第一宇宙速度例题
例题: 关于第一宇宙速度,下列说法中正确的是:
    A:它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
    B:它等于人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度;
    C:它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
    D:它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
分析和解
    端午免高速过路费吗如果卫星的运行轨道是一个圆,由牛顿第二定律Fn=man,从而推导出西红柿炒鸡蛋做法什么快递最便宜(式中v为卫星运行速度,r为轨道半径,GM分别为万有引力恒量及地球质量)
    由上式可以看出,卫星的运行速度跟卫星的轨道半径的平方根成反比。可见卫星的轨道半径越大,它的运行速度越小,那么我们就产生了一个疑问,既然卫星轨道半径越大,它的运行速度越小,那么是不是发射离地球越远的卫星需要的发射速度越小呢?如果这个假设成立,还要三个宇宙速度有什么做用呢?
    其实所谓第一宇宙速度,第二宇宙速度和第三宇宙速度都指的是发射速度,它们表明发射不同人造天体所需的最小发射速度,但是一般来讲发射速度并不等于人造天体的运行速度。
    我们以同步卫星的发射为例来说明发射速度和运行速度的区别:当大于7.9 Km/s而小于11.2 Km/s的发射速度(10.4 Km/s)发射卫星时,卫星将不再做圆周运动,而是在一个椭圆轨道上运动(如图4),当卫星运动到椭圆轨道的近地点A时,它的运行速度等于发射速度,当它从A点沿椭圆轨道运动到远地点B时,由于要克服万有引力做功,所以在B点的运行速度(1.58Km/s)超级街头霸王2出招表要远小于发射速度,而且还小于在同步卫星的圆形轨道上运行时所需要的速度(3.08Km/s)。至此只完成了发射同步卫星的第一步,当卫星在某一次运动到远地点B时,
再一次点燃火箭,使卫星的速度增大到同步卫星运行所需要的速度,卫星将绕圆形轨道(图4高三父母寄语中大圆)运动,这样就使卫星成为同步卫星了。
秦海璐第一任丈夫是谁    可见,如果发射卫星的轨道是椭圆,且它的近地点在地球表面附近,则它在近地点时的运行速度才等于该卫星的发射速度,而卫星在其它位置的速度都小于发射速度,而在远地点时的速度最小。如果所发射的卫星在其它位置的速度都小于发射速度,而在远地点时的速度最小。如果所发射的卫星的椭圆轨道的半长轴有所减小,则它的发射速度也随着减小,而且它在近地点和远地点的速率之差也随着减小。当它的半长轴减小到使卫星轨道变成圆时,卫星的发射速度减小到最小值,——即第一宇宙速度,而卫星的线速度也将变成匀速率,它的发射速度就等于运行速度了,所以近地卫星的运行速度等于发射速度,而此时的发射速度等于第一宇宙速度。
    当我们要发射远地圆轨道卫星时(例如同步卫星),必须以大于第一宇宙速度的发射速度发射,使其先在一个椭圆轨道上运行;然后再经一次加速使其在圆形轨道上运行,但它在圆形轨道上运行的速度要小于发射速度,而且还要小于第一宇宙速度。
    通过以上分析我们已知发射远地圆形轨道卫星,尽管它的运行速度较小,但却需要比近
地圆形轨道卫星更大的发射速度,那么再问一句,为什么会形成这种局面呢?原来我们发射圆形轨道卫星时,不但要提供它在运行时所需要的动能,还要提供把它升到一定高度的万有引力势力能,而这两种能量都是发射时的动能转化而来的。如果发射两颗质量相等卫星,远地卫星的动能虽然小,但它的动能和万有引力势能之和却要比近地卫星大些。因此,发射时的动能就要大些,当然就要以较大的速度发射。
    :通过以上分析我们可知如果卫星运行轨道是圆,随着轨道半径的增加卫星的飞行速度要有所减小。因此近地卫星的飞行速度最大,而近地卫星的飞行速度等于第一宇宙速度,所以第一宇宙速度应是圆形轨道道卫星飞行的最大速度。而不是最小速度。但是如果考虑到椭圆轨道卫星的话,那么飞行速度就有可能有时大于第一宇宙速度,有时小于第一宇宙速度。因此无论是否考虑椭圆轨道卫星,A选项都是错的。
    通过上面的分析很容易得出结论:B选项是正确的。
    粗看C也是正确的,但实际C选项是错误的。因为近地圆轨道卫星指的是轨道半径等于(当然应略大于)地球半径的卫星,所以它的发射速度应当只有一个,就是第一宇宙速度,而不是有很多发射速度,只要大于或等于第一宇宙速度就行。
    通过上面的分析已知卫星做椭圆轨道运动时,其近地点速度是必定大于第一宇宙速度的,因此D选项是错误的。
                              所以本题应选B

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