫星绕地球运行,夜晚在赤道上的某人发现卫星位于自己
的正上方相对地面运动,次日夜晚同一时辰又发现此卫星出此刻自己的正上方,已知地
球自转角速度为,地表处重力加快度为,地球半径为,则对此卫星以下阐述正确
的是
A.必定是同步卫星
B.可能是同步卫星
C.此卫星距地面的高度可能是
D.此卫星距地面的高度可能是
5.(2010全国理综2)已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。
若某行星的均匀密度为地球均匀密度的一半,它的同步卫星距其表面的高度是
其半径的倍,则该行星的自转周期约为
A.6小时B.12小时C.24小时D.36小时
6:
土星四周有很多大小不等的岩石颗粒,其绕土星的运动可视为圆周运动,此中两个岩
石颗粒A和B与土星中心的距离分别为
和
,忽视所有岩
石颗粒间的互相作用。
(结果可用根式表示)
(1)求岩石颗粒A和B的线速度之比;
(2)求岩石颗粒A和B的周期之比;
(3)土星探测器上有一物体,在地球上重力为10N,计算出它在距土星中心
处遇到土星的引力为,已知地球半径为,请估量土星质量是地球
质量的多少倍
7:
如图
(1)所示,地球上空有人造地球同步通信卫星,它们向地球发射微波,但不论同
步卫星数量增到多少个,地球表面上总有一部分面积不可以直接收到它们发射来的微波,问
这个面积S与地球面积之比起码有多大结果要求保存两位有效数字,已知地球半径
。
半径为R,高为h的球缺的表面积为,球面积为。
(1)
(2)
作业
1.(单项选择)北京时间2012年4月16日天文喜好者迎来了土星冲日的漂亮天象,
赏析到了漂亮的“指环王”.土星是夜空最漂亮的星球之一,它是肉眼易见的大
行星中离地球最远的,在望远镜中,其外形像一顶凉帽,被誉为“指环王”.土
星冲日是指土星和太阳正好分处地球双侧,三者几乎成一条直线,此时土星与
地球距离近来,亮度也最高,是观察的最正确机遇.冲日前后,太阳刚从西方落
下,土星便由东方升起,直到天亮由西方落下,彻夜可见,是一年中观察土星
最好的机遇.该天象大概每378天发生一次,基本上是一年一度.已知土星和
地球绕太阳公转的方向同样,则().
图9
A.土星公转的速率比地球大
B.土星公转的向心加快度比地球大
C.土星公转的周期约为×104天
D.若是土星适量加快,有可能与地球实现对接
2.(多项选择)将月球、地球同步卫星和静止在地球赤道上的物体三者进行比较,下
列说法正确的选项是().
A.三者都只受万有引力的作用,万有引力都供给向心力
B.月球的向心加快度小于地球同步卫星的向心加快度
C.地球同步卫星的角速度与静止在地球赤道上的物体的角速度同样
D.地球同步卫星相对地心的线速度与静止在地球赤道上的物体相对地心的
线速度大小相等
3.(多项选择)如图3所示,地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星
q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动.设
e、p、q的圆周运动速率分别
为v1、v2、v3,向心加快度分别为
a1、a2、a3,则
().
