由于人造衛(wèi)星,、宇宙飛船、航天飛機的問世,，使人們不斷地探索宇宙,，為開發(fā)宇宙新能源而努力，是當今世界先進的科學領域,，近幾年針對人造衛(wèi)星問題考查的頻率較高,，衛(wèi)星問題與現代科技結合密切，出應用型試題,，結合實際,，正是今后高考的命題趨勢。現就衛(wèi)星問題盤點如下,，供同學們學習參考,。

　　一、衛(wèi)星的原理

　　當地球與物體之間的萬有引力恰好提供物體圍繞地球做勻速圓周運動的向心力時,，物體就會圍繞地球永遠運動下去,，就成了地球的人造衛(wèi)星。

　　二,、衛(wèi)星軌道

　　衛(wèi)星運動時,，地球對其萬有引力提供向心力，所以衛(wèi)星的軌道平面必過地球球心,。其可能軌道分別如圖1,、2、3所示．但衛(wèi)星不可能位于某一緯度平面上,，如圖4所示,，原因是衛(wèi)星僅受一個萬有引力作用,，這個萬有引力將分解成垂直地軸的向心力和指向赤道面的分力,，由牛頓第二定律可知，衛(wèi)星將會在該方向上加速而脫離緯度平面,。由于地球的自轉,，圖2所示衛(wèi)星軌道平面不可能總和某一經線圈所在平面重合。

　　三,、人造衛(wèi)星的線速度,、角速度、周期與軌道半徑的關系

　　（1）運動速度：由得,，即半徑越大,，線速度越小。

　?。?span>2）角速度：由得,，即半徑越大，角速度越小,。

　?。?span>3）周期：由得，即半徑越大,，周期越長,。

　　（4）向心加速度：得,，即半徑越大,，向心加速度越小。也為該處的重力加速度,。

　　從以上各式可以看出：人造地球衛(wèi)星的周期,、線速度、角速度與它所在的軌道相對應,，與衛(wèi)星本身的質量無關,，即同一軌道上的衛(wèi)星具有相同的周期、線速度,、角速度及加速度,。

　　四、同步地球衛(wèi)星（通訊衛(wèi)星）

　?。?span>1）所謂的同步地球衛(wèi)星就是相對地球靜止的和地球具有相同周期的衛(wèi)星,，T=24小時。

　?。?span>2）同步地球衛(wèi)星必位于赤道的上方,，相對地面的高度為定值，與地球的自轉方向相同,。

　　五,、宇宙速度

　　（1）由知,，當衛(wèi)星繞地球近表上空運行時,，半徑最小，運行速度最大,，稱為第一宇宙速度,，其大小為,。若衛(wèi)星的發(fā)射速度小于第一宇宙速度，則衛(wèi)星所受萬有引力大于衛(wèi)星所需向心力而使衛(wèi)星落回地球,。因此,，發(fā)射衛(wèi)星的最小速度不能小于第一宇宙速度，所以說第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度,，是衛(wèi)星運行的最大環(huán)繞速度,。這里的規(guī)律同樣適用于其它星體。

　?。?span>2）衛(wèi)星能掙脫地球引力的速度,，稱為第二宇宙速度（脫離速度），其大小為,。

　?。?span>3）衛(wèi)星能掙脫太陽引力的速度，稱為第三宇宙速度（逃逸速度）,，其大小為,。

　　六、衛(wèi)星的發(fā)射,、回收和對接

　?。?span>1）衛(wèi)星的發(fā)射速度要求大于或等于，小于,。

　　衛(wèi)星的高度越高,，要求發(fā)射的速度就要越大，在上升過程機械能守恒,，動能轉化成勢能,，速度逐漸減小，到達該軌道的速度都要比低軌道的速度小,，同一衛(wèi)星所在處的軌道越高,，機械能越大。

　?。?span>2）發(fā)射同步衛(wèi)星一般采用變軌發(fā)射的方法

　　首先利用第一級火箭將衛(wèi)星送到180—200km的高空,，繞地球做勻速圓周運動，該軌道為停泊軌道A,。當到達赤道上空時,，第二、三級火箭點火,，此時衛(wèi)星的速度增加,，萬有引力不足以提供向心力而發(fā)生離心運動,，進入赤道平面內的橢圓軌道B,。當衛(wèi)星到達最遠點時,，恰好到達同步軌道c，由于克服地球引力做功速度減小,，萬有引力大于所需的向心力,，因而要在該處啟動衛(wèi)星發(fā)動機，提高衛(wèi)星的速度,，使萬有引力恰好提供向心力,，衛(wèi)星就停留在同步軌道c上，如圖５所示,。

