面的高度比同步卫星低
D.同步卫星的速率比地球大气层附近的人造卫星的速率大
解析:同步卫星和地球自转同步,即它们的周期 T 相同,同步卫星绕地心近似做匀速圆周运动,所需向心力由卫星 m 和地球 M 之间的万有引力提供.设地球半径为 R,同步卫星高度为h,Mm4π2因为F引=F向,所以G=mT2(R+h),得h=
?R+h?23GMT2v2Mm
4π-R,可见h是一定的;由G?R+h?2=mR+h得:v=
GM
,可见 v 也是一定的,A 正确.由R+h
于同步卫星的周期确定,即角速度确定,则 h 和 v 均
3GMT2随之确定,不能改变,否则不能同步,B错误.由h=
4π2-R可知,当T变小时,h变小,可见,人造卫星离地面的高度比同步卫星低,速率比同步卫星大,C正确,D 错误。 5、2007年10月24日18时,“嫦娥一号”卫星星箭成功分离,卫星进入绕地轨道。在绕地运行时,要经过三次近地变轨:12小时椭圆轨道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→地月转移轨道④。11月5日11时,当卫星经过距月球表面高度为h的A点时,再一次实施变轨,进入12小时椭圆轨道⑤,后又经过两次变轨,最后进入周期为T的月球极月圆轨道⑦。如图所示。已知月球半径为R。
(1)请回答:“嫦娥一号”在完成三次近地变轨时需要加速还是减速? (2)写出月球表面重力加速度的表达式。 解析:(1)加速
(2)设月球表面的重力加速度为g
月,在月球表面有
Mm
GR2=mg
月,卫星在极月圆轨道有,
4π2?R+h?3Mm2π2
G=m(T)(R+h),解得g月=T2R2。 2?R+h?
6、2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有
( ABC )
A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A 的动能 C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
解析:逐项判断A.根据开普勒定律,近地点的速度大于远地点的速度,A正确;B.由I轨道
R3变到II轨道要减速,所以B正确;C.根据开普勒定律,2= c,R2<R1,所以T2<T1。C正
TGM确;D.根据a =2,应等于,D错误。
R7、我国发射的“嫦娥一号”卫星经过多次加速、变轨后,最终成功进入环月工作轨道。如图所示,卫星既可以在离月球比较近的圆轨道a上运动,也可以在离月球比较远的圆轨道b上运动。下列说法正确的是( D )
A.卫星在a上运行的线速度小于在b上运行的线速度 B.卫星在a上运行的周期大于在b上运行的周期
C.卫星在a上运行的角速度小于在b上运行的角速度 D.卫星在a上运行时受到的万有引力大于在b上运行时的万有引力
解析:根据万有引力提供向心力,推导出线速度、角速度和周期与轨道半径的关系式。
第七章 机械能守恒定律运动
§7-1 能量 & 功 & 功率
一、能量的转化和守恒
1.能量的物理意义:一个物体如果具备了对外做功的本领,我们就说这个物体具有能量。能量是状态量,是标量,与物体的某一状态相对应。能量的表现形式多种多样,如动能、势能等。 2.能量守恒与转化定律:能量只能从一种形式转化成另一种形式,或从一个物体转移到另一个物体,但能的总量保持不变,这就是能量守恒和转化定律。
3.寻找守恒量的方法:寻找守恒量必须讲究科学的方法:如观察此消彼长的物理量、研究其相互的关系、科学构思巧妙实验、精确地论证、推理和计算等。
二、功
1.概念:如果一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,则这个力就对物体做了功。
2.公式:W=Flcosθ[F为该力的大小,l为力发生的位移,θ为位移l与力F之间的夹角]。 注:功仅与F、S、θ有关,与物体所受的其它外力、速度、加速度无关。 3.单位:焦耳,简称“焦”,符号J。
