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 欄目類別:知識點 >> 高中 >> 物理

人造地球衛(wèi)星

更新時間:2016/9/1 15:13:00  手機版

  人造地球衛(wèi)星:

  在地球上拋出的物體,當它的速度足夠大時,物體就永遠不會落到地面上,它將圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆人造地球衛(wèi)星,簡稱人造衛(wèi)星。

  (1)人造衛(wèi)星按運行軌道可分為低軌道衛(wèi)星、中軌道衛(wèi)星、高軌道衛(wèi)星,以及地球同步軌道衛(wèi)星、極地軌道衛(wèi)星等。

  (2)按用途人造衛(wèi)星可分為三大類:科學(xué)衛(wèi)星、技術(shù)試驗衛(wèi)星和應(yīng)用衛(wèi)星。

  人造地球衛(wèi)星:

  1、若已知人造衛(wèi)星繞地心做勻速率圓周運動的軌道半徑為r,地球的質(zhì)量為M,各物理量與軌道半徑的關(guān)系:

 、儆得衛(wèi)星運行的向心加速度為:;

  ②由得衛(wèi)星運行的線速度為:;

 、塾得衛(wèi)星運行的角速度為:

 、苡得衛(wèi)星運行的周期為:;

 、萦得衛(wèi)星運行的動能:;

  即隨著運行的軌道半徑的逐漸增大,向心加速度a、線速度v、角速度ω、動能Ek將逐漸減小,周期T將逐漸增大。

  2、用萬有引力定律求衛(wèi)星的高度:

  通過觀測衛(wèi)星的周期T和行星表面的重力加速度g及行星的半徑R可以求出衛(wèi)星的高度。

  3、近地衛(wèi)星、赤道上靜止不動的物體

 、侔言诘厍虮砻娓浇h(huán)繞地球做勻速率圓周運動的衛(wèi)星稱之為近地衛(wèi)星,它運行的軌道半徑可以認為等于地球的半徑R0,其軌道平面通過地心。若已知地球表面的重力加速度為g0,則

  由得:;

  由得:;

  由得:

  若將地球半徑R0=6.4×106m和g0=9.8m/s2代入上式,可得v=7.9×103m/s,ω=1.24×10-3rad/s,T=5074s,由于,且衛(wèi)星運行的軌道半徑 r>R0,所以所有繞地球做勻速率圓周運動的衛(wèi)星線速度v<7.9×103m/s,角速度ω<1.24×10-3rad/s,而周期T>5074s。

 、谔貏e需要指出的是,靜止在地球表面上的物體,盡管地球?qū)ξ矬w的重量也為mg,盡管物體隨地球自轉(zhuǎn)也一起轉(zhuǎn),繞地軸做勻速率圓周運動,且運行周期等于地球自轉(zhuǎn)周期,與近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星有相似之處,但它的軌道平面不一定通過地心,如圖所示。只有當緯度θ=0°,即物體在赤道上時,軌道平面才能過地心.地球?qū)ξ矬w的引力F的一個分力是使物體做勻速率圓周運動所需的向心力f=mω2r,另一個分力才是物體的重量mg,即引力F不等于物體的重量mg,只有當r=0時,即物體在兩極處,由于f=mω2r=0,F(xiàn)才等于mg。

 、鄢嗟郎想S地球自轉(zhuǎn)而做圓周運動的物體與近地衛(wèi)星的區(qū)別:

  A、赤道上物體受的萬有引力只有一小部分充當向心力,另一部分作為重力使得物體緊壓地面,而近地衛(wèi)星的引力全部充當向心力,衛(wèi)星已脫離地球;

  B、赤道上(地球上)的物體與地球保持相對靜止,而近地衛(wèi)星相對于地球而言處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

  4、衛(wèi)星的超重和失重

  “超重”是衛(wèi)星進入軌道的加速上升過程和回收時的減速下降過程,此情景與“升降機”中物體超重相同!笆е亍笔切l(wèi)星進入軌道后正常運轉(zhuǎn)時,衛(wèi)星上的物體完全“失重”(因為重力提供向心力),此時,在衛(wèi)星上的儀器,凡是制造原理與重力有關(guān)的均不能正常使用,比如水銀氣壓計、天平、密度計、電子稱、擺鐘等。

  5、衛(wèi)星變軌問題

  衛(wèi)星由低軌道運動到高軌道,要加速,加速后作離心運動,勢能增大,動能減少,到高軌道作圓周運動時速度小于低軌道上的速度。

  當以第一宇宙速度發(fā)射人造衛(wèi)星,它將圍繞地球表面做勻速圓周運動;若它發(fā)射的速度介于第一宇宙速度與第二宇宙速度之間,則它將圍繞地球做橢圓運動。有時為了讓衛(wèi)星繞地球做圓周運動,要在衛(wèi)星發(fā)射后做橢圓運動的過程中二次點火,以達到預(yù)定的圓軌道。設(shè)第一宇宙速度為v,則由第一宇宙速度的推導(dǎo)過程有。在地球表面若衛(wèi)星發(fā)射的速度v1>v,則此時衛(wèi)星受地球的萬有引力應(yīng)小于衛(wèi)星以v1繞地表做圓周運動所需的向心力,故從此時開始衛(wèi)星將做離心運動,在衛(wèi)星離地心越來越遠的同時,其速率也要不斷減小,在其橢圓軌道的遠地點處(離地心距離為R′),速率為v2(v2<v1),此時由于,衛(wèi)星從此時起做向心運動,同時速率增大,從而繞地球沿橢圓軌道做周期性的運動。如果在衛(wèi)星經(jīng)過遠地點處開動發(fā)動機使其速率突然增加到v3,使,則衛(wèi)星就可以以速率v3,以R′為半徑繞地球做勻速圓周運動。同樣的道理,在衛(wèi)星回收時,選擇恰當?shù)臅r機使做圓周運動的衛(wèi)星速率突然減小,衛(wèi)星將會沿橢圓軌道做向心運動,讓該橢圓與預(yù)定回收地點相切或相交,就能成功地回收衛(wèi)星。

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