4.2 万有引力定律的应用（2）—山东省济南外国语学校鲁科版高中物理必修二学案

物理新鲁科版必修二第4章导学案003 第2节 万有引力定律的应用(2) 【学习目标】 1．理解和掌握同步卫星的特点，熟练解决相关问题。 2．知道人造卫星的变轨问题。 3．理解双星的结构和特征，会解决相关问题 【学习重点】 同步卫星的问题 【学习难点】 卫星的变轨和双星问题 【学习过程】 一、同步卫星 同步卫星是指相对地球“静止不动”的卫星。 同步卫星的六个“一定”： 轨道平面一定 轨道平面与赤道平面重合 高度一定 距离地心的距离一定，h=4.225×104 km；距离地面的高度为3.6×104 km 环绕速度一定 v=3.08 km/s，环绕方向与地球自转方向相同 角速度一定 周期一定 与地球自转周期相同，常取T=24 h 向心加速度一定 a=0.23 m/s2 二、赤道上的物体与同步卫星以及近地卫星的运动规律 1．地球赤道上的物体，静止在地面上与地球相对静止，随地球的自转绕地轴做匀速圆周运动。地球赤道上的物体受到地球的万有引力，其中的一个分力提供物体随地球自转做圆周运动的向心力，产生向心加速度a，另一个分力为重力，有G–mg=ma（其中R为地球半径）。 2．近地卫星的轨道高度约等于地球的半径，其所受万有引力完全提供卫星做圆周运动的向心力，即G=ma。 3．同步卫星与赤道上的物体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。 4．区别： （1）同步卫星与地球赤道上的物体的周期都等于地球自转的周期，而不等于近地卫星的周期。 （2）近地卫星与地球赤道上的物体的运动半径都等于地球的半径，而不等于同步卫星运动的半径。 （3）三者的线速度各不相同。 三、卫星变轨问题的分析 1．当卫星由于某种原因速度突然改变时（开启或关闭发动机或空气阻力作用），万有引力不再等于向心力，卫星将变轨运行： （1）当卫星的速度突然增加时，，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时，由可知其运行速度比原轨道时减小。 （2）当卫星的速度突然减小时，，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由可知其运行速度比原轨道时增大。 卫星的发射和回收就是利用这一原理。 2．处理卫星变轨问题