4.标量:但它有正功、负功。功的正负表示能量传递的方向,或表示动力做功还是阻力做功,即表示做过的效果。
5.物理意义:功是能量转化的量度。功是一个过程所对应的量,因此功是过程量。 6.合力的功:①总功等于各个力对物体做功的代数和:; ②总功等于合外力所做的功:W总=F合lcosθ。 7.判断力F做功的情况的方法: ①利用公式W=Flcosθ来判断:
?当??[0,)时,即力与位移成锐角,力做正功,功为正
2?当??时,即力与位移垂直,力不做功,功为零
2?当??(,?]时,即力与位移成钝角,力做负功,功为负
2②看物体间是否有能量的转化或转移:
若有能量的转化或转移,则必定有力做功。此方法常用于两个相互联系的物体。
三、功率
1.概念:描述力对物体做功快慢的物理量。 2.公式:P?WP?F?cos?。 (定义式),适用于任何情况,P顺?F?顺cos?,t3.单位:瓦特,简称“瓦”,符号W。
4.标量:功率表示功的变化率,是一种频率,只有大小,没有方向。
5.分类:额定功率:指发动机正常工作时最大输出功率,电器的铭牌上写的功率即为额定功率; 实际功率:指发动机实际输出的功率即发动机产生牵引力的功率,P实≤P额。 6.机械效率:输入功率:机器工作时,外界对机器做功的功率。 输出功率:极其对外做功的功率。 机械效率:??7.机车的两种启动方式:
启动方式 恒定功率启动 恒定加速度启动 阶段一:a?F?F阻不变?F不变?v??P?F?v?,直到过 程 分 析 mP输出P输入.
阶段一:v??F?P??a?F?F阻? vm阶段二:F?F阻?a?0?P?F?vm?F阻?vm P=P额=F·vm’。 阶段二:v??F?P额??a?F?F阻?. vm阶段三:F?F?a?0?v?v?P额。 m阻P阻以加速度a做匀加速直线运动(对应下图中的OA段,运动规律 做加速度逐渐减小的变加速直线运动(对应下图中的OA段)→以vm做匀速直线运动(对应下图中AB段) t0?v'm)→做加速度减小的变加速直线运动(对应下图a段) 中的AB段)→以vm做匀速直线运动(对应下图中的BC v v-t 图像 v B vm vm’ t O B A vm O A C t1 t0 t1 t 注意:①不管哪种启动方式,机动车的功率均是指牵引力的功率,对启动过程的分析也都是用分段分析法。
②P=Fv中的F仅是机动车的牵引力,而非机动车所受的合力,这一点是在解题时极易出现错误的地方。
§7-2 重力做功 & 重力势能 & 弹性势能
一、重力做功
1.特点:重力做的功由重力大小和重力方向上发生的位移(数值方向上的高度差)决定。 2.公式:WG=mg·Δh。
3.注意:重力做功与物体的运动路径无关,只决定于运动初始位置的高度差。
二、重力势能
1.定义:物体由于位于高处而具有的能量。
2.表达式:Ep=mgh[h为物体重心到参考平面的竖直高度],单位J。 3.影响因素:物体的质量m和所在的高度h。 4.标量:正负不表示方向。
重力势能为正,表示物体在参考面的上方;重力势能为负,表示物体在参考面的下方;重力势能为零,表示物体在参考面的上。
5.重力势能的变化:ΔEp=Ep2-Ep1,即末状态与初状态的重力势能的差值。 6.对Ep=mgh的理解: ①其中h为物体重心的高度。
②重力势能具有相对性,是相对于选取的参考平面而言的。选择不同的参考平面,确定出的物体高度不一样,重力势能也不同。
③重力势能可正可负,在参考平面上方重力势能为正值,在参考平面下方重力势能为负值。重力势能是标量,其正负表示比参考平面高或低。 注:a、在计算重力势能时,应该明确选取参考平面。
b、选择哪个水平面作为参考平面,可视研究问题的方便而定,通常选择地面作为参考平面。 7.系统性:重力势能属于地球和物体所组成的系统,通常说物体具有多少重力势能,只是一种简略的说法。
8.重力做功与重力势能变化的关系:重力势能变化的过程也就是重力做功的过程,重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加,即满足WG=-ΔEp=Ep1-Ep2。
三、弹性势能