图3
A.v>v>v
B.v 2 1 2 3 1 3 C.a>a>a D.a 2 1 2 3 1 3 4.(多项选择)同步卫星离地心距离为r,运行速度为v1,加快度为a1,地球赤道上 的物体随处球自转的加快度为a2,第一宇宙速度为v2,地球半径为R,则以 下正确的选项是 (). r 1 r 2 = B. a = R R 2 a = r D. v1 = r - 1 R 2 R 2 v 5.(单项选择)有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在地球赤道上随处球表面 一同转动, b 处于地面邻近的近地轨道上正常运动, c是地球同步卫星, d 是高空探测卫星,各卫星摆列地点如图 4所示,则有 ( ). 图 4 A.a的向心加快度等于重力加快度g B.b在同样时间内转过的弧长最长 π C.c在4h内转过的圆心角是6 D.d的运动周期有可能是20小时 练习题答案 1.B[做匀速圆周运动的必备条件之一是所受的协力一定指向圆心,人造卫星只遇到地球对卫星的万有引力作用,力的方向指向地心,其实不是指向纬度平面与地轴订交的轴心上,所以A选项错。 选项B所述的卫星具备上述条件,能够用适合的速度发射成功此类卫星。 关于选项C“完整失重”是一种物理现象,表现为物体对支持物(如磅秤)的压力(或对悬挂物的拉力)为零,不可以按字面直译为失掉重力,假如重力仅指物体所受地球吸引的力 , 因为人造卫星仍受地球引力作用,那么其重力加快度 力加快度就是做圆周运动的向心加快度,所以选项C错误。 关于选项 星的运行周期需和地球自转周期同样,地球质量是确立值,其轨道半径 ,此现象中重 D,因为地球同步卫 r、周期T和地球 质量M有定量的关系: ,所以轨道半径r是确立值,所以选项D错误。 ] 2.答案: D 3.D[卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力供给,由万有引力定律和牛顿定律,有 ,所以。 由题给条件 得。 依据卫星轨道是圆周,万有引力所有供给向心力,卫星一定是匀速圆周运动。 故有,所以,得 。 ] 4.C[此卫星必定不是同步卫星,它的角速度设为 ,则有 ,由 和 5【分析】设地球半径为 ,得,故高度 R1,某行星的半径为R2,则地球的同步卫星的周期为 (n=2,3)。 ] T1=24小时, 轨道半径为r1=7R1,密度ρ1。 某行星的同步卫星周期为 T2,轨道半径为r2=,密度ρ2=ρ1/2。 地球质量M11 4 13,某行星的质量M2 2 4 23,依据牛顿第二定律和万有引力定律 =ρ·πR =ρ·πR 3 3 4 3 4 3 Gm1 13 R1 2 2 Gm2 23 R2 2 2 分别有 2 m1(T1 )r1 r22 m2(T2 )r2 r1 , 两式化简得T=T/2=12小时,选项B正确。 2 1 6.分析: (1)设土星质量为 ,颗粒质量为 m,颗粒距土星中心距离为 r,线速度为v。 由,得,关于A、B两颗粒分别有 和,得。 (2)设颗粒绕土星做圆周运动的周期为T,则 ,对A、B两颗粒有和, 得。 (3)设地球质量为M,地球半径为R,地球上物体的重力可视为万有引力,探测器 上物体质量为,在地球表面重力为,距土星中心处的引力为, 则由万有引力定律有 与, 代入数值得(倍)。 答案: (1) (2)(3)95。 7.分析: 如图 (2)所示,因为同步卫星老是在赤道的上空,其高度也是必定的,由它 画一条到地球表面的切线,可见两极四周的地区内就收不到微波通信,以m、M分别表示 卫星和地球的质量,r表示卫星到地心的距离,T表示地球的自转周期,则有 ,,g。 得 以S表示某个极四周接收不到微波地区的面积,则 , 地球面积。 而地球有两个极,因此接收不到微波的面积与地球表面积 之比为: 代入数值得 。 答案: 作业答案 Mm v2 1.分析 依据Gr2 =mr可得,半径r越大,线速度越小,A错误;由ma Mm 可得,半径r越大,向心加快度越小,B错误;若土星加快,则半径 =G r 2 2π2π 变大,不行能与地球实现对接,D错误;由T-Tt=2π,此中T1=365 12 天,t=378天,剖析可知只有C正确. 2分析 静止在地球赤道上的物体不单受万有引力作用,还受地面的支持 GMm 力作用,A错误;由R2=ma可得 GM a=R2,因月球绕地球运行的轨道半径 大于地球同步卫星的轨道半径,故月球的向心加快度小于地球同步卫星的向心加快度,B正确;地球同步卫星绕地球运行的周期与静止在地球赤道上物体的周期同样,所以角速度同样,C正确;由v=ωR可知,D错误. 3分析 由题意可知: 山丘与同步卫星角速度、周期同样,由v=ωr,a=ω2r 可知v1 3、1 3;对同步卫星和近地资源卫星来说,知足 v = GM、a
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- 赤道 物体 卫星 同步卫星