1、高三物理專題人造衛星、宇宙飛船運行特點分析及應用 飛船、衛星運行問題與物理知識（如萬有引力定律、勻速圓周運動、牛頓運動定律等）及地理知識有十分密切的相關性，是新高考突出學科內及跨學科間綜合創新能力考查的命題熱點，也是考生備考應試的難點，特別是今年10月神州六號飛船再次實現載人航天飛行試驗以來，明年高考有很大可能考察“神六”問題。 衛星、飛船的問題貼近科技前沿，且蘊含豐富的中學物理知識，以此為背景的高考命題立意高、情景新、綜合性強，對考生的理解能力、綜合分析能力、信息提煉處理能力及空間想象能力提出了極高的要求，亦是考生備考應試的難點.考生應試失誤的原因主要表現在：（1）對衛星和飛船運行的過程及遵

2、循的規律認識不清，理解不透，難以建立清晰的物理情景.（2）對衛星和飛船運行中力與運動量之間，能量轉化間的關系難以明晰，對諸多公式含義模糊不清.一、衛星的運行及規律 一般情況下運行的衛星，其所受萬有引力不是剛好提供向心力，此時，衛星的運行速率及軌道半徑就要發生變化，萬有引力做功，我們將其稱為不穩定運行即變軌運動；而當它所受萬有引力剛好提供向心力時，它的運行速率就不再發生變化，軌道半徑確定不變，從而做勻速圓周運動，我們稱為穩定運行. 對于穩定運行狀態的衛星， 運行速率不變； 軌道半徑不變； 萬有引力提供向心力，即GMm/r2=mv2/r成立. 其運行速度與其運行軌道處于一一對應關系，即每一軌道都有

3、一確定速度相對應.而不穩定運行的衛星則不具備上述關系，其運行速率和軌道半徑都在發生著變化。 二、同步衛星的四定 地球同步衛星是相對地球表面靜止的穩定運行衛星. 1.地球同步衛星的軌道平面唯一確定：非同步人造地球衛星其軌道平面可與地軸有任意夾角，而同步衛星一定位于赤道的正上方，不可能在與赤道平行的其他平面上. 2.地球同步衛星的周期唯一確定：地球同步衛星的運轉周期與地球自轉周期相同. 3. 地球同步衛星的軌道半徑確定：據牛頓第二定律有GMm/r2=m02r，得r= ，0與地球自轉角速度相同，所以地球同步衛星的軌道半徑為r=4.24104 km.其離地面高度也是一定的. 4. 地球同步衛星的線速度

4、為定值：地球同步衛星的線速度大小為v = 0r =3.08103 m/s，為定值，繞行方向與地球自轉方向相同. 典型例題一 我國在近幾年內，發射了多顆地球同步通訊衛星，若用m表示地球同步通信衛星的質量、h表示衛星離地面的高度、M表示地球的質量、R0表示地球的半徑、g0表示地球表面處的重力加速度、T0表示地球自轉的周期、0表示地球自轉的角速度，則：（1）地球同步通訊衛星的軌道有什么特點？在同步的軌道上均勻分布三顆通信衛星，能否實現全球的通訊，為什么？ 答案： 、同步衛星的軌道平面必須與地球的赤道的平面重合，這是衛星運動實現的必要的條件，同步衛星發射后并不是直接進入同步軌道的，而是要先進入近地的停

5、泊軌道再進入轉移軌道，最后再經過一系列的調整進入同步軌道。同步衛星的軌道平面雖然要與地球的赤道的平面重合，但發射并不一定要在赤道上發射。 、不能，設地球為球體，從衛星處作與地球相切的兩條直線，因為同步衛星的高度不是無限大，所以著兩根切線總不能過地球的南北的極點M、N。由此可見，不管在同步軌道上發射多小衛星，都不能覆蓋全球。 （2）地球同步通信衛星的環繞速度v為：A.0（R0+h） B. C. D. 答案：A、B、C、D均正確 （2）答案：設地球同步衛星離地心的高度為r, 則r=R0+h則環繞速度為： v =0r =0（R0+h） 同步衛星圓周運動由萬有引力提供向心力：即G得v =又有G=m02

