解题思路:为了尽量节省发射卫星时需的能量,可以借助地球的自转.节省的能量就是由于地球自转而获得的动能.
由万有引力提供向心力,可得火箭使卫星运行的速度相对于地面的速度.
(1)为了尽量节省发射卫星时需的能量,可以借助地球的自转,故发射运行在赤道面上的卫星应该是由西向东转.
发射之处,由于地球的自转,使得卫星具有一初速度,其大小为:
v′=
2πR
T=
2×3.14×6.4×103
24×3600=470m/s
故节约的能量为由于地球自转而获得的动能:
Ek=
1
2mv′2=
1
2×2×103×4702J=2.2×108J
(2)卫星在地球附近绕地球做圆周运动时重力提供向心力,设卫星做圆周运动的速度为v(即卫星对地心的速度),则有:
mg=m
v2
R
解得:
v=
gR=
9.8×6.4×106m/s=7900m/s=7.9km/s
故卫星相对地面的速度应为:
v0=v-v′=7.9km/s-0.47km/s=7.43km/s,保留两位有效数字,四舍五入得:v0=7.4km/s
答:
(1)发射运行在赤道面上的卫星应该是由西向东转.
与地球没有自转相比较,火箭发射卫星时可节省2.2×108J的能量.
(2)火箭使卫星运行的速度相对于地面应达到7.4km/s.
点评:
本题考点: 人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.
考点点评: 本题重点,一、要知道卫星的发射都是利用地球的自转,二、要知道我们平时说的卫星圆周运动速度都是相对地心的,而不是相对地面的.第二问为易错点,容易搞不清楚对地心的速度与对地面速度的区别.