　?。?span>3）衛(wèi)星的對接和回收

　　衛(wèi)星對接：由于衛(wèi)星的運動僅有萬有引力控制，同軌道衛(wèi)星速率相同,，加速則發(fā)生離心而高于本軌道,，因而要求從低軌道上加速才能實現對接。

　　衛(wèi)星的回收：衛(wèi)星在圓軌道上正常運行時,，萬有引力恰好提供向心力,，要想回收則必需產生一個指向地心的加速度。因而只有先將衛(wèi)星減速后,，萬有引力提供向心力后還可以產生一個指向地心的加速度,，回收過程中由于重力做功，速度不斷增大（可見減速是瞬時的,，最終速度增加）,，角速度增加，周期減小,，加速度越來越大,。

　　七、典例分析

　　例1　地球赤道上有一物體隨地球一起自轉做圓周運動,，所受的向心力為,，向心加速度為，線速度為,，角速度為,；繞地球表面附近做圓周運動的人造衛(wèi)星（高度可忽略）所受的向心力為，向心加速度為,，線速度為,，角速度為；地球同步衛(wèi)星所受的向心力為,，向心加速度為,，線速度為，角速度為,；地球表面重力加速度為g,，第一宇宙速度為,，假設三者質量相等，則（    ）

　　A．   　　　　

　　B．

　　C．　　

　　D． 

　　解析：對在赤道隨地球自轉的物體有,，對近地衛(wèi)星有,。對同步衛(wèi)星有，由于同步衛(wèi)星軌道半徑大,，有,。又由于赤道物體與同步衛(wèi)星具有相同角速度，所以,；由牛頓第二定律可知,；因為是同步衛(wèi)星，所以有,，又因為衛(wèi)星運行軌道越高而動行速度越慢,，所以；因為,，,，所以，又因為衛(wèi)星運行軌道越高而運行速度越慢,，所以,，則有。綜上所述,，答案為D,。

　　例2　自1964年8月美國成功發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星以來，同步衛(wèi)星給人們的生活帶來很大的方便,。例如,，打開電視，我們就可以收看到很多經同步衛(wèi)星傳送的節(jié)目,。衛(wèi)星直播已成為日常用語,。同步衛(wèi)星所在的軌道稱為同步軌道．若已知地球表面的重力加速度為g。地球半徑為R,，地球自轉周期為T,，試回答以下問題：

　　（1）為了使同步軌道上的衛(wèi)星互不影響,，每兩顆星之間要間隔100km,，則同步軌道上最多能同時存在多少顆同步衛(wèi)星？

　?。?span>2）世界上有很多發(fā)射同步衛(wèi)星的航天發(fā)射場均盡可能建在靠近赤道的地方,，這樣有何優(yōu)點？

　　解析：（1）在地面附近,，重力近似等于萬有引力,，故

　　設同步衛(wèi)星軌道半徑為r,，因同步衛(wèi)星周期與地球自轉周期相同，故

　　解得

　　所以可以同時存在的衛(wèi)星數目個

　?。?span>2）越靠近赤道的地方，物體隨地球自轉的線速度越大,，初動能越大,，越有利于減少發(fā)射時所消耗的能量（或同步軌道在赤道平面內，越靠近赤道,，越有利于減少發(fā)射難度）,。

　　例3　一顆在赤道上空運行的人造衛(wèi)星，其軌道半徑r=2R（R為地球半徑）,，衛(wèi)星的運動方向與地球自轉方向相同,。已知地球自轉的角速度為，地球表面處的重力加速度為g,。

　?。?span>1）求人造衛(wèi)星繞地球轉動的角速度。

　?。?span>2）若某時刻衛(wèi)星通過赤道上某建筑物的正上方,，求它至少經過多長時間再次通過該建筑物的正上方。

　　解析：（1）地球對衛(wèi)星的萬有引力提供其做圓周運動的向心力,，則有

　　地球表面附近的重力加速度

　　把r=2R代入,，解方程可得

　　（2）衛(wèi)星下次通過該建筑物正上方時,，衛(wèi)星比地球多轉弧度,，所需時間