6、, 所以 r =則v=0r =0=（2）地球同步通信衛星的環繞速度v為：A.0（R0+h） B. C. D. 答案：A、B、C、D均正確 （3）地球同步通信衛星所受的地球對它的萬有引力 F 的大小為： A .m B . m20（R0+h） C .m D .m 答案：A、B、C、D均正確 （3）答案：地球對同步衛星的萬有引力大小來提供向心力：在地面上時有 mg0= 得出，GM= g0R02=m02（R0+h），所以R0+h =F向=m02（R0+h）=m02F向=m02（R0+h）=m （3）地球同步通信衛星所受的地球對它的萬有引力 F 的大小為： A .m B . m20（R0+h） C .m

7、 D .m 答案：A、B、C、D均正確 （4）地球同步通信衛星離地面的高度h為A .因地球同步通信衛星和地球自轉同步， 則衛星離地面的高度就被確定。B -R0 C -R0D 地球同步通信衛星的角速度雖已確定，但衛星離地面的高度可以選擇.高度增加，環繞速度增大，高度降低，環繞速度減小，仍能同步。答案：A、B、C正確 （5）2000年1月26日我國發射了一顆同步衛星,其定點位置與東徑98的經線在同一平面內,若把甘肅省嘉裕關處的經度和緯度近似取為東徑98和北緯=40,已知地球半徑R,地球自轉周期T,地球表面重力加速度g(視為常量)和光速c.試求該同步衛星發射的微波信號傳到嘉裕關處的接收站所需的時間(

8、要求用題給的已知量的符號表示). 答案：t= （5）解析：設嘉裕關到同步衛星的距離為L，如圖所示，由余弦定理得： 所求時間為又同步衛星到地球球心距離為r 則 由以上各式得 神州六號飛船的運行特點一、飛船圍繞地球運動時，其受力特點和運行規律和衛星的規律相同。二、飛船發射和返回過程具有自己相對獨立的特點，可以通過實際圖片以及模擬圖片來了解飛船的運行過程。 聚焦“神州六號”飛天紀實圖片。 典型例題二 2005年10月12日9時整，我國自行研制的“神舟六號”載人飛船順利升空，飛行115小時32分繞地球73圈于17日4時33分在內蒙古主著陸場成功著陸，返回艙完好無損，宇航員費俊龍、聶海勝自主出艙，“神舟

9、六號”載人航天飛行圓滿成功。飛船升空后，首先沿橢圓軌道運行，其近地點約為200公里，遠地點約為347公里。 在繞地球飛行四圈后，地面發出指令，使飛船上的發動機在飛船到達遠地點時自動點火，實施變軌，提高了飛船的速度。使得飛船在距地面340公里的圓軌道上飛行。(一)、求在圓軌道上飛船的飛行速度v和 運行周期T（已知g0、R0）。 答案：1、G又 r = R0+h 所以 v=2、T = (二)、若已知飛船的質量為M，飛船在Q點時通過發動機向后噴出一定質量氣體使飛船速度增加而進入圓軌道，這時的運動速度大小v2 ，設噴出的氣體的速度為u，質量為m，求：飛船在橢圓軌道上經Q點的速度v1及橢圓軌道Q點處的重

10、力加速度。地球PQ解析：由動量守恒得 Mv1=（Mm）v2mu，得出：v1=（Mm）v2mu/M，因為在Q點上的重力加速度由萬有引力提供，則有：得出 (三)、飛船在圓軌道上運行時，需要進行多次軌道維持。軌道維持就是通過控制飛船上的發動機的點火時間和推力，使飛船能保持在同一軌道上穩定運行。如果不進行軌道維持，飛船的軌道高度就會逐漸降低，在這種情況下，飛船的動能、重力勢能和機械能變化的關系應該是 ( )A動能、重力勢能和機械能逐漸減小B重力勢能逐漸減小，動能逐漸增大， 機械能不變 C重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小， 機械能不變 D重力勢能逐漸減小，動能逐漸增大， 機械能逐漸減小 答案：D 正確 (四)、飛船繞地球飛行73圈后于16日9時57分收到返回信號，5時58分發動機制動點火，假設點火通過噴氣使飛船做減速運動，飛船應向什么方向噴氣? 答案：飛船應該向前進的方向噴氣，減少這一時刻的瞬時速度，使萬有引力大于所需要的向心力，飛船開始做近心運動，實施返回計劃。 (五)、飛船在豎直向上發射升空階段、進入軌道繞地球做勻速圓周運動階段和返回地球豎直向下加速下降階段