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高中物理:三大宇宙速度含義解釋

 宏宇賓123 2018-11-29
宇宙速度及其意義

(1)三個宇宙速度的值分別為

第一宇宙速度(又叫最小發(fā)射速度、最大環(huán)繞速度、近地環(huán)繞速度):

物體圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需要的最小發(fā)射速度,又稱環(huán)繞速度,其值為:


第一宇宙速度的計算:

方法一:地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力就是衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力.

G=m,v=。當(dāng)h↑,v↓,所以在地球表面附近衛(wèi)星的速度是它運(yùn)行的最大速度。其大小為r>>h(地面附近)時,=7.9×103m/s


方法二:在地面附近物體的重力近似地等于地球?qū)ξ矬w的萬有引力,重力就是衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力.

.當(dāng)r>>h時.gh≈g

所以v1=7.9×103m/s


第二宇宙速度(脫離速度):

如果衛(wèi)生的速大于而小于,衛(wèi)星將做橢圓運(yùn)動。當(dāng)衛(wèi)星的速度等于或大于的時候,物體就可以掙脫地球引力的束縛,成為繞太陽運(yùn)動的人造行星,或飛到其它行星上去,把叫做第二宇宙速度,第二宇宙速度是掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度。


第三宇宙速度:物體掙脫太陽系而飛向太陽系以外的宇宙空間所需要的最小發(fā)射速度,又稱逃逸速度,其值為:


(2)當(dāng)發(fā)射速度v與宇宙速度分別有如下關(guān)系時,被發(fā)射物體的運(yùn)動情況將有所不同

①當(dāng)vv1時,被發(fā)射物體最終仍將落回地面;

②當(dāng)v1vv2時,被發(fā)射物體將環(huán)繞地球運(yùn)動,成為地球衛(wèi)星;

③當(dāng)v2vv3時,被發(fā)射物體將脫離地球束縛,成為環(huán)繞太陽運(yùn)動的“人造行星”;

④當(dāng)vv3時,被發(fā)射物體將從太陽系中逃逸。


5.同步衛(wèi)星(所有的通迅衛(wèi)星都為同步衛(wèi)星)

⑴同步衛(wèi)星?!巴健钡暮x就是和地球保持相對靜止(又叫靜止軌道衛(wèi)星),所以其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期,既T=24h,


⑵特點

(1)地球同步衛(wèi)星的軌道平面,非同步人造地球衛(wèi)星其軌道平面可與地軸有任意夾角,而同步衛(wèi)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。


這是因為:不是赤道上方的某一軌道上跟著地球的自轉(zhuǎn)同步地作勻速圓運(yùn)動,衛(wèi)星的向心力為地球?qū)λΦ囊粋€分力F1,而另一個分力F2的作用將使其運(yùn)行軌道靠赤道,故此,只有在赤道上空,同步衛(wèi)星才可能在穩(wěn)定的軌道上運(yùn)行。

(2)地球同步衛(wèi)星的周期:地球同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同。

(3)同步衛(wèi)星必位于赤道上方h處,且h是一定的.

故 

(4)地球同步衛(wèi)星的線速度:環(huán)繞速度

(5)運(yùn)行方向一定自西向東運(yùn)行


人造天體在運(yùn)動過程中的能量關(guān)系

當(dāng)人造天體具有較大的動能時,它將上升到較高的軌道運(yùn)動,而在較高軌道上運(yùn)動的人造天體卻具有較小的動能。反之,如果人造天體在運(yùn)動中動能減小,它的軌道半徑將減小,在這一過程中,因引力對其做正功,故導(dǎo)致其動能將增大。


同樣質(zhì)量的衛(wèi)星在不同高度軌道上的機(jī)械能不同。其中衛(wèi)星的動能為,由于重力加速度g隨高度增大而減小,所以重力勢能不能再用Ek=mgh計算,而要用到公式(以無窮遠(yuǎn)處引力勢能為零,M為地球質(zhì)量,m為衛(wèi)星質(zhì)量,r為衛(wèi)星軌道半徑。由于從無窮遠(yuǎn)向地球移動過程中萬有引力做正功,所以系統(tǒng)勢能減小,為負(fù)。)因此機(jī)械能為。同樣質(zhì)量的衛(wèi)星,軌道半徑越大,即離地面越高,衛(wèi)星具有的機(jī)械能越大,發(fā)射越困難。

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