高考中的“人造衛星”問題的應試對策

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高考復習 來源: 高中學習網


    “人造衛星”是歷年高考必考的內容,它不僅是高考中的重點、熱點、難點,同時也是廣大考生感到棘手的問題之一。
  
  因此對該熱點的內容復習要引起足夠的重視。
  
  一、萬變不離其宗,掌握一個“金字塔”
  
  人造衛星的問題涉及的關系較多,如衛星線速度同軌道半徑的關系,周期同半徑的關系,求人造衛星(天體)質量等問題。在復習時應注意到衛星的題目雖然千變萬化,但是有兩點卻是最基本的不變的關系:(1)萬有引力作為向心力。因此必須明確,只要看到有關衛星(天體)的題目,均可視其作勻速圓周運動,衛星(天體)必然受到向心力,向心力是由萬有引力提供的,即抓住公式:,進而結合向心加速度的不同表達式,推導出已知量與未知量的關系。(2)若題目告訴星球表面重力加速度,解題時要利用另一個結論:在星球表面物體受到重力與星球對星球表面物體萬有引力大小近視相等。即抓住公式:,推導出星球質量、星球半徑與星球表面加速度的關系。綜上所述:我們可用一個“金字塔”直觀地表達這兩個關系,如圖1所示。
  
  只要能將此金字塔理解,并能靈活應用,就會對這些問題迎刃而解。
  
  二、在討論衛星問題時,弄明白幾個疑點問題
  
  1.人造衛星的發射速度與環繞速度有何區別?
  
  我們知道,地球上的任何物體都要受到地球對它的萬有引力的作用,要把人造地球衛星從地面發射進入一定的軌道而繞地球運行,必須使人造衛星克服地球對它很大的萬有引力,也就是發射時必須使人造衛星具有一定的動能,即具有一定的速度,這個速度就是人造衛星的發射速度。越要使人造衛星在遠聲地球的軌道上運行,那么人造衛星為克服地球對它的萬有引力而做的功越多,人造衛星應該具有的能量就越大,也就是說人造衛星的發射速度應越大。
  
  當人造衛星進入一定的軌道而繞地球運行時,人造衛星的運行速度就是人造衛星的環繞速度,這個速度可應用地球對人造衛星的萬有引力提供人造衛星繞地球作畫周運動的向心力而確定,有簡得。
  
  人造衛星越在遠離地球的軌道上運行,人造衛星的環繞速度就越小。
  
  從能量的轉化和守恒的角度,欲使人造衛星進入遠離地球的軌道上運行,發射速度應當越大,其發射時動能應越大,用來克服地球對它的萬有引力而做的功越多,人造衛星獲得重力勢能就越大,人造衛星運行時的動能就越小,其環繞速度就越小,也就是人造衛星發射時的動能大部分轉變成了其重力勢能,只有少部分能量轉變為人造衛星繞地球運行時的動能。
  
  2.衛星在轉換軌道過程中機械能是否守恒?衛星速度減小,能自行進入半徑更大的軌道嗎?
  
  根據,即衛星做圓周運動的線速度與軌道半徑是一一對應的,所以確定的圓軌道上運行的衛星其動能和重力勢能是確定的,不同圓軌道上運行的衛星的機械能是不同的,上面已討論機械能隨半徑的增大而增大,所以衛星運轉的半徑越大,發射所需的能量越大,發射就越困難。因此,衛星轉換軌道,一定是在外力作用下完成的。如高空運行的衛星受稀薄空氣的影響,將損失一些機械能,如不及時補充和校正,將會從高軌道逐漸移向低軌道;如果要使軌道的半徑增大,就得通過外力克服引力做功,使衛星機械能增加才能達到目的。所以,衛星運行的軌道半徑改變了,其機械能一定改變。如果衛星速度減小了,將因動能減小引起機械能減少而落入對應的低軌道運行,絕不可能自行移到高軌道上去,因此判斷衛星軌道的變化情況不能單純以為依據,而應同時考慮能量情況。例如,在某一軌道上做圓周飛行的航天飛機,要想追上另一高軌道上圓周運行的航天器,就需在低軌道加速,再向高軌道飛行,飛行過程中因加速增加的動能再逐漸轉化成重力勢能,使速度最終減小到對應高軌道上所需數值。
  
  3.地球同步衛星如何發射?為何總是定點在赤道上空,也即其軌道平面為何一定在赤道平面內?
  
  從近幾年的高考試題來看,考查有關地球同步衛星的題目較多。地球同步衛星的題目主要涉及到發射問題以及定軌道、定周期、定高度的問題。以下對這些問題進行討論:
  
  同步衛星的發射,先是將同步衛星送至近地軌道運行,運行狀態穩定后在近地軌道上適當的位置,通過自動裝置啟動衛星上的發動機并調整方向,使衛星做橢圓軌道運動,橢圓軌道的遠地點距地心的距離等于同步軌道半徑,達到同步軌道后再進行速度和方向的調整,就可使衛星進入同步軌道運行,如圖2所示。同步衛星指定位于赤道上空一定高度上環繞地球做圓周運動的航天器,其運動周期和角速度都等于地球自轉周期和角速度,所以相對地球靜止不動,與地球運動同步。物體可在地球表面不同緯度處隨地球自轉運動,但衛星同步軌道只能在赤道平面內確定的高度處。假設衛星處在如圖3所示的軌道上,將因向心力沒有指向地球中心而使萬有引力產生“重力”,最終將衛星移動在赤道平面內運動。
  
  三、注重學科間知識的滲通、交叉和結合
  
  隨著高考改革,理科綜合高考卷中,學科間綜合有所加強,因此要求我們在教學中必須充分利用學科間知識的聯系,培養學生對所學知識的綜合應用能力,要關注學科間知識的滲透,讓學生學會一門或多門知識,全方位,多角度地去認識自然現象,使之具有整體觀念。
  
  總之,通過對歷年高考試題的分析和分類,使學生掌握一個“金字塔”,弄明白幾個疑點問題,注重學科間知識的滲透,無論是對提高物理教學質量還是對搞好高考復習都有一定的幫助。
本文來自:逍遙右腦記憶 http://m.bjhkkj.cn/gaokao/784799.html

相關閱讀:高考數學答題方法19條鐵律 5種答題思路